如何在保證SCR脫硝效率前提下延長催化劑的使用壽命_圖文

1、2008年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會暨技術(shù):fird,-/"會論文集如何在保證SC8脫硝效率前提下延長催化劑的使用壽命 孫海峰I楊廣春1高景玉2(1.湖南華電長沙發(fā)電有限公司,湖南長沙410203;2.華電湖南分公司,湖南長沙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(或保證催化劑的使用壽命,根據(jù)實際情況提出解決問題采 取的措施和方法。關(guān)鍵詞:效率延長催化劑使用壽命措施方法1引言目前NOx人為排放的90%以上來自于礦物燃料的燃燒 過程,如煤、石油、天然氣等等。隨著中國電力工業(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。2004年國家新的大氣排放標(biāo)準(zhǔn)實 施后,對火電廠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。湖南華電長沙發(fā)電公司是首批投入脫硝系統(tǒng)電廠,每天 單臺機組脫硝運行成本約1.7萬元,特別是催化劑每年1000多萬的折舊損失;在發(fā)電企業(yè)舉步維艱的經(jīng)營時期,催化劑 的壽命決定著SCR系統(tǒng)的運行成本。催化劑置換費用約占 系統(tǒng)總價的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一步 在運行、操作、維護上采

3、取必要的措施來延長(保證催化劑 使用壽命。2脫硝系統(tǒng)運行情況湖南華電長沙發(fā)電有限公司脫硝系統(tǒng)是由東方鍋爐 (集團股份有限公司設(shè)計制造,采取選擇性催化還原 (SCR法來達到去除煙氣中NOx的目的,SCR反應(yīng)器采用 高灰布置。SCR脫硝裝置設(shè)計效率達到85%,初期裝入的催 化劑按50%脫硝效率實施SCR技術(shù)。采用氨作為還原劑。湖南華電長沙發(fā)電有限公司兩臺脫硝機組脫硝性能試 驗已經(jīng)完成,脫硝裝置投入正常,系統(tǒng)運行平穩(wěn),保證脫硝效 率達到設(shè)計值(53%以上;按設(shè)計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。但是由于煤炭市場供應(yīng)形 勢所限,實際燃用煤種偏離設(shè)計值較大(特別是硫分和灰 分,為此在保證脫硝效率的情況下,對SCR系統(tǒng)催化劑的 運行維護提出了更高的要求。3催化劑的使用壽命工程上計算催化劑的使用壽命一般從脫硝裝置投入商 業(yè)運行開始到更換或加裝新的催化劑之前,催化劑的運行小 時數(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。湖南華電長沙發(fā)電有限公司SCR脫硝系統(tǒng)催化劑設(shè)計 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。按機組每年利用小時數(shù)在5000-6000小時計算 應(yīng)該在4.5年之間,在設(shè)計壽命后期隨著

5、脫硝效率的下降, 就應(yīng)該進行催化劑的置換、或部分或整體更換,如果SCR系 統(tǒng)運行使用、維護不夠合理的話將使催化劑提前失效,進一 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年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會暨技術(shù)研討會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 型和用量等。4.1反應(yīng)溫度的影響反應(yīng)溫度對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,達到最 大值(90%,隨后脫硝率隨溫度的升高而下降。在SCR過程 中溫度的影響存在兩種趨勢,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) 開始發(fā)生,使脫硝率下降。因此,最佳溫度是這兩種趨勢對立 統(tǒng)一的結(jié)果。脫硝反應(yīng)一般在310.430范圍內(nèi)進行。此時催化劑活 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,超過該限值,會導(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摩爾比對脫硝效

