為了延長火電廠脫硝催化劑的使用壽命,介紹了脫硝催化劑使用及壽命管理現(xiàn)狀,結(jié)合催化劑使用全過程論述了投運前、運行中及后續(xù)維護過程中催化劑的壽命管理方法,總結(jié)了催化劑中毒原因并提出壽命管理建議。

催化劑選擇設(shè)計時應(yīng)充分考慮催化劑廠家提供的催化劑實際運行參數(shù),最大限度滿足催化劑運行工況;催化劑運行、檢修、維護過程中,要嚴格控制噴氨量、運行溫度、吹灰系統(tǒng),避免為了提高脫硝效率而增加氨逃逸,引起空氣預(yù)熱器堵塞等問題。

堵塞、中毒、機械磨損、燒結(jié)是造成催化劑失活的主要原因,通過檢測脫硝催化劑的效率、氨逃逸和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率等指標(biāo),判斷催化劑是否失活,并定期進行催化劑單體的檢測和脫硝系統(tǒng)性能測試。最后提出應(yīng)加強廢舊催化劑的回收處理技術(shù),如催化劑的二次再生技術(shù)以及從廢舊催化劑中提取微量元素、回收有效成分等。

為了降低燃煤電站中NOx排放量,國內(nèi)大量安裝脫硝反應(yīng)器,脫硝催化劑可將鍋爐中生成的NOx氧化為N2,對NOx的脫除具有重要作用,但投資成本高,且催化劑有使用壽命限制,到期后需加裝或更換新的催化劑,增加了投資成本。

因此應(yīng)通過加強催化劑管理,規(guī)范安裝、運行、檢測及維護等全壽命管理過程,延長催化劑使用壽命。脫硝催化劑的壽命一般有機械壽命和化學(xué)壽命2種,機械壽命是指催化劑的結(jié)構(gòu)及強度能夠保證催化劑活性的運行時間,國內(nèi)統(tǒng)一要求保證催化劑機械壽命大于10a。

催化劑的機械壽命通常由催化劑的結(jié)構(gòu)特點決定。楊述芳等研究了催化劑壁厚對其壽命的影響;趙毅研究了催化劑的添加材料(助劑)和成型工藝對催化劑強度的影響,以獲得滿足脫硝性能的催化劑制備工藝和配方。

催化劑機械壽命受反應(yīng)系統(tǒng)中煙氣條件的影響較大,煙氣中灰塵、顆粒等的沖刷、磨蝕會降低催化劑的機械壽命且具有不可逆性。工程上常說的催化劑的使用壽命一般指化學(xué)壽命,脫硝催化劑的化學(xué)壽命是指在保證脫硝系統(tǒng)脫硝效率、氨的逃逸率等性能指標(biāo)的條件下,催化劑的連續(xù)使用時間。

隨著運行時間的增長,積炭、堿金屬吸附、砷吸附等降低了催化劑的催化活性和脫硝效率,使氨逃逸率增大,反應(yīng)系統(tǒng)壓差過大,縮短了催化劑的化學(xué)壽命。目前國內(nèi)統(tǒng)一要求化學(xué)壽命不小于24000h。筆者結(jié)合催化劑全過程使用,論述了各階段催化劑的壽命管理方法,以延長催化劑化學(xué)使用壽命,降低投資成本。

1、催化劑投運前管理

1.1催化劑選擇

催化劑的選擇至關(guān)重要,應(yīng)根據(jù)電廠自身情況(煤質(zhì)灰分、煙氣和氨)對催化劑性能提出要求,最大限度滿足催化劑運行工況。催化劑成分、形式及孔徑等在一定程度上決定了催化劑的脫硝效率催化劑基本形式及主要參數(shù)見表1。

選擇性催化還原技術(shù)(SCR)催化劑活性K是能夠同時體現(xiàn)催化反應(yīng)系統(tǒng)傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)速率的綜合性特征值,其大小不僅與催化劑的本質(zhì)物化特征相關(guān),同時受催化劑反應(yīng)系統(tǒng)諸多條件的影響,如溫度、O2濃度、水含量、煙氣速度、氨氮摩爾比等參數(shù)。

