摘要：本文主要针对火电厂脱硝催化剂寿命展开探讨，分析了火电厂脱硝催化剂的寿命管理现状，并从现状出发，对火电厂脱硝催化剂的未来的发展趋势进行了探讨，希望能够为今后火电厂脱硝催化剂的管理工作提供参考。
关键词：火电厂；脱硝催化剂；寿命；管理
在目前的应用过程中，火电厂脱硝催化剂的寿命管理是一个非常关键的环节，所以，如何做好生命管理，是当前的一个重点问题，与此同时，我们要根据未来的发展趋势，做好各方面的管理工作。
1、催化剂的设计及选型
脱硝随着环保要求已势在必行。目前存在的困难是烟气体积大，浓度低，但NOX总量相对较大，吸收吸附脱硝后废物最终处置难，费用高。在众多脱硝方法当中SCR脱硝技术以其脱硝装置结构简单、无副产品、运行方便、可靠性高、脱硝效率高、一次投资相对较低等诸多优点，在日本和欧美得到广泛商业应用。在目前技术条件下SCR（SdectiveCatalyticReduction，SCR）技术以其运行稳定、脱硝效率高、氨逃逸低等诸多优点不断获得广泛应用，在目前乃至今后相当长时间内成为国际上主流烟气脱销技术。随SCR烟气脱硝技术在我国应用推广，SCR催化剂重要性逐渐被人们认识。如何管理维护SCR催化剂，保持其高效活性，延长寿命，减少运行费用，是目前亟须解决的重要问题。为了降低燃煤电站中NOx排放量，国内大量安装脱硝反应器，脱硝催化剂可将锅炉中生成的NOx氧化为N2，对NOx的脱除具有重要作用，但投资成本高，且催化剂有使用寿命限制，到期后需加装或更换新的催化剂，增加了投资成本。因此应通过加强催化剂管理，规范安装、运行、检测及维护等全寿命管理过程，延长催化剂使用寿命。脱硝催化剂的寿命一般有机械寿命和化学寿命2种，机械寿命是指催化剂的结构及强度能够保证催化剂活性的运行时间，国内统一要求保证催化剂机械寿命大于10年。催化剂的机械寿命通常由催化剂的结构特点决定。杨述芳等研究了催化剂壁厚对其寿命的影响;赵毅研究了催化剂的添加材料(助剂)和成型工艺对催化剂强度的影响，以获得满足脱硝性能的催化剂制备工艺和配方。催化剂机械寿命受反应系统中烟气条件的影响较大，烟气中灰尘、颗粒等的冲刷、磨蚀会降低催化剂的机械寿命且具有不可逆性。工程上常说的催化剂的使用寿命一般指化学寿命，脱硝催化剂的化学寿命是指在保证脱硝系统脱硝效率、氨的逃逸率等性能指标的条件下，催化剂的连续使用时间。随着运行时间的增长，积炭、碱金属吸附、砷吸附等降低了催化剂的催化活性和脱硝效率，使氨逃逸率增大，反应系统压差过大，缩短了催化剂的化学寿命。目前国内统一要求化学寿命不小于24000h。
脱硝催化剂设计应考虑机组容量、性能指标、烟气条件、煤种信息、灰分信息以及炉型采用固态排渣炉还是液体排渣炉等基本设计条件。另外，选择何种类别的催化剂、何种规格的催化剂以及多少体积的催化剂是催化剂选型必须考虑的。
催化剂大致可以分为以下三大类。
1.1蜂窝状催化剂
蜂窝状催化剂具有比表面积大、活性高、催化体积小；催化活性其他类型多50%-70%；催化再生仍保持选择性的特点，一般应用于陶制均匀，整体充满活性成分的系统中。在高尘及低尘均适用。
1.2板式催化剂
板式催化剂具有比表面积小、催化剂体积大；生产简便，自动化程度高；烟气通过性好，不易堵塞；实际活性物比蜂窝式少50%的特点，一般应用于以金属为担体，表面涂层为活性成分的系统。主要在高尘下适用。
1.3波纹板式催化剂
波纹板式催化剂具有比表面积介于蜂窝式与板式之间，重量轻；活性物质比蜂窝式少70%；烟气流动性很敏感的特点，一般应用于波纹状玻璃纤维做担体，表面涂层为活性成分的系统。主要适用于低尘，燃油燃气。
2、催化剂的性能检测
性能检测作为火力发电厂脱硝催化剂寿命管理的核心。催化剂性能检测主要包括安装前性能检测、运行中性能检测和催化剂寿命末期性能检测。
脱硝催化剂安装前进行性能检测可以评估催化剂的包括机械强度和活性指标等的整体性能，规避操作风险以及建立脱硝催化剂基本资料及性能指标数据库以便于催化剂后期寿命管理。检测包括脱硝催化剂的表观尺寸、比表面积、孔体积和开口率等指标，脱硝催化剂抗压强度，粘合强度，磨损强度，微观尺寸以及主要化学成分和元素等理化指标，脱硝工艺效率，活性，SO2/SO3转化率，氨逃逸等工艺指标。
脱硝催化剂在运行过程中常出现运行值低于设置值而导致NOx排放浓度超标和催化剂、空预器堵塞，引风机出力不够以及进入不稳定区域等问题，因而一般在性能检测在催化剂运行过程中也必不可少。运行过程中的性能检测可以从各个方面评估催化剂当前的活性中心减少的情况，准确预估催化剂还能用多长时间；从而可以及时发现问题，制定新的解决方案及运行计划。
为了改进催化剂新增、再生以及更换措施，大幅度提高运行经济性，性能检测在催化剂寿命末期也是不可或缺的一部分。脱硝催化剂寿命末期性能检测可以通过对比催化剂厂家的检测来确定催化剂是否达到了寿命末期；通过对剩余成分分析及催化反应器整体性能评价来预估催化剂是否能再生，从而确定更换加装方案。
3、催化剂的运行管理
