延长火电厂脱硝催化剂使用寿命研究

延长火电厂脱硝催化剂使用寿命研究

郝文涛

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司 内蒙古 027300

摘要：目前，大部分的大型煤炭发电厂都已经建成了自己的脱硝体系，进入了正常的运营阶段。但是，因为我们国家的广袤，每个大型煤炭发电厂的状况都不一样，这就导致了无法对其进行统一的运营和管理。对脱硝系统操作过程中有可能会出现的问题及出现问题的原因进行分析，引导操作管理人员从问题入手，对脱硝系统在操作中出现的各种问题进行解决，最终达到提高脱硝催化剂使用寿命，同时降低电厂运营成本的目的。

关键词：火电厂；脱硝催化剂；使用寿命

引言

催化剂都具有一定的寿命。通常将脱硝剂的使用年限划分为机械使用年限和化学使用年限。催化剂寿命管理属于一项系统工程，这就要求催化剂厂家及电厂用户从多个方面对催化剂在使用过程中的状态和性能变化进行记录和分析，并持续地对系统运行进行优化和改进，从而达到延长催化剂的使用寿命，并保证系统的正常、经济运行的目的[1]。

一、火电厂脱硝催化剂寿命管理

催化剂的使用寿命管理，包括催化剂的设计，制备，性能测试，操作管理，再生和更换，以及废弃催化剂的处置。文章着重对其性能检测，操作管理，再生和替换等方面进行论述，当煤种相同时，这些是决定催化剂使用寿命的重要原因。催化剂的化学寿命一般为24000h,要确保催化剂在其使用寿命中,可以满足脱硝效果、SO2/SO3转化率、氨逃逸等主要技术指标的要求,催化剂制造商在催化剂出厂前,就必须先对其进行性能试验,确定催化剂初装活性在要求范围内，并根据烟气情况、催化剂的热衰减曲线等来确定催化剂是否能达到协议要求的化学寿命。

二、催化剂的管理

（1）催化剂投运前的管理

在催化剂投运之前，要进行详细的理论分析。目前我国火力发电厂脱硝催化剂形式主要有蜂窝式、板式、波纹板式，依据火力发电厂的入炉煤硫分、烟气流量、烟气温度等实际条件，选择合适的催化剂形式，并根据实际需要，合理选择催化体积。合理的催化剂形式和体积，是确保脱硝催化剂提高使用寿命的前提。

（2）催化剂的性能检测

在催化剂的使用过程中，对其进行动态监测，是保证催化剂使用寿命的关键环节。以催化剂安装前的性能检测数据作为催化剂寿命管理的基本信息，在催化剂每运转8000个小时，并接近于设计使用年限的时候，如果出现停机、维修等情况，取出测试模块，进行活性、SO2/SO3转化率、氨逃逸、压降、碱金属中毒等主要指标进行检验。催化剂测试模块的检测，能够对经过一段时间使用之后的催化剂的各种性能参数进行评估，从而快速地找到存在的问题，并对催化剂还能够使用多久进行预测，为催化剂的维护管理、确定是否需要加装、更换或者再生等提供科学依据。

（3）催化剂的运行管理

选择适当的操作方法，不仅可以提高催化剂的寿命，还可以保证脱硝体系的经济性。在锅炉点火启动过程中，要注意对烟温的升温速率进行控制，防止对催化剂造成破坏。在生产运行过程中，要密切关注烟气量，流场均匀性，烟气温度，压降，积灰等问题。

1）烟气流场。在实际生产中，经常出现因烟气流场分布不均而导致的局部烟尘堆积，造成部分催化剂孔道堵塞，引起通流催化剂孔道中烟尘运动速率增大，催化剂受到的飞灰磨损与烟尘运动速率的3次方成正比，因此，烟尘运动速率的增大将加剧催化剂的磨损。实际应用中，如果出现了流场不均匀的现象，可以在脱硝提效率的改进过程中，有目的的在部分区域添加或调节导流板，从而达到对流场进行优化的目的。

2）吹灰管理。无论是蜂窝式催化剂，还是平板式催化剂，其在实际操作过程中，均会因为烟气中的碱性金属与催化剂发生烧结、催化剂孔堵塞、催化剂磨损、水蒸气凝结、烟尘沉积等原因而导致催化剂的性能降低，所以，对催化剂进行高效的吹扫清理是维持催化剂性能，提高催化剂的使用寿命的重要方法。常用的吹灰器有两种，一种是水蒸气，一种是音波。不管是哪种吹灰方法，都是以不让催化剂表面形成积灰，或者是能及时地吹去催化剂上的积灰为主要目标，两种吹灰方法都有各自的优点和不足，要结合实际情况进行选择。采用水蒸气吹灰器时，必须对吹灰器的压力、温度进行严格的控制，如果吹灰器的吹灰点太高，会导致催化剂的烧焦，如果吹灰点太低，又会影响催化剂的反应性能。采用音波吹灰器时，因音波产生的声能能量有限，应加强音波吹灰器发声膜片的保养与维护，避免因发声膜片机械疲劳导致吹灰效率下降而引起催化剂孔堵塞。在实际应用中，水蒸气吹灰和音波吹灰相结合已成为主流，如果在催化层压降增大时，通常会提高吹灰器的吹灰频率。

