如何在保證SCR脫硝效率前提下延長(zhǎng)催化劑的使用壽命_圖文

1、2008年全國(guó)電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù):fird,-/"會(huì)論文集如何在保證SC8脫硝效率前提下延長(zhǎng)催化劑的使用壽命 孫海峰I楊廣春1高景玉2(1.湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司,湖南長(zhǎng)沙410203;2.華電湖南分公司,湖南長(zhǎng)沙410203摘要:安裝脫硝系統(tǒng)火力發(fā)電廠在保證SCR脫硝效率前提下如何延長(zhǎng)(或保證催化劑的使用壽命,根據(jù)實(shí)際情況提出解決問(wèn)題采 取的措施和方法。關(guān)鍵詞:效率延長(zhǎng)催化劑使用壽命措施方法1引言目前NOx人為排放的90%以上來(lái)自于礦物燃料的燃燒 過(guò)程,如煤、石油、天然氣等等。隨著中國(guó)電力工業(yè)的飛速發(fā) 展,產(chǎn)生的NOx污染不斷加劇,控制氮氧化物的排放已經(jīng)成 為電

2、力環(huán)保行業(yè)的重點(diǎn)。2004年國(guó)家新的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)實(shí) 施后,對(duì)火電廠NOx排放要求有了大幅度的提高,按火電 廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GBl32232003中要求煙氣中 NOx小于450me,/Nm3。湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電公司是首批投入脫硝系統(tǒng)電廠,每天 單臺(tái)機(jī)組脫硝運(yùn)行成本約1.7萬(wàn)元,特別是催化劑每年1000多萬(wàn)的折舊損失;在發(fā)電企業(yè)舉步維艱的經(jīng)營(yíng)時(shí)期,催化劑 的壽命決定著SCR系統(tǒng)的運(yùn)行成本。催化劑置換費(fèi)用約占 系統(tǒng)總價(jià)的60-70%。目前催化劑的壽命一般為35年(廠 家給定。如何在保證SCR脫硝效率前提下延長(zhǎng)催化劑的使 用壽命,這就要求發(fā)電企業(yè)在保證脫硝效率的情況下進(jìn)一步 在運(yùn)行、操作、維護(hù)上采

3、取必要的措施來(lái)延長(zhǎng)(保證催化劑 使用壽命。2脫硝系統(tǒng)運(yùn)行情況湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司脫硝系統(tǒng)是由東方鍋爐 (集團(tuán)股份有限公司設(shè)計(jì)制造,采取選擇性催化還原 (SCR法來(lái)達(dá)到去除煙氣中NOx的目的,SCR反應(yīng)器采用 高灰布置。SCR脫硝裝置設(shè)計(jì)效率達(dá)到85%,初期裝入的催 化劑按50%脫硝效率實(shí)施SCR技術(shù)。采用氨作為還原劑。湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司兩臺(tái)脫硝機(jī)組脫硝性能試 驗(yàn)已經(jīng)完成,脫硝裝置投入正常,系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn),保證脫硝效 率達(dá)到設(shè)計(jì)值(53%以上;按設(shè)計(jì)煤種燃燒工況每年可以 減少NO。排放量2100多噸。氨逃逸率、so/so,轉(zhuǎn)化率、系統(tǒng) 阻力損失和氨耗量等考核性能指標(biāo),用煙氣溫度、煙氣流量

4、 及入口SO:濃度修正后考核合格。但是由于煤炭市場(chǎng)供應(yīng)形 勢(shì)所限,實(shí)際燃用煤種偏離設(shè)計(jì)值較大(特別是硫分和灰 分,為此在保證脫硝效率的情況下,對(duì)SCR系統(tǒng)催化劑的 運(yùn)行維護(hù)提出了更高的要求。3催化劑的使用壽命工程上計(jì)算催化劑的使用壽命一般從脫硝裝置投入商 業(yè)運(yùn)行開(kāi)始到更換或加裝新的催化劑之前,催化劑的運(yùn)行小 時(shí)數(shù)作為催化劑化學(xué)使用壽命0x脫除率不低于性能保證 要求,氨的逃逸率不高于3ppm。湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司SCR脫硝系統(tǒng)催化劑設(shè)計(jì) 要求在鍋爐BMCR工況下保證催化劑的化學(xué)壽命不少于 24000小時(shí)。按機(jī)組每年利用小時(shí)數(shù)在5000-6000小時(shí)計(jì)算 應(yīng)該在4.5年之間,在設(shè)計(jì)壽命后期隨著

