同時(shí),在鍋爐啟動(dòng)和SCR系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中,應(yīng)控制煙氣溫度的上升速度,避免對(duì)催化劑造成損害。噴氨分布不均勻?qū)γ撓跣视酗@著影響,容易引起脫硝SCR下游空氣預(yù)熱器冷端堵塞,導(dǎo)致脫硝效率不達(dá)標(biāo)。此外應(yīng)定期進(jìn)行噴氨優(yōu)化調(diào)整,在熱態(tài)下測(cè)量SCR反應(yīng)器進(jìn)出口NOx和NH3濃度分布,優(yōu)化不同格柵噴嘴的噴氨量,以實(shí)現(xiàn)機(jī)組在不同運(yùn)行負(fù)荷下,各項(xiàng)指標(biāo)最佳。

2.2催化劑定期吹灰

為防止催化劑表面積灰發(fā)生堵塞,需及時(shí)在線(xiàn)吹掃,每層催化劑都應(yīng)設(shè)置有吹灰器。一般使用蒸汽吹灰器和聲波吹灰器2種。對(duì)于使用蒸汽吹灰的脫硝裝置,在日常運(yùn)行中,需嚴(yán)格控制設(shè)定吹灰汽源的壓力和溫度。

針對(duì)不同灰分燃煤,既要保證吹灰汽源壓力達(dá)到預(yù)期的吹灰效果,又要控制壓力在合適范圍內(nèi),防止壓力過(guò)高吹損催化劑;吹灰溫度過(guò)高會(huì)造成局部催化劑高溫運(yùn)行,導(dǎo)致催化劑燒結(jié),永久失效;若吹灰汽源溫度過(guò)低,或在吹灰汽源投入時(shí)未充分疏水,吹灰蒸汽中帶水會(huì)造成催化劑粘灰,使催化劑活性降低。

聲波吹灰器需連續(xù)吹掃,在運(yùn)行方面問(wèn)題較少,操作方便。但要防止聲波吹灰器喇叭口積灰,影響除灰效果,導(dǎo)致催化劑表面積灰。

3、催化劑的維護(hù)檢測(cè)

3.1催化劑的檢修維護(hù)

檢修維護(hù)是指機(jī)組停用后對(duì)催化劑的檢查、保護(hù)措施。避免催化劑潮濕,必要時(shí)進(jìn)行催化劑干燥。定期對(duì)催化劑進(jìn)行清掃、表面除灰;對(duì)催化劑進(jìn)行全面檢查,分析催化劑的腐蝕、堵塞或損壞程度;若催化劑局部發(fā)生損壞,可小單元更換。對(duì)SCR反應(yīng)器內(nèi)的其他附屬設(shè)備進(jìn)行全面檢查,包括氨噴嘴、導(dǎo)流板、整流裝置、催化劑密封件、吹灰系統(tǒng)等。檢查影響吹灰系統(tǒng)閥門(mén)嚴(yán)密性的相關(guān)配件,確保檢查到位。

3.2催化劑的定期試驗(yàn)與檢測(cè)

催化劑的定期試驗(yàn)與檢測(cè)包括催化劑單體檢測(cè)和性能驗(yàn)收檢測(cè)。DL/T1286—2013《火電廠(chǎng)煙氣脫硝催化劑檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》對(duì)脫硝催化劑的檢測(cè)方法做出規(guī)定,包括催化劑全尺寸性能測(cè)試和催化劑微觀性能表征。

測(cè)試脫硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率以及壓差等指標(biāo),主要用于分析判斷催化劑的狀態(tài)。催化劑單體模塊測(cè)試是指遇到停機(jī)或檢修等合適情況,將催化劑測(cè)試單體模塊取出,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè),可進(jìn)行切割研究催化劑的堵塞、積灰情況。

測(cè)試指標(biāo)有比表面積、孔徑/孔容、活性成分及含量、微觀結(jié)構(gòu)等以及小尺寸或全尺寸的催化劑單體模塊測(cè)試。孟小然等和西安熱工研究院有限公司分別對(duì)此展開(kāi)研究。性能驗(yàn)收試驗(yàn)一般是在催化劑安裝、更換、再生或鍋爐起機(jī)等變動(dòng)后進(jìn)行的試驗(yàn),可了解催化劑整體運(yùn)行情況。

測(cè)試不同工況、負(fù)荷下,催化劑各運(yùn)行指標(biāo)參數(shù)是否達(dá)標(biāo)。主要測(cè)試參數(shù)有NOx濃度、氨逃逸率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、脫硝系統(tǒng)阻力、溫度等,并對(duì)催化劑運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。脫硝性能驗(yàn)收試驗(yàn)通過(guò)對(duì)脫硝系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整,使脫硝系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)處于合理、高效水平。

4、催化劑的更換及再生管理

4.1催化劑的加裝和更換

國(guó)內(nèi)大部分燃煤電廠(chǎng)脫硝SCR系統(tǒng)都設(shè)計(jì)成多層催化劑,一般為“2+1”模式,預(yù)留1層。預(yù)留層加裝時(shí)首先需要對(duì)加裝的安全性進(jìn)行評(píng)估,包括系統(tǒng)壓降增加,整體質(zhì)量增加,性能指標(biāo)等多方面。催化劑幾何特性和化學(xué)組分與初裝催化劑不一定相同,可根據(jù)具體情況調(diào)整。

加裝預(yù)留層催化劑后,不僅要求脫硝效率提高,還需要確保SO2/SO3轉(zhuǎn)化率小于1%,氨逃逸率低于3×10-6,保證脫硝系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)達(dá)到要求。多層催化劑在催化劑的壽命管理和系統(tǒng)性能方面更具靈活性。先添加預(yù)留層催化劑,再依次更換舊催化劑層的方法廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外火電廠(chǎng)。