正确的运行方式可以延长催化剂的使用寿命，并能使脱硝系统保持经济运行。在运行管理中，烟气量、流场均匀性、烟气温度、压降、积灰等都是需要密切关注的指标。在锅炉启动及SCR系统投运过程中，还应控制烟气温度的上升速度，避免对催化剂造成损害。
由于烟气流场不均导致催化剂局部大量积灰，甚至损坏、局部垮塌的案例时有发生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当部分催化剂由于流场不均的原因造成局部积灰堵塞，势必导致其它催化剂孔道内烟气速度加快，而烟气中的颗粒物对催化剂内壁的磨损量与烟气速度的三次方成正比，可见烟气速度增加会加速催化剂磨损。在实践中，如果烟气流场不均，反应器四周的位置，特别是靠近锅炉侧的位置往往容易形成局部积灰。一旦发现有流场不均的情况，可以在脱硝提效改造时有针对性的对局部进行增加或调整导流板以优化流场。
不论是蜂窝式还是板式催化剂，在运行中都存在由于烟气中碱金属与催化剂的烧结、催化剂孔的堵塞、催化剂的磨损、水蒸气的凝结、灰尘的沉积等造成催化剂的活性下降，因此，有效的吹扫清灰是保持催化剂活性，延长催化剂使用寿命的必要手段。通常采用蒸汽吹灰和声波吹灰两种吹灰器。无论哪种吹灰方式，都以不让催化剂表面形成积灰或者及时吹掉催化剂上的灰分为目的，两种吹灰方式各有优缺点，应根据具体情况选取。当使用蒸汽吹灰时，要严格控制吹灰的压力和温度。吹灰压力既要保证预期的吹灰效果，又要防止吹灰压力过高导致吹损催化剂。而吹灰温度过高，则会导致催化剂烧结，过低则会使催化剂活性降低。实践中，当发现催化剂层的压降增加时，往往需要增加吹灰器的吹灰频次。
烟气与NH3是否均匀混合直接影响到系统的整体脱硝效率、氨逃逸率乃至催化剂的使用寿命。烟气脱硝系统在设计阶段通常会进行流场模拟或者物理模型试验对烟道内的流场进行优化以保证系统入口截面的烟气流速和NOx分布较为均匀。但往往由于各种原因，实际运行过程中出现出口截面NOx分布偏差大，部分区域氨逃逸超过设计保证值的现象。这会影响系统整体的脱硝效果，并会增加空预器的NH4HSO4腐蚀和堵塞风险，给系统的经济稳定运行带来很大的危害。因此，有必须对烟道内烟气与NH3混合的均匀性进行分析研判，通过调整系统入口不同位置的喷氨量，从而改善烟气和NH3混合的均匀性，使所有催化剂处于“同等负荷”状态，避免不同部位的催化剂因“负荷”不同导致使用寿命不一样从而影响整体使用寿命。
4、催化剂定期检测
为了使脱硝催化剂发挥更长时间的作用，必须采用一些方法对催化剂进行运行管理和定期检测。
4.1定期检查和清洁脱硝反应器
检查粉尘堆积和整流板等催化剂反应器结构件的现状，并清理灰尘。通过抽吸操作除尘，因为水对催化剂有很大影响，所以除尘工作不可水洗。
另外除了定期的维护，也要检查安装在脱硝反应器下游方向的在回转式空气预热器换热元件。如造成传热元件的上方粉尘堆积太多或下方换热部件被局部腐蚀成圆柱形状的原因可能不只是劣质的催化剂性能，还有可能是脱硝反应器的上游局部过高供应或混合不均匀的氨氮摩尔比产生了过量氨流向下游的方向，需要特别对此注意。
4.2使用测试脱硝催化剂性能的测试块
为了评估脱硝催化剂的失活速率，每层催化剂的结构设计都配备了测试块，通过定期对催化剂的测试块取样、测试模块的性能，采用物理化学试验对脱硝催化剂活性进行有效评价，以正确掌握脱硝催化剂的性能，帮助整个脱硝装置性能管理。
4.3运行中定期管理
催化剂脱硝性能与脱硝反应器前后的氨氮摩尔比烟气流速的分布存在紧密的联系，这些分布在长期运行后有可能逐渐改变。为了掌握这些分布的长期变化，应定期送到有资质的检测单位操作运行中的分布均匀试验
5、催化剂更换管理
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。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。
6、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
结束语
综上所述，在火电厂脱硝催化剂寿命管理方面，本文进行了进一步分析，从管理的现状出发，明确了管理的方法和管理的措施，同时也对火电厂脱硝催化剂寿命管理的发展趋势进行了研究和探讨，可供仅供参考。
参考文献：
[1]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.
[2]傅玉，陆强，唐诗洁，庄柯，胡笑颖，董长青.SCR脱硝催化剂寿命管理研究[J].中国电力，2018，51(03):163-169.
[3]傅玉，陆强，庄柯，王琦，李慧，董长青.基于灰色预测模型和曲线拟合模型的SCR烟气脱硝催化剂寿命预测[J].热力发电，2017，46(07):60-65+78.
.
论文作者:付艳春,付景峰,曹志成
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/5
标签：催化剂论文; 寿命论文; 烟气论文; 活性论文; 性能论文; 火电厂论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第31期论文;