7、率的影響可以通過廠家提供 反應(yīng)圖2看出:圖2:NHa/NOx摩爾比對脫硝效率的影響在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,其影響更明顯,幾乎呈線形正比 關(guān)系。該結(jié)果說明若NH,投入量偏低,脫硝率受到限制;若 NH,投入量超過需要量,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,與過量的氨反應(yīng) 生成NI-hHSO,。NH,HSO,會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,也增加了凈化煙 氣中未轉(zhuǎn)化NH3的排放濃度,進而造成二次污染。4.3接觸時間對脫硝率的影響在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問t的增加而迅速增加,t增至 200ms左右時,脫硝率達到最大值,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間增加,有利于反應(yīng)氣體 在催化劑微孔內(nèi)的擴散、吸附、反應(yīng)和產(chǎn)物氣的解吸、擴散, 從而使脫硝率提高。但是,若接觸時間過大,NH,氧化反應(yīng)開 始發(fā)生,使脫硝率下降。4.4催化荊中V20,含量對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6.6%時,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,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,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)類型和用量對脫硝效率的影響 本項目采用蜂窩式催化劑。其特點為表面積大,體積小, 機械強度大、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)。針對長沙項目鍋爐機組的實際情況,選用節(jié)距為 8.2mm的蜂窩式催化劑,可

10、以避免催化劑在運行中產(chǎn)生堵塞。 5延長(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)器的改進設(shè)計催化劑和反應(yīng)器是SCR系統(tǒng)的主要部分。采用催化劑都2008年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會暨技術(shù)研討會論文集含有少量的氧化釩和氧化鈦。因為它們具有較高的抗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 長沙發(fā)電有限公司采用的是大孔徑的蜂窩狀,因為它不僅強 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。此外。每層裝 有3臺IK-525SL耙式吹灰器,采用引自屏過

11、出口過熱蒸汽 吹灰。每臺反應(yīng)器共初裝6臺吹灰器來防止顆粒的堆積。 對SCR系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計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 射器對兩側(cè)煙道獨立布置,使煙氣在各斷面上流量基本相 等,催化劑體積的設(shè)計中也考慮適當(dāng)放大催化劑的量,同時 還要考慮反應(yīng)器中有效區(qū)域的變化。5.2運行中嚴(yán)格根據(jù)煙氣參數(shù)確定脫硝裝置投退 在鍋爐的運行中,做到密切注意煙氣量及其波動范圍、 煙氣溫度及其波動范圍、SCR裝置進口煙道上的煙氣壓力及 其波動范圍、煙氣中的粉塵含量、煙氣中的二氧化硫含量等 對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)計值,才允許投入SCR裝置。如果出現(xiàn)個別參數(shù)偏離設(shè) 計值過大,及時對此進行分析,評估其危害性質(zhì)和嚴(yán)重性,預(yù) 先估計其后果并考慮補救措施,最終確認(rèn)SCR裝置投入或退 出運行。5.3鍋爐啟動和SCR系統(tǒng)投運過程中采取措施 鍋爐啟動和SCR系統(tǒng)投運過程中在運行調(diào)整上采取必 要的措施,控制煙氣溫度的上升速度,避免對設(shè)備造成損害, 特別是在冷態(tài)啟動時必須進行預(yù)熱。為了減少機械應(yīng)力對催 化劑模塊的傷害,在煙氣溫度低于70'E時,嚴(yán)格控制煙氣溫 度上升速度不超過5,分鐘;煙氣溫度升高到120。C前。煙 氣溫度上升速度不超過10。C/分鐘;煙氣溫度高于120。C到 催化劑運

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

14、行特別是利用每次停爐機會加強檢查各層 催化劑籃子上面應(yīng)無任何異物。催化劑無短缺、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、精度等級核定、零表1SCR系統(tǒng)運行參數(shù)設(shè)備或儀表 設(shè)計值 范圍 單位 NOx出口濃度 158.54(遠(yuǎn)期85%脫硝效率時為47.56 100158.5嘶遠(yuǎn)期85%脫硝效率時為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年全國電力行業(yè)脫硫脫硝技術(shù)協(xié)作網(wǎng)年會暨技術(shù)研討會論文集點漂移調(diào)整等,與設(shè)計要求是否相符等。機組啟動前做好重 要儀器儀表的調(diào)整試驗工作:例如NO