5、脫硝效率的下降, 就應(yīng)該進(jìn)行催化劑的置換、或部分或整體更換,如果SCR系 統(tǒng)運(yùn)行使用、維護(hù)不夠合理的話(huà)將使催化劑提前失效,進(jìn)一 步增加催化劑的折舊成本。4影響脫硝效率的主要因素SCR系統(tǒng)影響脫硝效率的主要因素包括:煙氣的溫度、 2192008年全國(guó)電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集飛灰特性和顆粒尺寸、煙氣流量、中毒反應(yīng)、NO。的脫除率、 NHJNOx摩爾比、煙氣中SO。的濃度、壓降、催化劑的結(jié)構(gòu)類(lèi) 型和用量等。4.1反應(yīng)溫度的影響反應(yīng)溫度對(duì)脫硝率有較大的影響,從廠家給出的反應(yīng)曲 線(圖1可以看出,在300-400。C范圍內(nèi)(對(duì)中溫觸媒,隨 著反應(yīng)溫度的升高,脫硝率逐漸增加,升至4

6、00時(shí),達(dá)到最 大值(90%,隨后脫硝率隨溫度的升高而下降。在SCR過(guò)程 中溫度的影響存在兩種趨勢(shì),一方面是溫度升高是脫硝反應(yīng) 速率增加,脫硝率升高;另一方面溫度的升高NH,氧化反應(yīng) 開(kāi)始發(fā)生,使脫硝率下降。因此,最佳溫度是這兩種趨勢(shì)對(duì)立 統(tǒng)一的結(jié)果。脫硝反應(yīng)一般在310.430范圍內(nèi)進(jìn)行。此時(shí)催化劑活 性最大,所以SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空預(yù)器之間。 催化劑能夠長(zhǎng)期承受的溫度不得高于430。C,短期承受的溫 度不得高于450,超過(guò)該限值,會(huì)導(dǎo)致催化劑燒結(jié)。 l I鮑 200瑚珈 瑚 枷4SO圖1:反應(yīng)溫度與脫硝效率關(guān)系4.2NH3/NO×摩爾比的影響NHJNOx摩爾比對(duì)脫硝效

7、率的影響可以通過(guò)廠家提供 反應(yīng)圖2看出:圖2:NHa/NOx摩爾比對(duì)脫硝效率的影響在3000C下,脫硝率隨NH3fNOx摩爾比的增加而增加, NHJNOx摩爾比小于0.8時(shí),其影響更明顯,幾乎呈線形正比 關(guān)系。該結(jié)果說(shuō)明若NH,投入量偏低,脫硝率受到限制;若 NH,投入量超過(guò)需要量,NH,氧化等副反應(yīng)的反應(yīng)速率將增 大,如sO:氧化生成S03,在低溫條件下SO,與過(guò)量的氨反應(yīng) 生成NI-hHSO,。NH,HSO,會(huì)附著在催化劑或空預(yù)器冷段換熱 元件表面上,導(dǎo)致脫硝效率降低或空預(yù)器堵塞。氨的過(guò)量和逃逸取決于NHJNO。摩爾比、工況條件和催 化劑的活性用量。(工程設(shè)計(jì)氮逃逸不大于3ppm。s02氧

8、化 生成SO,的轉(zhuǎn)化率不大于1%。氨的逃逸率增加。在降低脫硝率同時(shí),也增加了凈化煙 氣中未轉(zhuǎn)化NH3的排放濃度,進(jìn)而造成二次污染。4.3接觸時(shí)間對(duì)脫硝率的影響在300。C溫度和NHJNOx摩爾比為1的條件下,脫硝率 隨反應(yīng)氣與催化劑的接觸時(shí)問(wèn)t的增加而迅速增加,t增至 200ms左右時(shí),脫硝率達(dá)到最大值,隨后脫硝率下降。這主要 是由于反應(yīng)氣體與催化劑的接觸時(shí)間增加,有利于反應(yīng)氣體 在催化劑微孔內(nèi)的擴(kuò)散、吸附、反應(yīng)和產(chǎn)物氣的解吸、擴(kuò)散, 從而使脫硝率提高。但是,若接觸時(shí)間過(guò)大,NH,氧化反應(yīng)開(kāi) 始發(fā)生,使脫硝率下降。4.4催化荊中V20,含量對(duì)脫硝率的影響催化劑中V舡含量的增加,催化效率增加,脫

