脱硝催化剂全寿命管理研究

脱硝催化剂全寿命管理研究

崔恒祥韩旭

（大唐环境产业集团股份有限公司江苏省南通市226206）

摘要：进行催化剂选择设计时，应充分考虑催化剂厂家提供的催化剂实际运行参数，最大限度满足催化剂运行工况｡催化剂运行､检修､维护过程中，要严格控制喷氨量､运行温度､吹灰系统，避免为了提高脱硝效率，而增加氨逃逸，引起空气预热器堵塞等问题｡针对实际情况，需要制定合理的全寿命管理制度｡

关键词：脱硝催化剂；寿命管理；性能检测

据统计，我国40%的氮氧化物(NOx)排放量来自于煤炭的燃烧｡对氮氧化物排放的贡献最多的是燃煤消耗，有效控制火力发电厂的氮氧化物排放，是解决我国氮氧化物污染的关键之一，现在已有许多脱硝反应器在国内安装｡由于在锅炉中产生的氮氧化物可在脱硝催化剂作用下还原成氮气，因此脱硝催化剂在除去氮氧化物中扮演重要的角色，在这当中，催化剂寿命管理的主要考虑因素不仅是在操作现有催化剂时如何满足脱硝效率的要求，而且还要考虑怎样实现运行成本节约的目的，从而合理的对催化剂进行补充､更换和再生｡

1、催化剂的设计及选型

脱硝催化剂设计应考虑机组容量､性能指标､烟气条件､煤种信息､灰分信息以及炉型采用固态排渣炉还是液体排渣炉等基本设计条件｡另外，选择何种类别的催化剂､何种规格的催化剂以及多少体积的催化剂是催化剂选型必须考虑的｡催化剂大致可以分为以下三大类｡

表1催化剂基本形式及主要参数

2、催化剂的性能检测

性能检测作为火力发电厂脱硝催化剂寿命管理的核心｡催化剂性能检测主要包括安装前性能检测､运行中性能检测和催化剂寿命末期性能检测｡脱硝催化剂安装前进行性能检测可以评估催化剂的包括机械强度和活性指标等的整体性能，规避操作风险以及建立脱硝催化剂基本资料及性能指标数据库以便于催化剂后期寿命管理｡检测包括脱硝催化剂的表观尺寸､比表面积､孔体积和开口率等指标，脱硝催化剂抗压强度，粘合强度，磨损强度，微观尺寸以及主要化学成分和元素等理化指标，脱硝工艺效率，活性，SO2/SO3转化率，氨逃逸等工艺指标｡

脱硝催化剂在运行过程中常出现运行值低于设置值而导致NOx排放浓度超标和催化剂､空预器堵塞，引风机出力不够等问题，因而性能检测在催化剂运行过程中也必不可少｡运行过程中的性能检测可以从各个方面评估催化剂当前的活性减少的情况，准确预估催化剂还能用多长时间；从而可以及时发现问题，制定新的解决方案及运行计划｡

为了改进催化剂新增､再生以及更换措施，大幅度提高运行经济性，性能检测在催化剂寿命末期也是不可或缺的一部分｡脱硝催化剂寿命末期性能检测可以通过对比催化剂厂家的出厂检测数据来确定催化剂是否达到了寿命末期；通过对剩余成分分析及催化反应器整体性能评价来预估催化剂是否能再生，从而确定更换加装方案｡

3、催化剂的运行管理

3.1喷氨量的控制

温度300～400℃时，随着反应温度的升高，脱硝反应速率增加，脱硝效率升高;当温度升至400℃后，脱硝效率随温度的升高而下降。温度升高，NH3氧化反应加剧，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。如果反应器内温度长时间降至最低运行温度，必须停止喷氨，防止硫酸盐或硝酸盐沉积在催化剂表面，影响催化剂活性。为延长催化剂寿命，根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，应控制烟气温度的上升速度，避免对催化剂造成损害。喷氨分布不均匀对脱硝效率有显著影响［6］，容易引起脱硝SCR下游空气预热器冷端堵塞［7］，导致脱硝效率不达标。此外应定期进行喷氨优化调整，在热态下测量SCR反应器进出口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，各项指标最佳。

3.2催化剂定期吹灰

为防止催化剂表面积灰发生堵塞，需及时在线吹扫，每层催化剂都应设置有吹灰器。一般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，需严格控制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达到预期的吹灰效果，又要控制压力在合适范围内，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，操作方便。但要防止声波吹灰器喇叭口积灰，影响除灰效果，导致催化剂表面积灰。

4、催化剂定期检测

4.1、定期检查和清洁

检查脱硝反应器内粉尘堆积和整流板等催化剂反应器结构件的现状，并清理灰尘｡通过抽吸操作除尘，因为水对催化剂有很大影响，所以除尘工作不可水洗｡另外除了定期的维护，也要检查安装在脱硝反应器下游方向的在回转式空气预热器换热元件｡如造成传热元件的上方粉尘堆积太多或下方换热部件被局部腐蚀成圆柱形状的原因可能不只是劣质的催化剂性能，还有可能是脱硝反应器的上游局部过高供应或氨氮摩尔比混合不均匀产生了过量氨流向下游，需要特别对此注意｡

4.2、使用测试脱硝催化剂性能的测试块

为了评估脱硝催化剂的失活速率，每层催化剂的结构设计都配备了测试块，通过定期对催化剂的测试块取样､测试模块的性能，采用物理化学试验对脱硝催化剂活性进行有效评价，以正确掌握脱硝催化剂的性能，帮助整个脱硝装置性能管理｡

4.3、运行中定期管理

催化剂脱硝性能与脱硝反应器前后的氨氮摩尔比烟气流速的分布存在紧密的联系，这些分布在长期运行后有可能逐渐改变｡为了掌握这些分布的长期变化，应定期联系有资质的检测单位至现场，在脱硝系统运行期间的操作相关分布均匀试验。

5、催化剂再生及更换管理

每个脱硝反应器都必须保证所要求的性能｡根据设计条件和催化剂的使用寿命，脱硝效率应不低于最低保证值，氨逃逸率不超过最大保证值｡一旦催化剂达到使用寿命，它的性能不能保证使用要求，必须更换催化剂的部分或添加更多的催化剂到反应器中｡催化剂达到临界运行小时数24000h将原催化剂的顶部或底部去掉一层催化剂更换为新的催化剂，适当保存或添加前再生那部分取出的催化剂，利用机组检修期间将再生后的旧催化剂替换一层原来失效的催化剂，这次被取代下的催化剂也要妥善保存(或添加前再生)，再待另一机组维修更换另一层催化剂，直至催化剂机械寿命终结(或大面积损伤)，一直反复循环上面步骤，最后更换新的催化剂｡

结束语

综上所述，执行诸如催化剂安装，催化剂更换和再生是在性能测试的前提下开展的，执行核心性能检测寿命管理可以提出适当的维护计划，使催化剂最大限度使用｡

参考文献

[1].内蒙古布日得环保科技有限公司[J].环境与发展，2017，02:10.