北極星火力發(fā)電網(wǎng)訊:摘要：脫硝催化劑的壽命管理是降低脫硝成本、保證脫硝效果的重要手段。再生催化劑與新催化劑均存在壽命管理的問題，且采用的壽命管理技術(shù)不同。結(jié)合失活催化劑的特性及失活原因，從再生生產(chǎn)工藝的設(shè)計與實施、再生催化劑的運行、停機檢修等多個方面，詳述了再生催化劑壽命管理技術(shù)和應(yīng)用全過程，為燃煤電廠實施失活脫硝催化劑的再生及再生催化劑的應(yīng)用提供了參考。
關(guān)鍵詞: 壽命管理; 脫硝; 催化劑; 再生
引言
脫硝催化劑的壽命管理是一項復(fù)雜的技術(shù)，通過對電廠設(shè)備的運行調(diào)整、氮氧化物( NOx) 排放的要求、燃煤煤種的選擇和脫硝系統(tǒng)運行技術(shù)等因素進行綜合評估，可優(yōu)化脫硝催化劑的選擇，較大程度地延長催化劑的使用壽命，并在保證脫硝效果的前提下實現(xiàn)良好的技術(shù)經(jīng)濟性。失活催化劑的產(chǎn)生是選擇性催化還原法( SCR) 脫硝催化劑壽命管理技術(shù)無法回避的問題。再生利用是處置失活催化劑的重要方式，它的使用也存在壽命管理的問題。與新催化劑壽命管理技術(shù)不同，催化劑再生前已經(jīng)在復(fù)雜工況下長時間高溫運行，其運行情況、失活原因、再生工藝等因素對于再生催化劑壽命有重要影響。在國外，壽命管理理念已充分融入選擇性催化還原技術(shù)，而國內(nèi)脫硝催化劑壽命管理技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用尚處于初級探索階段。本文結(jié)合催化劑的失活及其再生應(yīng)用全過程，重點介紹了再生催化劑壽命管理技術(shù)，為燃煤電廠實施脫硝催化劑再生提供參考。
1 再生前技術(shù)分析
1.1 運行情況評估
燃煤機組負(fù)荷浮動、煤種變化、燃燒方式調(diào)整、技術(shù)人員水平等都會影響煙氣參數(shù)，導(dǎo)致 SCR 脫硝系統(tǒng)的實際運行工況與設(shè)計值存在偏差。此外，由于國內(nèi) SCR 脫硝技術(shù)研究及應(yīng)用較落后，在脫硝系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和催化劑采購過程中也可能存在技術(shù)偏差。
例如，當(dāng)煤質(zhì)與設(shè)計煤種一致時，部分機組仍出現(xiàn)比較嚴(yán)重的失活催化劑堵灰問題，這很可能是由于新催化劑在采購時節(jié)距選型失誤所致。催化劑節(jié)距等幾何參數(shù)一經(jīng)確定，將無法在再生過程中改變，這就需要電廠選用煤質(zhì)更好的低灰煤并加大吹灰強度，方能降低堵灰對催化劑的影響，延長催化劑的使用壽命。因此，若想提高再生催化劑的壽命管理技術(shù)，需要對催化劑再生前的機組運行狀況，尤其是實際工況與設(shè)計值間的偏差，有較為詳細(xì)的了解。
1.2 失活原因分析
SCR脫硝催化劑的失活類型可分為物理失活與化學(xué)失活。常見的物理失活包括破損、磨損和堵孔，常見的化學(xué)失活包括中毒和燒結(jié)。破損、燒結(jié)的催化劑不可再生，而其他類型的催化劑失活則需要檢測相關(guān)指標(biāo)后才能確定是否可以再生。例如，機械強度比較弱的催化劑即使外觀完整，但再生后在高塵環(huán)境中可能出現(xiàn)破損甚至坍塌，無法保證脫硝效果。此外，不同失活類型的催化劑再生工藝也有差別。因此，需要對失活催化劑進行多項性能檢測( 見表 1) ，以判定失活催化劑是否可再生，并為可再生催化劑的再生工藝設(shè)計提供依據(jù)，保證再生后催化劑的活性得到有效恢復(fù)、活性衰減速度與新催化劑相當(dāng)。
表 1 失活催化劑檢測項目
