火电厂脱硝催化剂寿命管理现状及发展趋势

火电厂脱硝催化剂寿命管理现状及发展趋势

为了延长火电厂脱硝催化剂的使用寿命,介绍了脱硝催化剂使用及寿 命管理现状,结合催化剂使用全过程论述了投运前、运行中及后续维护过 程中催化剂的寿命管理方法,总结了催化剂中毒原由并提出寿命管理建议。

催化剂选择设计时应充分考虑催化剂厂家供应的催化剂实际运行参 数,最大限度满意催化剂运行工况;催化剂运行、检修、维护过程中,要严 格掌握喷氨量、运行温度、吹灰系统,避开为了提高脱硝效率而增加氨逃 逸,引起空气预热器阻塞等问题。

阻塞、中毒、机械磨损、烧结是造成催化剂失活的主要原由 ,通过检 测脱硝催化剂的效率、氨逃逸和 SO2/SO3 转化率等指标,判断催化剂是否 失活,并定期发展催化剂单体的检测和脱硝系统性能测试。最终提出应加 强废旧催化剂的回收处理技术,如催化剂的二次再生技术以及从废旧催化 剂中提取微量元素、回收有效成份等。

为了降低燃煤电站中 NOx 排放量,国内大量安装脱硝反响器,脱硝催 化剂可将锅炉中生成的 NOx 氧化为 N2,对 NOx 的脱除具有重要作用,但投 资本钱高,且催化剂有使用寿命限制 ,到期后需加装或者更换新的催化剂 ,增 加了投资本钱。

因此应通过加强催化剂管理,标准安装、运行、检测及维护等全寿命 管理过程,延长催化剂使用寿命。脱硝催化剂的寿命普通有机械寿命和化

学寿命 2 种,机械寿命是指催化剂的构造及强度能够保证催化剂活性的运 行时间,国内统一要求保证催化剂机械寿命大于 10a。

催化剂的机械寿命通常由催化剂的构造特点打算。杨述芳等讨论了催 化剂壁厚对其寿命的影响;赵毅讨论了催化剂的添加材料(助剂)和成型工 艺对催化剂强度的影响,以获得满意脱硝性能的催化剂制备工艺和配方。

催化剂机械寿命受反响系统中烟气条件的影响较大,烟气中灰尘、颗 粒等的冲刷、 磨蚀会降低催化剂的机械寿命且具有不行逆性。 工程上常说 的催化剂的使用寿命普通指化学寿命 ,脱硝催化剂的化学寿命是指在保证 脱硝系统脱硝效率、氨的逃逸率等性能指标的条件下 ,催化剂的连续使用 时间。

随着运行时间的增长,积炭、碱金属吸附、砷吸附等降低了催化剂的 催化活性和脱硝效率,使氨逃逸率增大,反响系统压差过大,缩短了催化剂 的化学寿命。 目前国内统一要求化学寿命不小于 24000h。笔者结合催化 剂全过程使用,论述了各阶段催化剂的寿命管理方法,以延长催化剂化学 使用寿命,降低投资本钱。

1、催化剂投运前管理

1.1 催化剂选择

催化剂的选择至关重要,应依据电厂自身状况(煤质灰分、烟气和氨) 对催化剂性能提出要求,最大限度满意催化剂运行工况。催化剂成份、形 式及孔径等在肯定程度上打算了催化剂的脱硝效率催化剂根本形式及主

要参数见表 1。

选择性催化复原技术(SCR)催化剂活性 K 是能够同时表达催化反响系 统传质和化学反响速率的综合性特征值,其大小不仅与催化剂的本质物化 特征相关,同时受催化剂反响系统诸多条件的影响,如温度、 O2 浓度、水 含量、烟气速度、氨氮摩尔比等参数。