9、硝率提高, 但是,VA含量超過(guò)6.6%時(shí),催化效率反而下降,這主要由 于V鼽在載體Ti02上的分布不同造成的。當(dāng)V鼽含量在 1.4%-4.5%時(shí),V舡均勻分布于Ti02載體上,并且以等軸聚 合的V基形式存在;當(dāng)VI魄含量為6.6%時(shí),V秈在載體TiO:上形成新的結(jié)晶區(qū)V20,結(jié)晶區(qū),從而降低了催化劑的活 性。4.5催化劑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和用量對(duì)脫硝效率的影響 本項(xiàng)目采用蜂窩式催化劑。其特點(diǎn)為表面積大,體積小, 機(jī)械強(qiáng)度大、阻力較大。煙氣的組成成分(如粉塵濃度、粉塵 顆粒尺寸、堿性金屬和重金屬等的含量是影響催化劑選型 的主要參數(shù)。針對(duì)長(zhǎng)沙項(xiàng)目鍋爐機(jī)組的實(shí)際情況,選用節(jié)距為 8.2mm的蜂窩式催化劑,可

10、以避免催化劑在運(yùn)行中產(chǎn)生堵塞。 5延長(zhǎng)(或保證催化劑使用壽命的措施方法 5.1在SCR催化劑反應(yīng)器的改進(jìn)設(shè)計(jì)催化劑和反應(yīng)器是SCR系統(tǒng)的主要部分。采用催化劑都2008年全國(guó)電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集含有少量的氧化釩和氧化鈦。因?yàn)樗鼈兙哂休^高的抗s0,的 能力。催化劑的結(jié)構(gòu)、形狀隨它的使用環(huán)境而變化。為避免被 顆粒堵塞,蜂窩狀、板式催化劑部件都是常用的結(jié)構(gòu),而華電 長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司采用的是大孔徑的蜂窩狀,因?yàn)樗粌H強(qiáng) 度好,而且容易清理。為了使被飛灰堵塞的可能性減到最小, 反應(yīng)器采用垂直放置,并使煙氣由上而下流動(dòng)。此外。每層裝 有3臺(tái)IK-525SL耙式吹灰器,采用引自屏過(guò)

11、出口過(guò)熱蒸汽 吹灰。每臺(tái)反應(yīng)器共初裝6臺(tái)吹灰器來(lái)防止顆粒的堆積。 對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)則需考慮到在催化反應(yīng)器的 入口處合理分布煙氣和氨,以防止由于各部位的溫度常偏離 設(shè)計(jì)溫度從而導(dǎo)致脫硝率的改變,采用倒流板、混合器、氨噴 射器對(duì)兩側(cè)煙道獨(dú)立布置,使煙氣在各斷面上流量基本相 等,催化劑體積的設(shè)計(jì)中也考慮適當(dāng)放大催化劑的量,同時(shí) 還要考慮反應(yīng)器中有效區(qū)域的變化。5.2運(yùn)行中嚴(yán)格根據(jù)煙氣參數(shù)確定脫硝裝置投退 在鍋爐的運(yùn)行中,做到密切注意煙氣量及其波動(dòng)范圍、 煙氣溫度及其波動(dòng)范圍、SCR裝置進(jìn)口煙道上的煙氣壓力及 其波動(dòng)范圍、煙氣中的粉塵含量、煙氣中的二氧化硫含量等 對(duì)脫硝效率和催化劑影響較大的參

12、數(shù)。只有煙氣參數(shù)完全符 合設(shè)計(jì)值,才允許投入SCR裝置。如果出現(xiàn)個(gè)別參數(shù)偏離設(shè) 計(jì)值過(guò)大,及時(shí)對(duì)此進(jìn)行分析,評(píng)估其危害性質(zhì)和嚴(yán)重性,預(yù) 先估計(jì)其后果并考慮補(bǔ)救措施,最終確認(rèn)SCR裝置投入或退 出運(yùn)行。5.3鍋爐啟動(dòng)和SCR系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中采取措施 鍋爐啟動(dòng)和SCR系統(tǒng)投運(yùn)過(guò)程中在運(yùn)行調(diào)整上采取必 要的措施,控制煙氣溫度的上升速度,避免對(duì)設(shè)備造成損害, 特別是在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)必須進(jìn)行預(yù)熱。為了減少機(jī)械應(yīng)力對(duì)催 化劑模塊的傷害,在煙氣溫度低于70'E時(shí),嚴(yán)格控制煙氣溫 度上升速度不超過(guò)5,分鐘;煙氣溫度升高到120。C前。煙 氣溫度上升速度不超過(guò)10。C/分鐘;煙氣溫度高于120。C到 催化劑運(yùn)