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1.3 再生工藝設(shè)計
由于催化劑的運行工況不同，催化劑的失活原因、失活程度也有差別，因此需要設(shè)計針對性的再生工藝，以最大程度清除催化劑中的有毒有害物質(zhì)。尤其在機組運行情況評估中，發(fā)現(xiàn)機組存在擴容、超低排放改造、深度調(diào)峰等重大調(diào)整時，脫硝系統(tǒng)運行工況會隨之發(fā)生較大變化，僅將催化劑活性恢復(fù)至新催化劑水平并不能滿足運行需求。此時，需要對催化劑進行拓寬溫度窗口、抗中毒等改性再生，從而使其在運行工況變化時仍能達到脫硝性能最優(yōu)化。
2 再生生產(chǎn)工藝控制
2.1 保證機械強度
為保證再生過程中催化劑的機械強度，采用近中性清洗液對催化劑進行清洗，并在保證清洗效果前提下盡可能縮短清洗時間，減少洗液、鼓泡、超聲等對催化劑基體機械強度的影響。此外，催化劑進行熱處理時，應(yīng)嚴(yán)格控制失水速率，防止因水分揮發(fā)過快等原因產(chǎn)生的熱應(yīng)力導(dǎo)致的催化劑微觀結(jié)構(gòu)的破壞，甚至出現(xiàn)宏觀裂紋。
催化劑的磨損多出現(xiàn)在迎風(fēng)面，對迎風(fēng)側(cè)進行端部硬化處理是提高催化劑抗磨損能力的重要手段，端部硬化液的選擇也十分重要。但只含硬化助劑的端部硬化液，雖然可增強催化劑的抗磨損能力，但會使經(jīng)硬化處理的催化劑損失脫硝活性。因此，需要采用具活性的端部硬化液，在提高催化劑抗磨損能力的同時保證其脫硝性能不受影響。
2.2 控制活性衰減速率
再生過程中，應(yīng)將催化劑中有毒有害物質(zhì)含量作為重要的質(zhì)量控制指標(biāo)。有毒有害物種在再生催化劑殘留過多，會遷移并導(dǎo)致催化劑快速失活。為了有效抑制這一問題，需要根據(jù)有毒有害物質(zhì)的物化特性，設(shè)計形成多重的清洗再生方式，使其在再生催化劑中的含量降低至新催化劑的水平。此外，還需要根據(jù)活性組分的熱分解性質(zhì)，確定合理的再生催化劑煅燒溫度。合理控制煅燒溫度可調(diào)整活性組分前驅(qū)體的分解程度，及其在催化劑中的微觀形態(tài)，使活性組分處于高活性狀態(tài)并均勻分散在催化劑表面及微孔結(jié)構(gòu)中。高活性且均勻分散的活性物種可有效延緩催化劑的活性衰減速率。
3 再生催化劑運行管理
3.1 噴氨控制
噴氨量對于脫硝效果有直接影響: 氨氮摩爾比過低則 NOx脫除效率不能滿足要求，氨氮摩爾比過高則造成氨逃逸超標(biāo)和硫酸氫銨的沉積。影響氨氮摩爾比的因素主要有氨氣噴入量、流場分布等。所以，脫硝系統(tǒng)運行技術(shù)人員應(yīng)將每周的噴氨量進行記錄對比，防止噴氨過量或噴氨不足等問題的出現(xiàn);同時對流場分布進行評估，使氨氣與煙氣均勻混合，從而避免局部氨氮摩爾比與設(shè)計值偏差過大。
3.2 溫度控制
為保障脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，催化劑廠家一般都設(shè)定了最低噴氨溫度和限制噴氨溫度。當(dāng)煙氣溫度低于最低噴氨溫度時，應(yīng)及時停止噴氨，脫硝系統(tǒng)退出運行; 當(dāng)煙氣溫度低于限制噴氨溫度時，應(yīng)盡量縮短低溫運行時間( 一般小于 10 h) ，并及時拉高負(fù)荷，使煙氣溫度升高至 300 ℃以上，使高溫運行與低溫運行的時間相同，促進硫酸氫氨的高溫分解。綜上，應(yīng)注意觀察煙氣溫度變化情況，以及時調(diào)整脫硝系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
3.3 積灰控制
