＊何修年 閆修峰

（華電鄒縣發(fā)電有限公司 山東 273513）

隨著國家對(duì)環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，減少大氣中污染物的排放，要求火電廠大氣污染物的排放執(zhí)行新的標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行大大降低了火電廠SO2、NOx、煙塵等的排放量。排放的污染物中的NOx易與空氣中的水結(jié)合轉(zhuǎn)化為硝酸和硝酸鹽，對(duì)人的身體健康和生態(tài)居住環(huán)境等都存在危害，有效的降低火電廠NOx排放量成為重中之重。由于選擇性催化還原法煙氣脫硝即SCR技術(shù)工藝成熟、脫硝效率高效穩(wěn)定，火電廠廣泛采用SCR煙氣脫硝技術(shù)降低煙氣中NOx排放量。

為了實(shí)現(xiàn)電廠煙氣中NOx的無污染排放，國內(nèi)電廠大多采用SCR脫硝系統(tǒng)脫除煙氣中的NOx，在脫硝反應(yīng)器中加裝催化劑，以液氨、尿素等為還原劑，與從省煤器來的煙氣混合，在反應(yīng)器中催化劑的作用下，煙氣中的氮氧化物與氨氣經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)被中和掉，生成氮?dú)夂退源藖頊p少煙氣中的NOx排放量，達(dá)到國家環(huán)保要求。

隨著SCR煙氣脫硝系統(tǒng)在我國火電廠的普遍應(yīng)用，作為脫硝技術(shù)核心部分的催化劑，決定了脫硝系統(tǒng)的脫硝效率和經(jīng)濟(jì)性，其重要性漸漸被人們重視，而如何保持催化劑的高效活性，使其使用壽命延長，運(yùn)行費(fèi)用減少，是脫硝系統(tǒng)需解決的重要問題。

在SCR系統(tǒng)中催化劑成本占脫硝工程成本的20%左右，由于其建設(shè)成本高，而且有壽命期限的限制，當(dāng)壽命期限到期后需要根據(jù)實(shí)際情況加換催化劑，這樣就增加了運(yùn)行成本，對(duì)催化劑加強(qiáng)規(guī)范管理，建立催化劑全壽命管理，增長催化劑的使用周期尤為重要。一般催化劑分為機(jī)械壽命和化學(xué)壽命。機(jī)械壽命由其自身的結(jié)構(gòu)決定，受脫硝系統(tǒng)中煙氣情況的影響，如煙氣中灰塵等的摩擦腐蝕會(huì)不可逆轉(zhuǎn)地降低機(jī)械壽命。化學(xué)壽命是指工程通常所說的催化劑使用壽命，指在保證氨逃逸、脫硝效率等指標(biāo)的情況下，催化劑連續(xù)運(yùn)行使用的時(shí)間。本文從以下幾方面對(duì)脫硝催化劑的性能及全壽命管理進(jìn)行分析及預(yù)測(cè)。

1.脫硝催化劑的運(yùn)行管理

良好的運(yùn)行管理方式能夠增加催化劑的使用壽命，同時(shí)保證脫硝系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)行。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理過程中，煙氣流場(chǎng)的均勻性、煙氣的流量和溫度、壓降及積灰等都是需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)，都會(huì)影響催化劑的使用效果。

在催化劑運(yùn)行過程中，煙氣流場(chǎng)的均勻性很重要，煙氣流量不均容易造成積灰沉積，會(huì)導(dǎo)致催化劑局部阻塞或垮塌的現(xiàn)象。由煙氣流量不均造成積灰沉積阻塞部分催化劑孔道，會(huì)導(dǎo)致催化劑其它孔道煙氣流速加快，煙氣流速跟煙氣中積灰對(duì)催化劑磨損成正比，由此可見煙氣流量不均易加速催化劑磨損。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，如果煙氣流量不均，很容易造成反應(yīng)器靠近鍋爐側(cè)的位置局部積灰，當(dāng)發(fā)現(xiàn)煙氣流量不均時(shí)，可在后期的脫硝提效改造時(shí)通過對(duì)局部調(diào)整導(dǎo)流板來優(yōu)化流場(chǎng)，減少流量不均帶來的影響。

脫硝催化劑需要在一定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行才能發(fā)揮其作用，此溫度范圍既保證氮氧化物還原反應(yīng)速度，同時(shí)保證了催化劑的使用期限。催化劑設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度一般控制在320-440℃的范圍。溫度低于設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度，氨氣與SO3容易生成硫酸氫銨，降低催化劑的活性；而溫度高于設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度，將導(dǎo)致催化劑失活。所以，在實(shí)際運(yùn)行中盡量避免低溫度運(yùn)行，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行溫度不在設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度區(qū)間，應(yīng)盡快調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行到設(shè)計(jì)的運(yùn)行溫度范圍，從而保護(hù)催化劑的活性，保證催化劑的使用期限。