1.2 催化剂安装管理

催化剂的安装管理主要指催化剂生产完成后,从厂家运输至火电企业 安装及安装后的性能验收。在运输、卸载及存储过程中,需要防止催化剂 的机械损伤,避开催化剂跌落、 碰撞、 震荡。 催化剂存储在枯燥室内,避开 接触到雨水,环境温度≤30℃ ,湿度 90%。潮湿的环境会使催化剂外表吸潮, 枯燥时发生裂开,缩短寿命。

催化剂的吊装使用厂家配备的专用工具, 吊装时避开与钢梁等坚硬物 体发生碰撞, 吊装角度不能过小,避开辟生倾斜,起吊速度不宜过快,保证 催化剂安全装入反响器内。新建电厂催化剂安装时间普通选择在点火吹管 之后,避开大量油污、灰尘黏附在催化剂外表,引起催化剂中毒。

脱硝改造安装时,需清理洁净炉膛及脱硝反响器内杂物,包括粉尘,将 不利因素降到最小。催化剂安装后性能验收包括 2 局部。一是催化剂的到 货验收。催化剂运至电厂时,需对催化剂的出厂资料检查确认。

检查各项参数是否符合技术协议相关要求,轴向挤压试验、 横向挤压

试验、 抗磨强度试验、 材质报告等检测数据是否到达标准。 同时对催化剂 外观、 性质发展检查,包括催化剂外表有无损坏,长、 宽、 高及厚度的几何 尺寸是否适宜等。

二是催化剂的性能验收试验。性能验收试验普通由第三方测试 ,并出 具测试报告。对脱硝系统各工况发展测试,确保脱硝效率、氨气逃逸率、 SO2/SO3 转化率、催化剂层的阻力等运行指标到达要求性能标准。

2、催化剂的运行管理

脱硝催化剂的性能会随工作时间的增加而渐渐下降 ,正确的运行方式 能够保证脱硝装置经济运行,并延长催化剂的使用寿命。

在运行管理中,亲密留意烟气量、烟气温度、烟气压力、粉尘、 SO2 含量及波动范围,依据设计条件调整喷氨量或者投入自动喷氨;制定 SCR 装 置投入或者退出运行规程,如要实现全负荷脱硝,需实行其他措施,如省煤器 分级技术、更换新型低温催化剂等。

催化剂的温度对催化剂的性能影响较大,省煤器分级技术提高了烟气 温度,保证催化剂在最相宜的温度运行,提高催化剂运行效率。假如消失参 数偏离设计值过大的状况,应准时分析,评估其危害性和严峻性,并考虑补 救措施,普通运行中需留意喷氨量和吹灰器的掌握。

2.1 喷氨量的掌握

温度 300~400℃时,随着反响温度的上升,脱硝反响速率增加,脱硝效 率上升; 当温度升至 400℃后 ,脱硝效率随温度的上升而下降。温度上

升,NH3 氧化反响加剧,脱硝效率下降,催化剂能够长期承受的温度不得高 于 430℃ ,否则会造成催化剂烧结,永久性失效。

假如反响器内温度长期降至最低运行温度,必需停顿喷氨,防止硫 酸盐或者硝酸盐沉积在催化剂外表,影响催化剂活性。为延长催化剂寿命, 依据硫酸盐的分解特性,烟气长期最低温度宜设定在 320℃。

同时,在锅炉启动和 SCR 系统投运过程中,应掌握烟气温度的上升速 度,避开对催化剂造成伤害。喷氨分布不匀称对脱硝效率有显著影响,简单 引起脱硝 SCR 下游空气预热器冷端阻塞,导致脱硝效率不达标。此外应定 期发展喷氨优化调整,在热态下测量 SCR 反响器进出口 NOx 和 NH3 浓度分 布,优化不同格栅喷嘴的喷氨量,以实现机组在不同运行负荷下,各项指标 最正确。

2.2 催化剂定期吹灰

为防止催化剂外表积灰发生阻塞,需准时在线吹扫,每层催化剂都应 设置有吹灰器。普通使用蒸汽吹灰器和声波吹灰器 2 种。对于使用蒸汽吹 灰的脱硝装置,在日常运行中,需严格掌握设定吹灰汽源的压力和温度。

