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,容易引起脱硝SCR下游空气预热器冷端堵塞,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。

2.2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。

3、催化剂的维护检测

3.1催化剂的检修维护

检修维护是指机组停用后对催化剂的检查、保护措施。避免催化剂潮湿,必要时进行催化剂干燥。定期对催化剂进行清扫、表面除灰;对催化剂进行全面检查,分析催化剂的腐蚀、堵塞或损坏程度;若催化剂局部发生损坏,可小单元更换。对SCR反应器内的其他附属设备进行全面检查,包括氨喷嘴、导流板、整流装置、催化剂密封件、吹灰系统等。检查影响吹灰系统阀门严密性的相关配件,确保检查到位。

3.2催化剂的定期试验与检测

催化剂的定期试验与检测包括催化剂单体检测和性能验收检测。DL/T1286—2013《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》对脱硝催化剂的检测方法做出规定,包括催化剂全尺寸性能测试和催化剂微观性能表征。

测试脱硝效率、氨逃逸率、SO2/SO3转化率以及压差等指标,主要用于分析判断催化剂的状态。催化剂单体模块测试是指遇到停机或检修等合适情况,将催化剂测试单体模块取出,进行实验室检测,可进行切割研究催化剂的堵塞、积灰情况。

测试指标有比表面积、孔径/孔容、活性成分及含量、微观结构等以及小尺寸或全尺寸的催化剂单体模块测试。孟小然等和西安热工研究院有限公司分别对此展开研究。性能验收试验一般是在催化剂安装、更换、再生或锅炉起机等变动后进行的试验,可了解催化剂整体运行情况。

测试不同工况、负荷下,催化剂各运行指标参数是否达标。主要测试参数有NOx浓度、氨逃逸率、SO2/SO3转化率、脱硝系统阻力、温度等,并对催化剂运行状况进行评价。脱硝性能验收试验通过对脱硝系统相关参数的优化调整,使脱硝系统各运行参数处于合理、高效水平。

4、催化剂的更换及再生管理

4.1催化剂的加装和更换

国内大部分燃煤电厂脱硝SCR系统都设计成多层催化剂,一般为“2+1”模式,预留1层。预留层加装时首先需要对加装的安全性进行评估,包括系统压降增加,整体质量增加,性能指标等多方面。催化剂几何特性和化学组分与初装催化剂不一定相同,可根据具体情况调整。

加装预留层催化剂后,不仅要求脱硝效率提高,还需要确保SO2/SO3转化率小于1%,氨逃逸率低于3×10-6,保证脱硝系统的整体性能指标达到要求。多层催化剂在催化剂的寿命管理和系统性能方面更具灵活性。先添加预留层催化剂,再依次更换旧催化剂层的方法广泛应用于国内外火电厂。

该方法成熟、稳定、可靠,考虑的因素相对较少。每次至少更换1层新催化剂,所需催化剂量大。催化剂运行过程中,及时根据脱硝催化剂的活性测试及运行工况分析制定催化剂的寿命管理计划(图1)。

催化剂的相对潜能是指催化剂使用过程中的活性K与新催化剂活性的比值。一般随运行时间的增加,相对潜能降低,其越低说明使用中催化剂的活性越差。因此应随时检测催化剂相对潜能,根据检测结果进行催化剂的加装、更换、再生。

4.2催化剂的失活

造成催化剂失活的原因主要有4个:

①堵塞。烟气中灰分较多,烟气中的细小颗粒物聚集在催化剂表面和小孔内,阻碍反应物分子到达催化剂表面。最常见的堵塞物为铵盐和硫酸钙。

②中毒。烟气中许多化合物都是潜在的催化剂化学性毒害物质,如砷、磷、碱金属、碱土金属及金属氧化物等;烟气和灰分中物质都会引起催化剂中毒。

③机械磨损。烟气中烟尘的冲刷及吹灰器运行不当造成催化剂物理性损伤;

④烧结。运行过程中温度波动引起的失活。催化剂烧结主要是由于运行温度偏高,如果催化剂长时间运行高于450℃,会导致催化剂颗粒变大,有效活性表面积减少,活性迅速降低。

4.3催化剂的再生

催化剂预计寿命到期之前,需对催化剂性能及机械寿命进行测试,确定其是否具有再生价值。催化剂机械寿命一般为10a,首次再生试验具有应用价值。神华北京国华电力有限责任公司太仓电厂已进行大批量再生试验,催化剂再生后应用良好。

目前能够实施催化剂再生的公司有江苏肯创环境科技股份有限公司、苏州华乐大气污染控制科技发展有限公司、重庆远达催化剂公司和江苏龙源环保催化剂有限公司等。一般再生工艺主要步骤为:清扫除灰、清洗、化学清洗、浸泡、高温烘干等。

催化剂再生后仍需进行性能测试,确定其是否达到要求性能。根据HJ562—2010《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法》,失活催化剂可采用再生或无害化处理。虽然催化剂属于微毒物质,但使用过程中烟气中的重金属可能在催化剂内聚集,这种情况下,使用后失活的SCR催化剂应作为危险废弃物来处理。

5、发展趋势

随着国内发电公司大量投运脱硝装置,机组运行时间增加,大量催化剂的失活不可避免,脱硝催化剂的全寿命管理对延长催化剂的使用寿命具有重要意义。各发电公司应规范催化剂的寿命管理,开展研究废旧催化剂的回收处理技术。

一般催化剂的再生次数需通过催化剂的性能检测确定,由于催化剂的机械寿命一般为10a,因此最多可再生2~3次。废旧催化剂被定性为危险固体废弃物,处理难度大,加强废旧催化剂的处理技术研发,包括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、回收有效成分等是未来发展趋势。

6、结论

1)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,可制定严格的投运/退出边界条件。

2)催化剂的检测是进行催化剂加装、更换和再生的前提,是催化剂寿命管理的核心内容。通过检测脱硝催化剂的效率、氨逃逸和SO2/SO3转化率等指标,判断其是否失活,并定期进行催化剂单体的检测和脱硝系统性能测试,根据检测结果制定合适的运行维护计划,充分发挥催化剂的应用价值。

目前催化剂安装通常采用“2+1”模式,活性降低时,可首先通过加装1层新催化剂来提高活性,当活性再次降低时,需更换旧催化剂,并对更换的旧催化剂进行再生。