同時,在鍋爐啟動和SCR系統(tǒng)投運過程中,應控制煙氣溫度的上升速度,避免對催化劑造成損害。噴氨分布不均勻對脫硝效率有顯著影響,容易引起脫硝SCR下游空氣預熱器冷端堵塞,導致脫硝效率不達標。此外應定期進行噴氨優(yōu)化調整,在熱態(tài)下測量SCR反應器進出口NOx和NH3濃度分布,優(yōu)化不同格柵噴嘴的噴氨量,以實現(xiàn)機組在不同運行負荷下,各項指標最佳。

2.2催化劑定期吹灰

為防止催化劑表面積灰發(fā)生堵塞,需及時在線吹掃,每層催化劑都應設置有吹灰器。一般使用蒸汽吹灰器和聲波吹灰器2種。對于使用蒸汽吹灰的脫硝裝置,在日常運行中,需嚴格控制設定吹灰汽源的壓力和溫度。

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

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

3、催化劑的維護檢測

3.1催化劑的檢修維護

檢修維護是指機組停用后對催化劑的檢查、保護措施。避免催化劑潮濕,必要時進行催化劑干燥。定期對催化劑進行清掃、表面除灰;對催化劑進行全面檢查,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SCR反應器內(nèi)的其他附屬設備進行全面檢查,包括氨噴嘴、導流板、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)閥門嚴密性的相關配件,確保檢查到位。

3.2催化劑的定期試驗與檢測

催化劑的定期試驗與檢測包括催化劑單體檢測和性能驗收檢測。DL/T1286—2013《火電廠煙氣脫硝催化劑檢測技術規(guī)范》對脫硝催化劑的檢測方法做出規(guī)定,包括催化劑全尺寸性能測試和催化劑微觀性能表征。

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

測試指標有比表面積、孔徑/孔容、活性成分及含量、微觀結構等以及小尺寸或全尺寸的催化劑單體模塊測試。孟小然等和西安熱工研究院有限公司分別對此展開研究。性能驗收試驗一般是在催化劑安裝、更換、再生或鍋爐起機等變動后進行的試驗,可了解催化劑整體運行情況。

測試不同工況、負荷下,催化劑各運行指標參數(shù)是否達標。主要測試參數(shù)有NOx濃度、氨逃逸率、SO2/SO3轉化率、脫硝系統(tǒng)阻力、溫度等,并對催化劑運行狀況進行評價。脫硝性能驗收試驗通過對脫硝系統(tǒng)相關參數(shù)的優(yōu)化調整,使脫硝系統(tǒng)各運行參數(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

國內(nèi)大部分燃煤電廠脫硝SCR系統(tǒng)都設計成多層催化劑,一般為“2+1”模式,預留1層。預留層加裝時首先需要對加裝的安全性進行評估,包括系統(tǒng)壓降增加,整體質量增加,性能指標等多方面。催化劑幾何特性和化學組分與初裝催化劑不一定相同,可根據(jù)具體情況調整。

加裝預留層催化劑后,不僅要求脫硝效率提高,還需要確保SO2/SO3轉化率小于1%,氨逃逸率低于3×10-6,保證脫硝系統(tǒng)的整體性能指標達到要求。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。先添加預留層催化劑,再依次更換舊催化劑層的方法廣泛應用于國內(nèi)外火電廠。

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

催化劑的相對潛能是指催化劑使用過程中的活性K與新催化劑活性的比值。一般隨運行時間的增加,相對潛能降低,其越低說明使用中催化劑的活性越差。因此應隨時檢測催化劑相對潛能,根據(jù)檢測結果進行催化劑的加裝、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:

①堵塞。煙氣中灰分較多,煙氣中的細小顆粒物聚集在催化劑表面和小孔內(nèi),阻礙反應物分子到達催化劑表面。最常見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性毒害物質,如砷、磷、堿金屬、堿土金屬及金屬氧化物等;煙氣和灰分中物質都會引起催化劑中毒。

③機械磨損。煙氣中煙塵的沖刷及吹灰器運行不當造成催化劑物理性損傷;

④燒結。運行過程中溫度波動引起的失活。催化劑燒結主要是由于運行溫度偏高,如果催化劑長時間運行高于450℃,會導致催化劑顆粒變大,有效活性表面積減少,活性迅速降低。

4.3催化劑的再生

催化劑預計壽命到期之前,需對催化劑性能及機械壽命進行測試,確定其是否具有再生價值。催化劑機械壽命一般為10a,首次再生試驗具有應用價值。神華北京國華電力有限責任公司太倉電廠已進行大批量再生試驗,催化劑再生后應用良好。

目前能夠實施催化劑再生的公司有江蘇肯創(chuàng)環(huán)境科技股份有限公司、蘇州華樂大氣污染控制科技發(fā)展有限公司、重慶遠達催化劑公司和江蘇龍源環(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、化學清洗、浸泡、高溫烘干等。

催化劑再生后仍需進行性能測試,確定其是否達到要求性能。根據(jù)HJ562—2010《火電廠煙氣脫硝工程技術規(guī)范選擇性催化還原法》,失活催化劑可采用再生或無害化處理。雖然催化劑屬于微毒物質,但使用過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催化劑應作為危險廢棄物來處理。

5、發(fā)展趨勢

隨著國內(nèi)發(fā)電公司大量投運脫硝裝置,機組運行時間增加,大量催化劑的失活不可避免,脫硝催化劑的全壽命管理對延長催化劑的使用壽命具有重要意義。各發(fā)電公司應規(guī)范催化劑的壽命管理,開展研究廢舊催化劑的回收處理技術。

一般催化劑的再生次數(shù)需通過催化劑的性能檢測確定,由于催化劑的機械壽命一般為10a,因此最多可再生2~3次。廢舊催化劑被定性為危險固體廢棄物,處理難度大,加強廢舊催化劑的處理技術研發(fā),包括催化劑的二次再生技術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發(fā)展趨勢。

6、結論

1)進行催化劑選擇設計時,應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,引起空氣預熱器堵塞等問題。針對實際情況,可制定嚴格的投運/退出邊界條件。

2)催化劑的檢測是進行催化劑加裝、更換和再生的前提,是催化劑壽命管理的核心內(nèi)容。通過檢測脫硝催化劑的效率、氨逃逸和SO2/SO3轉化率等指標,判斷其是否失活,并定期進行催化劑單體的檢測和脫硝系統(tǒng)性能測試,根據(jù)檢測結果制定合適的運行維護計劃,充分發(fā)揮催化劑的應用價值。

目前催化劑安裝通常采用“2+1”模式,活性降低時,可首先通過加裝1層新催化劑來提高活性,當活性再次降低時,需更換舊催化劑,并對更換的舊催化劑進行再生。