13、行溫度間,升溫速度可以增加到60。C/分鐘。在SCR系統(tǒng)啟動(dòng)次序上作調(diào)整,首先開(kāi)SCR入口煙氣 擋板啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)用冷空氣清洗SCR煙氣系統(tǒng)和催 化荊模塊,當(dāng)鍋爐滿(mǎn)足點(diǎn)火條件點(diǎn)火,使煙氣溫度升高加熱 反應(yīng)器到120以上鍋爐具備投煤條件,啟一次風(fēng)機(jī)投粉使 煙氣溫度升高加熱反應(yīng)器到310以上,其次啟動(dòng)稀釋空氣 風(fēng)機(jī),開(kāi)稀釋空氣出口擋板。使空氣流量大于3200m3Pa(遠(yuǎn)期 85%效率時(shí)5400m3/h氨從蒸發(fā)器供給已準(zhǔn)備好,最后滿(mǎn)足 氨閥開(kāi)啟條件,開(kāi)啟氨供應(yīng)閥向AIG供應(yīng)氨切換到由NO。自 動(dòng)控制噴氨量。5.4啟動(dòng)前的全面復(fù)查啟動(dòng)前對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查,確保設(shè)備系統(tǒng)良好、 可靠,嚴(yán)禁帶病運(yùn)

14、行特別是利用每次停爐機(jī)會(huì)加強(qiáng)檢查各層 催化劑籃子上面應(yīng)無(wú)任何異物。催化劑無(wú)短缺、碎裂;所有保 溫表面的有效性,以防灼傷操作人員及烤壞儀表電器;認(rèn)真 確認(rèn)所有儀表的安裝質(zhì)量、功能的有效性、精度等級(jí)核定、零表1SCR系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)備或儀表 設(shè)計(jì)值 范圍 單位 NOx出口濃度 158.54(遠(yuǎn)期85%脫硝效率時(shí)為47.56 100158.5嘶遠(yuǎn)期85%脫硝效率時(shí)為10一47.56 ppm 反應(yīng)器入口溫度 386310一430o C 反應(yīng)器出口溫度 386310430o C 250(當(dāng)裝入備用層為375;系統(tǒng)遠(yuǎn)期85%脫硝效催化劑的壓差 222-525Pa 率未裝入備用層為350,裝入備用層為525。

15、稀釋空氣流量 3200(j匠期85%效率為5400 3200-3700(遠(yuǎn)期85%效率為54006250 m3/h NH,蒸發(fā)器溫度 60<80o C NH3流量 46.9200.542220kg/h 吹灰蒸汽壓力 5MPa 吹灰蒸汽溫度 350350。409。C NH3供應(yīng)壓力 O.09O.12OO.15MPa 煙氣中粉塵含量、 25.9625.9636.8l g/Nm3煙氣中sO:含量 11791856Nm32212008年全國(guó)電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會(huì)暨技術(shù)研討會(huì)論文集點(diǎn)漂移調(diào)整等,與設(shè)計(jì)要求是否相符等。機(jī)組啟動(dòng)前做好重 要儀器儀表的調(diào)整試驗(yàn)工作:例如NO

16、。、O:分析儀,控制閥、 連鎖閥動(dòng)作,檢查所有電路、電氣安裝的正確性。平時(shí)運(yùn)行當(dāng)中檢查所有檢查孔,人孔門(mén),設(shè)備進(jìn)出孔是 否已可靠關(guān)閉;所有公用設(shè)施(蒸汽、壓縮空氣、水、氨氣等 是否已正確到位;同時(shí)加強(qiáng)檢查所有膨脹支座和膨脹節(jié)位置 的正確性,沿膨脹方向上無(wú)異物阻擋;鋼結(jié)構(gòu)主要受力,梁撓 度是否在允許值范圍內(nèi),通煙后在預(yù)設(shè)的檢查點(diǎn)檢查殼體熱 變形值;熱態(tài)檢查儀表電氣工作的正確性。5.5保證吹灰器正常運(yùn)行和吹灰效果每一吹灰器通過(guò)就地控制柜的手動(dòng)按鈕進(jìn)行試車(chē),吹灰 器的所有控制和順序功能均由DCS實(shí)現(xiàn)。與鍋爐本體的吹灰 器同等對(duì)待,每臺(tái)反應(yīng)器的吹灰器按從上至下的催化劑層依 次運(yùn)行,即上一層催化劑的吹灰