16、。、O:分析儀,控制閥、 連鎖閥動作,檢查所有電路、電氣安裝的正確性。平時運行當(dāng)中檢查所有檢查孔,人孔門,設(shè)備進出孔是 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;同時加強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保證吹灰器正常運行和吹灰效果每一吹灰器通過就地控制柜的手動按鈕進行試車,吹灰 器的所有控制和順序功能均由DCS實現(xiàn)。與鍋爐本體的吹灰 器同等對待,每臺反應(yīng)器的吹灰器按從上至下的催化劑層依 次運行,即上一層催化劑的吹灰

17、器在設(shè)定的時間內(nèi)依次啟動 運行后,再開始運行下一層催化劑的吹灰器。保證每臺反應(yīng) 器每次總是保證只有一臺吹灰器運行。避免催化劑在運行中 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。同時為保證吹灰效果,吹灰蒸汽從鍋爐屏過吹灰蒸汽管 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;為保證吹灰器運行可靠每吹灰器配有兩個限位開關(guān), 當(dāng)吹灰器耙子完全伸出和完全收回時觸發(fā);每一吹灰器配有 一對就地按扭,保證在遠(yuǎn)控失靈的情況下用于就地投退吹灰 器。在日常運行過程中,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到預(yù)期的吹灰效 果,特別是對于燃用湖南灰分在50%左右的地煤;又要控制 壓力在合適范圍內(nèi),防止壓力過高吹損催化劑,與此同時又 要選擇適當(dāng)吹灰汽源溫度,防止吹灰汽源溫度過高造成局部 催化劑區(qū)域超過允許的430。C,致使局部催化劑失效;在吹灰 汽源投人時做到疏水充分,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 行成本。因為催化劑置換費用約占系統(tǒng)總價的60-70%。湖南 華電長沙發(fā)電有限公司催化劑的設(shè)計使用壽命在扣5年之 間,如果由于SCR系統(tǒng)運行使用、維護不夠合理使催化劑提 前失效進行催化劑的置換、或部分或整體更換,將進一

19、步加 大催化劑的折舊成本。正常使用壽命期內(nèi)湖南華電長沙發(fā)電 有限公司脫硝系統(tǒng)每年設(shè)備折舊費用在1000萬左右,如果 催化劑提前一個月失效,那么在使用壽命期內(nèi)每年設(shè)備折舊 費用將增加至1020萬左右,可見SCR脫硝系統(tǒng)催化劑的使 用壽命對運營成本影響極大。目前湖南華電長沙發(fā)電有限公司對SCR系統(tǒng)運行使用、 維護操作上采取一系列的嚴(yán)格防護措施來延長(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 際失效時間來驗證,但不論怎樣湖南華電長沙發(fā)電公司作為 首批投入脫硝系統(tǒng)電廠。在目前沒有煙氣脫硝電價的情況 下。在發(fā)電企業(yè)舉步維艱的經(jīng)營時期,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)運營成本的作法,能夠 為同類型機組的電廠提供可借鑒材料。作者簡介:孫海峰(1970-,男,工程師,從事電廠集控運行技術(shù)管 理工作。通訊地址:湖南省長沙市6號信箱電話:0r7318206206箱:CHDSHF126.COM.楊廣春(1970-,男,高級工程師,從事電廠生產(chǎn)管理工 作。通訊地址:湖南省長沙市6號信箱電話:07318206203箱:yyy_.gggcec126.130111.高景玉(1969一,男,高級工程師,從事電廠生產(chǎn)管理工 作。通訊地址:湖南省長沙市6號信箱電話15973111109郵箱:jingyu-gao 如何在保證SCR脫硝效率前提下延長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(湖南華電長沙發(fā)電有限公司,湖南