3）喷氨管理。氨气与烟气的掺混程度对脱硝效果、氨逃逸率甚至催化剂的服役时间有很大的关系。在烟气脱氮系统的设计过程中，为了使烟气流动速度和 NOx在系统进口断面上的分布更加均衡，一般都会通过流场仿真或物理模型实验来对烟道内部的流场进行优化，投产后定期开展喷氨优化试验，进一步优化脱硝断面的氨气分布。然而，在实际生产中，常会因为多种因素造成出口断面 NO

X浓度变化较大、氨逃逸浓度超出设计保证值等问题。这不仅会降低脱硝效率，还会因为烟气中的SO2在催化剂的作用下会被烟气中的O2氧化，即在催化剂活性成分V2O5 的作用下，SO2 向 SO3 的转换率会相应增加，SO3与烟气中的水份生成硫酸，而逃逸（逸出）氨与硫酸反应生成硫酸氢铵或硫酸铵，硫酸氢铵在150～230℃为粘稠状态易造成空气预热器堵灰，导致空气预热器换热能力下降，降低锅炉效率。所以，需要对烟道中烟气与NH3的均匀度进行研究，通过喷氨优化试验在脱硝系统进口处调节氨的浓度，以提高烟气与NH3的均匀度，保证每处催化剂都是“同等负荷”，以避免由于“负荷”的差异，导致不同断面的催化剂使用寿命出现差异。

4）烟气温度控制。脱硝催化剂具有特定的工作温度，国内目前按照SCR脱硝系统在不同行业的使用温度将脱硝催化剂分为低温催化剂（160～280℃）、中温催化剂（280～420℃）和高温催化剂（≥450℃）三种。烟温对催化材料的性能有很大的影响，它既关系到催化材料的反应速率，又关系到催化材料的性能和使用寿命。通常情况下，火力发电厂在300～420℃范围内进行脱氮操作。当催化剂长期暴露于其允许最高运行温度以上的高温环境可引起催化剂活性位置烧结，导致催化剂颗粒增大，比表面积减小，一部分活性组分挥发损失，因而使催化剂活性降低甚至失活。因此有必要在生产运行过程中加强脱硝入口烟温的控制。

三、催化剂的再生管理

通常情况下，催化剂的使用寿命为3年，也就是24000小时。在反应过程中，如果反应速率降低到某一点，则必须进行再生或替换。催化剂的失效是一种非常复杂的物理化学过程，一般可划分为两类：一类是物理化学失效，一类是化学毒性失效。

物理化学失效是指催化剂的磨损，孔道和微孔的堵塞，以及烧结等引起的失活；化学毒性失效是指入炉煤中砷（As）、碱金属（主要是K、Na）等元素燃烧后引起的催化剂中毒，高温烟气中的气态As2O5扩散进入催化剂的微孔结构中，在催化剂表面发生反应，占据并破坏催化剂的活性位，从而导致催化剂失活；碱金属元素则被认为是对SCR催化剂毒性最大的一类元素。脱硝催化剂是否及如何再生取决于其失活的原因及失活的范围。对于破损、磨耗、烧结等情况，通常不进行再生。

如果催化剂发生了物理性失活，孔道及微孔堵塞则比较容易再生，如果发生了化学中毒，则应先进行表面损伤、内壁磨损、残留活性及主要中毒原因等方面的初步测试和评价。当评价结果表明，该催化剂具有一定的可回收性时，还需对其失效原因作深入研究，以便制定相应的回收过程方案。

通过在国外和国内的使用经历,可以发现,如果对催化剂进行了合理的设计,并且催化剂的运行状况和工程设计要求基本吻合,运用得当,那么绝大多数的催化剂都是能够实现再生的,有些甚至能够实现三次的再生,其使用寿命甚至能够达十年以上[3]。

结语

本文阐述了燃煤锅炉脱硝系统中影响催化剂使用寿命的一些因素，并指出了在脱硝系统中应重视的问题，从而达到改善脱硝系统性能、延长催化剂使用寿命的目的，希望可以作为参考。

参考文献：

[1]常峥峰.延长火电厂脱硝催化剂使用寿命的探究[J].节能,2019,38(03):13-14.

[2]罗永新.火电厂脱硝催化剂寿命管理关键问题浅析[J].化工管理,2018(06):214-215.

[3]赵瑞,刘毅,廖海燕,史晓宏.火电厂脱硝催化剂寿命管理现状及发展趋势[J].洁净煤技术,2015,21(02):134-138.