针对不同灰分燃煤,既要保证吹灰汽源压力到达预期的吹灰效果,又

要掌握压力在适宜范围内,防止压力过高吹损催化剂;吹灰温度过高会造 成局部催化剂高温运行,导致催化剂烧结,永久失效;若吹灰汽源温度过低, 或者在吹灰汽源投入时未充分疏水,吹灰蒸汽中带水会造成催化剂粘灰,使 催化剂活性降低。

声波吹灰器需连续吹扫,在运行方面问题较少,操作便利。但要防止声 波吹灰器喇叭口积灰,影响除灰效果,导致催化剂外表积灰。

3、催化剂的维护检测

3.1 催化剂的检修维护

检修维护是指机组停用后对催化剂的检查、 爱护措施。 避开催化剂潮 湿,必要时发展催化剂枯燥。 定期对催化剂发展清扫、 外表除灰;对催化剂 发展全面检查,分析催化剂的腐蚀、阻塞或者损坏程度;若催化剂局部发生损 坏,可小单元更换。对 SCR 反响器内的其他附属设备发展全面检查,包括氨 喷嘴、导流板、整流装置、催化剂密封件、吹灰系统等。检查影响吹灰系 统阀门严密性的相关配件,确保检查到位。

3.2 催化剂的定期试验与检测

催化剂的定期试验与检测包括催化剂单体检测和性能验收检测。 DL/T1286—2022 《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术标准》 对脱硝催化剂的 检测方法做出规定,包括催化剂全尺寸性能测试和催化剂微观性能表征。

测试脱硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3 转化率以及压差等指标,主要用 于分析判断催化剂的状态。催化剂单体模块测试是指遇到停机或者检修等适

宜状况,将催化剂测试单体模块取出,发展试验室检测,可发展切割讨论催 化剂的阻塞、积灰状况。

测试指标有比外表积、孔径/孔容、活性成份及含量、微观构造等以 及小尺寸或者全尺寸的催化剂单体模块测试。孟小然等和西安热工讨论院有 限公司分别对此绽开讨论。 性能验收试验普通是在催化剂安装、 更换、 再 生或者锅炉起机等变动后发展的试验,可了解催化剂整体运行状况。

测试不同工况、负荷下,催化剂各运行指标参数是否达标。主要测试 参数有 NOx 浓度、氨逃逸率、 SO2/SO3 转化率、脱硝系统阻力、温度等, 并对催化剂运行状况发展评价。脱硝性能验收试验通过对脱硝系统相关参 数的优化调整,使脱硝系统各运行参数处于合理、高效水平。

4、催化剂的更换及再生管理

4.1 催化剂的加装和更换

国内大局部燃煤电厂脱硝 SCR 系统都设计成多层催化剂,普通为“2+1” 模式,预留 1 层。预留层加装时首先需要对加装的安全性发展评估,包括系 统压降增加,整体质量增加,性能指标等多方面。催化剂几何特性和化学组 分与初装催化剂不肯定一样,可依据详细状况调整。

加装预留层催化剂后,不仅要求脱硝效率提高,还需要确保 SO2/SO3 转化率小于 1%,氨逃逸率低于 3×10-6,保证脱硝系统的整体性能指标到 达要求。多层催化剂在催化剂的寿命管理和系统性能方面更具敏捷性。先 添加预留层催化剂,再挨次更换旧催化剂层的方法广泛应用于国内外火电

厂。

该方法成熟、稳定、牢靠,考虑的因素相对较少。每次至少更换 1 层 新催化剂,所需催化剂量大。催化剂运行过程中,准时依据脱硝催化剂的活 性测试及运行工况分析制定催化剂的寿命管理打算(图 1)。