17、器在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)依次啟動(dòng) 運(yùn)行后,再開(kāi)始運(yùn)行下一層催化劑的吹灰器。保證每臺(tái)反應(yīng) 器每次總是保證只有一臺(tái)吹灰器運(yùn)行。避免催化劑在運(yùn)行中 產(chǎn)生堵塞和大量積灰,一方面降低脫硝效率,另一方面損害 催化劑的使用壽命。同時(shí)為保證吹灰效果,吹灰蒸汽從鍋爐屏過(guò)吹灰蒸汽管 道減壓站之后由一根主管引出,再由支管分別引入反應(yīng)器的 每個(gè)催化劑層吹灰器入口的本體控制閥控制蒸汽吹入反應(yīng) 器;為保證吹灰器運(yùn)行可靠每吹灰器配有兩個(gè)限位開(kāi)關(guān), 當(dāng)吹灰器耙子完全伸出和完全收回時(shí)觸發(fā);每一吹灰器配有 一對(duì)就地按扭,保證在遠(yuǎn)控失靈的情況下用于就地投退吹灰 器。在日常運(yùn)行過(guò)程中,嚴(yán)格控制設(shè)定吹灰汽源壓力在 1.52.5MPa之間,既要

18、保證吹灰汽源壓力達(dá)到預(yù)期的吹灰效 果,特別是對(duì)于燃用湖南灰分在50%左右的地煤;又要控制 壓力在合適范圍內(nèi),防止壓力過(guò)高吹損催化劑,與此同時(shí)又 要選擇適當(dāng)吹灰汽源溫度,防止吹灰汽源溫度過(guò)高造成局部 催化劑區(qū)域超過(guò)允許的430。C,致使局部催化劑失效;在吹灰 汽源投人時(shí)做到疏水充分,避免由吹灰器帶水造成催化劑粘 灰影響脫硝效率。6結(jié)論脫硝系統(tǒng)催化劑的折舊壽命直接決定著SCR系統(tǒng)的運(yùn) 行成本。因?yàn)榇呋瘎┲脫Q費(fèi)用約占系統(tǒng)總價(jià)的60-70%。湖南 華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司催化劑的設(shè)計(jì)使用壽命在扣5年之 間,如果由于SCR系統(tǒng)運(yùn)行使用、維護(hù)不夠合理使催化劑提 前失效進(jìn)行催化劑的置換、或部分或整體更換,將進(jìn)一

19、步加 大催化劑的折舊成本。正常使用壽命期內(nèi)湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電 有限公司脫硝系統(tǒng)每年設(shè)備折舊費(fèi)用在1000萬(wàn)左右,如果 催化劑提前一個(gè)月失效,那么在使用壽命期內(nèi)每年設(shè)備折舊 費(fèi)用將增加至1020萬(wàn)左右,可見(jiàn)SCR脫硝系統(tǒng)催化劑的使 用壽命對(duì)運(yùn)營(yíng)成本影響極大。目前湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司對(duì)SCR系統(tǒng)運(yùn)行使用、 維護(hù)操作上采取一系列的嚴(yán)格防護(hù)措施來(lái)延長(zhǎng)(或保證催 化劑的使用壽命的做法,還有待于靠脫硝效率和催化劑的實(shí) 際失效時(shí)間來(lái)驗(yàn)證,但不論怎樣湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電公司作為 首批投入脫硝系統(tǒng)電廠。在目前沒(méi)有煙氣脫硝電價(jià)的情況 下。在發(fā)電企業(yè)舉步維艱的經(jīng)營(yíng)時(shí)期,努力做到內(nèi)部挖潛從 技術(shù)層面上采取降低發(fā)電廠脫硝

20、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本的作法,能夠 為同類(lèi)型機(jī)組的電廠提供可借鑒材料。作者簡(jiǎn)介:孫海峰(1970-,男,工程師,從事電廠集控運(yùn)行技術(shù)管 理工作。通訊地址:湖南省長(zhǎng)沙市6號(hào)信箱電話(huà):0r7318206206箱:CHDSHF126.COM.楊廣春(1970-,男,高級(jí)工程師,從事電廠生產(chǎn)管理工 作。通訊地址:湖南省長(zhǎng)沙市6號(hào)信箱電話(huà):07318206203箱:yyy_.gggcec126.130111.高景玉(1969一,男,高級(jí)工程師,從事電廠生產(chǎn)管理工 作。通訊地址:湖南省長(zhǎng)沙市6號(hào)信箱電話(huà)15973111109郵箱:jingyu-gao 如何在保證SCR脫硝效率前提下延長(zhǎng)催化劑的使用壽命作者:孫海峰 , 楊廣春 , 高景玉作者單位:孫海峰,楊廣春(湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司,湖南