在催化劑運(yùn)行過程中，經(jīng)常發(fā)生積灰阻塞催化劑的情況，造成催化劑活性下降，所以在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)催化劑壓降增大時(shí)，需要增加吹灰次數(shù)，通過有效的吹灰來降低壓降，減少積灰。

2.脫硝催化劑的性能檢測(cè)

催化劑的活性性能關(guān)系到煙氣中NOx排放是否達(dá)標(biāo)，關(guān)系到氨逃逸率是否超標(biāo)，是否會(huì)產(chǎn)生硫酸氫銨影響空預(yù)器，催化劑的活性性能對(duì)催化劑全壽命管理有很強(qiáng)的指導(dǎo)性，同時(shí)也是脫硝系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的參考依據(jù)。脫硝催化劑活性性能檢測(cè)是保證催化劑使用壽命期限的核心之一，其檢測(cè)包括安裝前、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行過程中和使用壽命期限末期的檢測(cè)。在催化劑安裝前進(jìn)行性能檢測(cè)可以評(píng)估催化劑的機(jī)械性能和活性指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)值，可以避免操作風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)建立催化劑性能指標(biāo)的基本資料數(shù)據(jù)庫，便于運(yùn)行中進(jìn)行全壽命管理。安裝前的檢測(cè)包括催化劑的外觀尺寸、比表面積、孔體積、抗壓強(qiáng)度和磨損強(qiáng)度等機(jī)械指標(biāo)，以及主要化學(xué)元素成分、脫硝效率、反應(yīng)器潛能、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、氨逃逸等工藝指標(biāo)。

在脫硝系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中進(jìn)行催化劑性能檢測(cè)也是不可缺少的環(huán)節(jié)，由于脫硝催化劑在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行值低于設(shè)計(jì)值的情況，而導(dǎo)致NOx濃度排放超標(biāo)、催化劑孔道和空氣預(yù)熱器阻塞、引風(fēng)機(jī)出力不夠等等問題。實(shí)際運(yùn)行過程中進(jìn)行性能檢測(cè)可以了解催化劑當(dāng)前的活性情況，預(yù)測(cè)催化劑的剩余使用期限，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)有無問題，為運(yùn)行人員快速制定解決方案提供依據(jù)。

通過催化劑壽命末期進(jìn)行的性能檢測(cè)，跟催化劑廠家的出廠檢測(cè)報(bào)告對(duì)比來確定是否達(dá)到了使用壽命末期，通過整體性能評(píng)估來預(yù)測(cè)催化劑是否可以再生，從而判斷催化劑的更換或加裝情況，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定性。

3.脫硝反應(yīng)器的潛能

實(shí)驗(yàn)室測(cè)得的催化劑活性指標(biāo)是在理想的煙氣情況下得到的，不代表實(shí)際運(yùn)行過程中煙氣流場(chǎng)、灰塵沉積、氨氮摩爾比等對(duì)脫硝催化劑的性能影響。煙氣條件對(duì)不同脫硝裝置的影響程度是不同的，僅僅通過催化劑活性來預(yù)測(cè)會(huì)導(dǎo)致其使用期限提前或滯后，造成催化劑更換面積不準(zhǔn)確。通過現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合計(jì)算脫硝反應(yīng)器潛能，用于反映實(shí)際煙氣情況下的催化劑總體性能，建立脫硝催化劑的全壽命預(yù)測(cè)方法。針對(duì)NOx排放達(dá)標(biāo)、氨逃逸濃度達(dá)到限值的要求，通過反應(yīng)器潛能的劣化預(yù)測(cè)催化劑的剩余使用期限，考慮到煙氣濃度流量和飛灰沉積的影響，用每層催化劑的活性來預(yù)測(cè)實(shí)際的催化劑加裝更換方案，并對(duì)多個(gè)可行方案進(jìn)行技術(shù)方面及經(jīng)濟(jì)方面的比較。煙氣速度和溫度等一系列運(yùn)行條件對(duì)反應(yīng)器潛能的影響，通過NOx濃度、脫硝效率及氨逃逸濃度等參數(shù)體現(xiàn)，運(yùn)行過程中可以通過實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析脫硝反應(yīng)器潛能的情況。

受煙氣中化學(xué)物質(zhì)成分及積灰等引起的堵塞等物理損傷的影響，反應(yīng)器的潛能隨著運(yùn)行時(shí)間的增加而下降，需要定期對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。

