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因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。

堵塞、中毒、机械磨损、烧结是造成催化剂失活的主要原因,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,并定期进行催化剂单体的检测和脱硝系统性能测试。最后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、回收有效成分等。

为了降低燃煤电站中NOx排放量,国内大量安装脱硝反应器,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,但投资成本高,且催化剂有使用寿命限制,到期后需加装或更换新的催化剂,增加了投资成本。

因此应通过加强催化剂管理,规范安装、运行、检测及维护等全寿命管理过程,延长催化剂使用寿命。脱硝催化剂的寿命一般有机械寿命和化学寿命2种,机械寿命是指催化剂的结构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结构特点决定。杨述芳等研究了催化剂壁厚对其寿命的影响;赵毅研究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,以获得满足脱硝性能的催化剂制备工艺和配方。

催化剂机械寿命受反应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可逆性。工程上常说的催化剂的使用寿命一般指化学寿命,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,反应系统压差过大,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,降低投资成本。

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,应根据电厂自身情况(煤质灰分、烟气和氨)对催化剂性能提出要求,最大限度满足催化剂运行工况。催化剂成分、形式及孔径等在一定程度上决定了催化剂的脱硝效率催化剂基本形式及主要参数见表1。

选择性催化还原技术(SCR)催化剂活性K是能够同时体现催化反应系统传质和化学反应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,同时受催化剂反应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,避免催化剂跌落、碰撞、震荡。催化剂存储在干燥室内,避免接触到雨水,环境温度≤30℃,湿度<90%。潮湿的环境会使催化剂表面吸潮,干燥时发生破裂,缩短寿命。

催化剂的吊装使用厂家配备的专用工具,吊装时避免与钢梁等坚硬物体发生碰撞,吊装角度不能过小,避免发生倾斜,起吊速度不宜过快,保证催化剂安全装入反应器内。新建电厂催化剂安装时间一般选择在点火吹管之后,避免大量油污、灰尘黏附在催化剂表面,引起催化剂中毒。

脱硝改造安装时,需清理干净炉膛及脱硝反应器内杂物,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部分。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达到标准。同时对催化剂外观、性质进行检查,包括催化剂表面有无损坏,长、宽、高及厚度的几何尺寸是否合适等。

二是催化剂的性能验收试验。性能验收试验一般由第三方测试,并出具测试报告。对脱硝系统各工况进行测试,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达到要求性能标准。

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逐渐下降,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,密切注意烟气量、烟气温度、烟气压力、粉尘、SO2含量及波动范围,根据设计条件调整喷氨量或投入自动喷氨;制定SCR装置投入或退出运行规程,如要实现全负荷脱硝,需采取其他措施,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,保证催化剂在最适宜的温度运行,提高催化剂运行效率。如果出现参数偏离设计值过大的情况,应及时分析,评估其危害性和严重性,并考虑补救措施,一般运行中需注意喷氨量和吹灰器的控制。

2.1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℃。