1.2催化劑安裝管理

催化劑的安裝管理主要指催化劑生產(chǎn)完成后,從廠家運輸至火電企業(yè)安裝及安裝后的性能驗收。在運輸、卸載及存儲過程中,需要防止催化劑的機械損傷,避免催化劑跌落、碰撞、震蕩。催化劑存儲在干燥室內(nèi),避免接觸到雨水,環(huán)境溫度≤30℃,濕度<90%。潮濕的環(huán)境會使催化劑表面吸潮,干燥時發(fā)生破裂,縮短壽命。

催化劑的吊裝使用廠家配備的專用工具,吊裝時避免與鋼梁等堅硬物體發(fā)生碰撞,吊裝角度不能過小,避免發(fā)生傾斜,起吊速度不宜過快,保證催化劑安全裝入反應(yīng)器內(nèi)。新建電廠催化劑安裝時間一般選擇在點火吹管之后,避免大量油污、灰塵黏附在催化劑表面,引起催化劑中毒。

脫硝改造安裝時,需清理干凈爐膛及脫硝反應(yīng)器內(nèi)雜物,包括粉塵,將不利因素降到最小。催化劑安裝后性能驗收包括2部分。一是催化劑的到貨驗收。催化劑運至電廠時,需對催化劑的出廠資料檢查確認。

檢查各項參數(shù)是否符合技術(shù)協(xié)議相關(guān)要求,軸向擠壓試驗、橫向擠壓試驗、抗磨強度試驗、材質(zhì)報告等檢測數(shù)據(jù)是否達到標(biāo)準(zhǔn)。同時對催化劑外觀、性質(zhì)進行檢查,包括催化劑表面有無損壞,長、寬、高及厚度的幾何尺寸是否合適等。

二是催化劑的性能驗收試驗。性能驗收試驗一般由第三方測試,并出具測試報告。對脫硝系統(tǒng)各工況進行測試,確保脫硝效率、氨氣逃逸率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、催化劑層的阻力等運行指標(biāo)達到要求性能標(biāo)準(zhǔn)。

2、催化劑的運行管理

脫硝催化劑的性能會隨工作時間的增加而逐漸下降,正確的運行方式能夠保證脫硝裝置經(jīng)濟運行,并延長催化劑的使用壽命。

在運行管理中,密切注意煙氣量、煙氣溫度、煙氣壓力、粉塵、SO2含量及波動范圍,根據(jù)設(shè)計條件調(diào)整噴氨量或投入自動噴氨;制定SCR裝置投入或退出運行規(guī)程,如要實現(xiàn)全負荷脫硝,需采取其他措施,如省煤器分級技術(shù)、更換新型低溫催化劑等。

催化劑的溫度對催化劑的性能影響較大,省煤器分級技術(shù)提高了煙氣溫度,保證催化劑在最適宜的溫度運行,提高催化劑運行效率。如果出現(xiàn)參數(shù)偏離設(shè)計值過大的情況,應(yīng)及時分析,評估其危害性和嚴重性,并考慮補救措施,一般運行中需注意噴氨量和吹灰器的控制。

2.1噴氨量的控制

溫度300~400℃時,隨著反應(yīng)溫度的升高,脫硝反應(yīng)速率增加,脫硝效率升高;當(dāng)溫度升至400℃后,脫硝效率隨溫度的升高而下降。溫度升高,NH3氧化反應(yīng)加劇,脫硝效率下降,催化劑能夠長期承受的溫度不得高于430℃,否則會造成催化劑燒結(jié),永久性失效。

如果反應(yīng)器內(nèi)溫度長時間降至最低運行溫度,必須停止噴氨,防止硫酸鹽或硝酸鹽沉積在催化劑表面,影響催化劑活性。為延長催化劑壽命,根據(jù)硫酸鹽的分解特性,煙氣長期最低溫度宜設(shè)定在320℃。