該方法成熟、穩(wěn)定、可靠,考慮的因素相對(duì)較少。每次至少更換1層新催化劑,所需催化劑量大。催化劑運(yùn)行過(guò)程中,及時(shí)根據(jù)脫硝催化劑的活性測(cè)試及運(yùn)行工況分析制定催化劑的壽命管理計(jì)劃(圖1)。

催化劑的相對(duì)潛能是指催化劑使用過(guò)程中的活性K與新催化劑活性的比值。一般隨運(yùn)行時(shí)間的增加,相對(duì)潛能降低,其越低說(shuō)明使用中催化劑的活性越差。因此應(yīng)隨時(shí)檢測(cè)催化劑相對(duì)潛能,根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行催化劑的加裝、更換、再生。

4.2催化劑的失活

造成催化劑失活的原因主要有4個(gè):

①堵塞。煙氣中灰分較多,煙氣中的細(xì)小顆粒物聚集在催化劑表面和小孔內(nèi),阻礙反應(yīng)物分子到達(dá)催化劑表面。最常見(jiàn)的堵塞物為銨鹽和硫酸鈣。

②中毒。煙氣中許多化合物都是潛在的催化劑化學(xué)性毒害物質(zhì),如砷、磷、堿金屬、堿土金屬及金屬氧化物等;煙氣和灰分中物質(zhì)都會(huì)引起催化劑中毒。

③機(jī)械磨損。煙氣中煙塵的沖刷及吹灰器運(yùn)行不當(dāng)造成催化劑物理性損傷;

④燒結(jié)。運(yùn)行過(guò)程中溫度波動(dòng)引起的失活。催化劑燒結(jié)主要是由于運(yùn)行溫度偏高,如果催化劑長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行高于450℃,會(huì)導(dǎo)致催化劑顆粒變大,有效活性表面積減少,活性迅速降低。

4.3催化劑的再生

催化劑預(yù)計(jì)壽命到期之前,需對(duì)催化劑性能及機(jī)械壽命進(jìn)行測(cè)試,確定其是否具有再生價(jià)值。催化劑機(jī)械壽命一般為10a,首次再生試驗(yàn)具有應(yīng)用價(jià)值。神華北京國(guó)華電力有限責(zé)任公司太倉(cāng)電廠(chǎng)已進(jìn)行大批量再生試驗(yàn),催化劑再生后應(yīng)用良好。

目前能夠?qū)嵤┐呋瘎┰偕墓居薪K肯創(chuàng)環(huán)境科技股份有限公司、蘇州華樂(lè)大氣污染控制科技發(fā)展有限公司、重慶遠(yuǎn)達(dá)催化劑公司和江蘇龍?jiān)喘h(huán)保催化劑有限公司等。一般再生工藝主要步驟為:清掃除灰、清洗、化學(xué)清洗、浸泡、高溫烘干等。

催化劑再生后仍需進(jìn)行性能測(cè)試,確定其是否達(dá)到要求性能。根據(jù)HJ562—2010《火電廠(chǎng)煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范選擇性催化還原法》,失活催化劑可采用再生或無(wú)害化處理。雖然催化劑屬于微毒物質(zhì),但使用過(guò)程中煙氣中的重金屬可能在催化劑內(nèi)聚集,這種情況下,使用后失活的SCR催化劑應(yīng)作為危險(xiǎn)廢棄物來(lái)處理。

5、發(fā)展趨勢(shì)

隨著國(guó)內(nèi)發(fā)電公司大量投運(yùn)脫硝裝置,機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增加,大量催化劑的失活不可避免,脫硝催化劑的全壽命管理對(duì)延長(zhǎng)催化劑的使用壽命具有重要意義。各發(fā)電公司應(yīng)規(guī)范催化劑的壽命管理,開(kāi)展研究廢舊催化劑的回收處理技術(shù)。

一般催化劑的再生次數(shù)需通過(guò)催化劑的性能檢測(cè)確定,由于催化劑的機(jī)械壽命一般為10a,因此最多可再生2~3次。廢舊催化劑被定性為危險(xiǎn)固體廢棄物,處理難度大,加強(qiáng)廢舊催化劑的處理技術(shù)研發(fā),包括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、回收有效成分等是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

6、結(jié)論

1)進(jìn)行催化劑選擇設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分考慮催化劑廠(chǎng)家提供的催化劑實(shí)際運(yùn)行參數(shù),最大限度滿(mǎn)足催化劑運(yùn)行工況。催化劑運(yùn)行、檢修、維護(hù)過(guò)程中,要嚴(yán)格控制噴氨量、運(yùn)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(wèn)題。針對(duì)實(shí)際情況,可制定嚴(yán)格的投運(yùn)/退出邊界條件。

2)催化劑的檢測(cè)是進(jìn)行催化劑加裝、更換和再生的前提,是催化劑壽命管理的核心內(nèi)容。通過(guò)檢測(cè)脫硝催化劑的效率、氨逃逸和SO2/SO3轉(zhuǎn)化率等指標(biāo),判斷其是否失活,并定期進(jìn)行催化劑單體的檢測(cè)和脫硝系統(tǒng)性能測(cè)試,根據(jù)檢測(cè)結(jié)果制定合適的運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃,充分發(fā)揮催化劑的應(yīng)用價(jià)值。

目前催化劑安裝通常采用“2+1”模式,活性降低時(shí),可首先通過(guò)加裝1層新催化劑來(lái)提高活性,當(dāng)活性再次降低時(shí),需更換舊催化劑,并對(duì)更換的舊催化劑進(jìn)行再生。