我國脫硝反應(yīng)器主要采用高灰布置方式，煙氣中的粉煤灰容易沉積在催化劑防塵網(wǎng)及孔道中，如果不及時清除，會導(dǎo)致催化劑堵塞，影響脫硝效果。為了控制積灰，首先在產(chǎn)品驗收時應(yīng)嚴(yán)格控制蜂窩式再生催化劑的通孔率，每個模塊的通孔率應(yīng)保持在 98% 以上。其次利用脫硝系統(tǒng)各催化劑層配置的吹灰裝置對積灰進行清除。常見的吹灰裝置為蒸汽吹灰和聲波吹灰。其中，蒸汽吹灰器為間歇式運行，要設(shè)定合理的清灰運行流程; 聲波吹灰器為連續(xù)運行，操作則較為方便，但需要加強設(shè)備的維護保養(yǎng)。最后，需加強對脫硝催化劑層、空預(yù)器差壓的監(jiān)視，當(dāng)其壓力升高時，應(yīng)加大吹灰力度，強化吹灰效果。
4 停機檢測
4.1 催化劑性能評估
由于實際運行工況復(fù)雜多變，再生催化劑活性衰減速率可能與設(shè)計曲線出現(xiàn)偏差，因此至少每年每層須取 1 根抽樣單元進行性能檢測。以檢測結(jié)果為依據(jù)，對催化劑壽命進行評估，并制定合理的催化劑運行、更換方案。本文采用浙江浙能催化劑技術(shù)有限公司引進的美國康美泰克公司的先進檢測平臺，并率先以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的形式在浙江省能源集團實施催化劑壽命管理理念的規(guī)范化。
4.2 催化劑破損統(tǒng)計
脫硝催化劑的機械壽命一般按照 10 年設(shè)計。但其失效受煙氣條件影響較大，且多具有不可逆性。與新催化劑相比，再生催化劑已運行了 1 ～ 2 個化學(xué)壽命周期，機械強度有所降低，更容易出現(xiàn)破損。停機時，應(yīng)及時統(tǒng)計催化劑破損情況并安排更換，保證NOx達標(biāo)排放; 同時要分析催化劑破損原因，以便優(yōu)化運行方式來延長催化劑使用壽命。
4.3 脫硝系統(tǒng)設(shè)備整體檢查
脫硝工藝系統(tǒng)包括供氨系統(tǒng)和反應(yīng)器系統(tǒng)，其中反應(yīng)器系統(tǒng)對于脫硝系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。在停機檢修期間，需要對反應(yīng)器各設(shè)備進行維護保養(yǎng)，保證噴氨量可控、流場分布均勻、積灰清理及時等，具體檢修設(shè)備及項目見表 2。
表 2 脫硝反應(yīng)器關(guān)鍵部件停機檢修項目
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5 結(jié)論
再生催化劑壽命管理技術(shù)的研究及工業(yè)應(yīng)用對于燃煤電廠安全穩(wěn)定運行及降低脫硝成本具有重要意義，但在國內(nèi)還未引起足夠的重視。本文結(jié)合催化劑的失活及其再生應(yīng)用全過程，重點介紹了再生催化劑壽命管理技術(shù)，為燃煤電廠實施脫硝催化劑再生及再生催化劑的應(yīng)用提供參考。
（1）再生前需要對失活催化劑性能、機組運行情況進行綜合評估，為機組及脫硝系統(tǒng)運行方式優(yōu)化、再生工藝設(shè)計提供依據(jù)。
( 2）再生生產(chǎn)中，應(yīng)采取溫和、高效的再生方法，在清除有毒有害物質(zhì)、恢復(fù)催化劑活性的同時，保證催化劑機械強度不明顯降低，并降低催化劑的活性衰減速率。
( 3）再生催化劑運行管理期間，需要嚴(yán)格控制氨氮摩爾比、煙氣溫度、積灰情況等，保障脫硝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定高效運行。
( 4）每年需對催化劑進行停機抽樣檢測，對催化劑性能和破損情況進行統(tǒng)計分析，對設(shè)備進行檢查維護，優(yōu)化脫硝運行管理技術(shù)水平，保障機組 NOx達標(biāo)排放。