4.催化劑管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

火力發(fā)電廠脫硝催化劑的性能評(píng)估是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，在性能檢測(cè)的基礎(chǔ)上建立催化劑的信息管理與性能分析系統(tǒng)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了脫硝催化劑全壽命管理系統(tǒng)即催化劑管理系統(tǒng)。在催化劑管理系統(tǒng)中設(shè)計(jì)并建立催化劑的性能信息庫，通過跟蹤催化劑的活性性能變化情況更新催化劑使用壽命曲線；同時(shí)管理系統(tǒng)還建立了催化劑的全壽命預(yù)測(cè)模型，根據(jù)脫硝效率、系統(tǒng)的投運(yùn)時(shí)間、入出口NOx濃度、氨逃逸等實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，對(duì)催化劑進(jìn)行性能評(píng)估與使用壽命預(yù)測(cè)，為催化劑的再生或是換裝等優(yōu)化運(yùn)行提供依據(jù)。

催化劑管理系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)建立既需要獲得催化劑本身的性能數(shù)據(jù)，還需要采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中實(shí)時(shí)及歷史運(yùn)行的一系列煙氣參數(shù)，需要大量的數(shù)據(jù)支撐，平臺(tái)中人員手工錄入的催化劑活性檢測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)是支撐催化劑管理平臺(tái)其他功能的基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)平臺(tái)中通過Web網(wǎng)頁預(yù)留手動(dòng)錄入窗口，工作人員將定期檢測(cè)得到的催化劑數(shù)據(jù)手工錄入系統(tǒng)平臺(tái)；脫硝系統(tǒng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)以及工藝流程通過廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)安全獲取，通過大數(shù)據(jù)智能分析和反應(yīng)器潛能智能計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)催化劑性能評(píng)估、壽命預(yù)警預(yù)測(cè)和加換裝等優(yōu)化指導(dǎo)。

催化劑管理系統(tǒng)所需信息包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)（如機(jī)組負(fù)荷、煙氣量、煙氣溫度、出入口NOx濃度、氨逃逸濃度等一系列參數(shù)）、催化劑信息（如催化劑取樣位置、取樣時(shí)間、脫硝系統(tǒng)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間等）以及催化劑活性、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率等等，將運(yùn)行人員手工錄入與管理系統(tǒng)采集模塊獲取的數(shù)據(jù)整合，再經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)器中深度學(xué)習(xí)智能算法進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果及錄入信息都存儲(chǔ)在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)平臺(tái)向客戶端用戶提供錄入、查詢、顯示報(bào)警及換裝指導(dǎo)等信息。通過Web網(wǎng)頁瀏覽的方式，隨時(shí)查看催化劑的情況、催化劑是否滿足運(yùn)行要求及歷史換裝情況等等信息，具有權(quán)限的管理人員可對(duì)平臺(tái)進(jìn)行維護(hù)。

催化劑全壽命預(yù)測(cè)可以保證電廠經(jīng)濟(jì)環(huán)?？煽窟\(yùn)行。催化劑管理系統(tǒng)提供的工藝性能指標(biāo)隨時(shí)間變化的曲線，反映出脫硝系統(tǒng)核心指標(biāo)是否存在超標(biāo)，其中工藝性能指標(biāo)包含脫硝效率、氨逃逸濃度、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)器潛能及催化劑的活指標(biāo)。通過對(duì)脫硝效率和氨逃逸濃度這兩個(gè)指標(biāo)的監(jiān)控，保證氮氧化物濃度排放不超標(biāo)；通過對(duì)氨逃逸濃度、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率、催化劑壓降等指標(biāo)預(yù)測(cè)，對(duì)產(chǎn)生的硫酸氫銨及積灰在催化劑孔道和空氣預(yù)熱器表面的沉積情況進(jìn)行預(yù)警，提醒運(yùn)行人員及時(shí)采取相應(yīng)措施，保證系統(tǒng)穩(wěn)定正常運(yùn)行，從安全方面，降低了由于空氣預(yù)熱器嚴(yán)重堵塞而引起的機(jī)組非停，保證機(jī)組連續(xù)可靠的運(yùn)行；從經(jīng)濟(jì)方面，適當(dāng)增長了催化劑的使用壽命，降低催化劑再生或換裝的成本。

5.結(jié)束語

本文通過對(duì)催化劑的運(yùn)行管理、性能檢測(cè)、脫硝反應(yīng)器潛能、催化劑管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等方面說明了脫硝催化劑的性能評(píng)估和壽命管理。脫硝催化劑的性能評(píng)估與壽命管理系統(tǒng)開發(fā)的目的是積累催化劑的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立催化劑特性數(shù)據(jù)庫，最終達(dá)到利用脫硝催化劑性能評(píng)估與壽命管理系統(tǒng)指導(dǎo)電廠進(jìn)行脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行、催化劑的管理和維護(hù)的目的。