催化剂的相对潜能是指催化剂使用过程中的活性 K 与新催化剂活性 的比值。普通随运行时间的增加,相对潜能降低,其越低说明使用中催化剂 的活性越差。因此应随时检测催化剂相对潜能 ,依据检测结果发展催化剂 的加装、更换、再生。

4.2 催化剂的失活

造成催化剂失活的原由主要有 4 个:

①阻塞。烟气中灰分较多,烟气中的细小颗粒物聚拢在催化剂外表和 小孔内,妨碍反响物份子到达催化剂外表。 最常见的阻塞物为铵盐和硫酸 钙。

②中毒。烟气中不少化合物都是潜在的催化剂化学性毒害物质,如砷、 磷、碱金属、碱土金属及金属氧化物等;烟气和灰分中物质都会引起催化 剂中毒。

③机械磨损。烟气中烟尘的冲刷及吹灰器运行不当造成催化剂物理性 损伤;

④烧结。运行过程中温度波动引起的失活。 催化剂烧结主要是由于运

行温度偏高,假如催化剂长期运行高于 450℃ ,会导致催化剂颗粒变大, 有效活性外表积削减,活性快速降低。

4.3 催化剂的再生

催化剂估计寿命到期之前,需对催化剂性能及机械寿命发展测试,确 定其是否具有再生价值。催化剂机械寿命普通为 10a,首次再生试验具有 应用价值。神华北京国华电力有限责任公司太仓电厂已发展大批量再生试 验,催化剂再生后应用良好。

目前能够实施催化剂再生的公司有江苏肯创环境科技股分有限公司、 苏州华乐大气污染掌握科技发展有限公司、重庆远达催化剂公司和江苏龙 源环保催化剂有限公司等。普通再生工艺主要步骤为:清拂拭灰、清洗、 化学清洗、浸泡、高温烘干等。

催化剂再生后仍需发展性能测试,确定其是否到达要求性能。 依据 HJ562—2022《火电厂烟气脱硝工程技术标准选择性催化复原法》 ,失活催 化剂可采用再生或者无害化处理。虽然催化剂属于微毒物质 ,但使用过程中 烟气中的重金属可能在催化剂内聚拢 ,这种状况下,使用后失活的 SCR 催 化剂应作为危（wei）险废弃物来处理。

5、发展趋势

随着国内发电公司大量投运脱硝装置,机组运行时间增加,大量催化 剂的失活不行避开,脱硝催化剂的全寿命管理对延长催化剂的使用寿命具 有重要意义。各发电公司应标准催化剂的寿命管理,开展讨论废旧催化剂

的回收处理技术。

普通催化剂的再生次数需通过催化剂的性能检测确定 ,由于催化剂的 机械寿命普通为 10a,因此最多可再生 2~3 次。废旧催化剂被定性为危（wei）险 固体废弃物,处理难度大,加强废旧催化剂的处理技术研发,包括催化剂的 二次再生技术以及从废旧催化剂中提取微量元素、 回收有效成份等是将来 发展趋势。

6、结论

1)发展催化剂选择设计时,应充分考虑催化剂厂家供应的催化剂实际 运行参数,最大限度满意催化剂运行工况。催化剂运行、检修、维护过程 中,要严格掌握喷氨量、运行温度、吹灰系统,避开为了提高脱硝效率,而 增加氨逃逸,引起空气预热器阻塞等问题。针对实际状况,可制定严格的投 运/退出边界条件。

2)催化剂的检测是发展催化剂加装、更换和再生的前提,是催化剂寿 命管理的核心内容。通过检测脱硝催化剂的效率、 氨逃逸和 SO2/SO3 转化 率等指标,判断其是否失活,并定期发展催化剂单体的检测和脱硝系统性 能测试,依据检测结果制定适宜的运行维护打算,充分发挥催化剂的应用 价值。

目前催化剂安装通常采用“2+1”模式,活性降低时,可首先通过加装 1 层新催化剂来提高活性,当活性再次降低时,需更换旧催化剂,并对更换 的旧催化剂发展再生。