高灰煙氣催化劑性能影響研究

劉漢強，楊建輝，甄志，路光杰

(1.國電新能源技術研究院，北京市 102209；2.北京國電龍源環保工程有限公司，北京市 100039)

(1. Guodian New Energy Technology Research Institute, Beijing 102209, China;2. Beijing Guodian Longyuan Environmental Engineering Co., Ltd., Beijing 100039, China)

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高灰煙氣催化劑性能影響研究

劉漢強1，楊建輝2，甄志2，路光杰2

(1.國電新能源技術研究院，北京市 102209；2.北京國電龍源環保工程有限公司，北京市 100039)

針對我國燃煤電廠高灰煙氣開發的新型高強脫硝催化劑，在某電廠2×600 MW機組脫硝系統中得到了應用。介紹了該燃煤電廠的脫硝系統特點和煙氣條件，高灰煙氣脫硝催化劑的設計與選型、脫硝工程驗收情況和運行18個月后催化劑的各項性能。結果表明：在高灰煙氣條件下，脫硝催化劑正常運行3個月后，使用狀況正常，初期脫硝效率顯著，達到83.9%，凈煙氣NOx質量濃度達到73.7 mg/m3，氨逃逸量、SO2/SO3轉化率、系統壓力損失等參數均優于設計值；正常使用18個月后，脫硝催化劑各項性能正常，耐磨損性能優異。

燃煤電廠；脫硝；選擇性催化還原脫硝催化劑；高灰煙氣

0 引 言

選擇性催化還原(selective catalytic reduction, SCR)脫硝技術是一種高效、可靠、成熟的煙氣脫硝技術，廣泛應用于燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝系統中[1-3]，SCR脫硝催化劑是該技術的核心部件，具有價格昂貴、壽命短等特征[3-7]。近年來，我國一些企業通過技術引進實現了脫硝催化劑的本地化生產，但是引進技術存在著如何適應中國煙氣條件的難題。由于國外脫硝催化劑一般是在煙氣含塵量不超過15 g/m3的環境中運行使用，而目前我國很多的燃煤電廠其煙氣含塵量高達40～50 g/m3，國外的技術引進方沒有處理我國惡劣燃煤條件煙氣(尤其高灰塵)的經驗，所以開發適合中國市場、適應高灰煙氣條件的脫硝催化劑是我國脫硝領域的當務之急，也是面臨的重大挑戰。

近年來，一些科研機構和催化劑生產公司的研發人員系統研究了蜂窩式脫硝催化劑在燃煤電廠煙氣中的磨損行為和抗磨損性能[3,8-11]，但所有研究結果都還僅僅停留在實驗室研究或數學模擬階段。本文基于某燃煤電廠2×600 MW機組的煙氣條件和脫硝系統特點，研究高灰煙氣脫硝催化劑的設計與選型、工程驗收時脫硝系統的運行情況以及系統運行18個月后的催化劑各項性能。

1 適應高灰煙氣系統的反應器及脫硝系統特點

表1是某燃煤電廠2×600 MW機組省煤器出口(SCR反應器入口)處的煙氣條件，工況為鍋爐最大連續蒸發量(Boiler maximum continue rate, BMCR)工況。從表1看出，該電廠的鍋爐煙氣具有高含塵(約46 g/m3)特征。因此，選擇SCR脫硝催化劑時，不但要保證在設計煤種、鍋爐最大工況、處理100%煙氣量條件下，脫硝效率不小于82%，氨逃逸濃度不大于3×10-6，SO2/SO3轉化率小于1%，而且催化劑本身要比常規蜂窩式SCR脫硝催化劑具有更好的耐磨損性能，以保證穩定的運行使用和正常的機械壽命(一般不低于10年)。

表1 脫硝系統入口煙氣參數及煙氣中的污染物成分(過量空氣系數為1.18)

Table 1 Flue gas parameters in entrance of de-NOxsystem and pollutants in flue gas(excess air ratio was 1.18)

脫硝系統示范工程采用SCR脫硝工藝以及高含塵布置方式。每臺鍋爐配置2臺SCR反應器，SCR反應器內的催化劑使用蜂窩式催化劑，按“2+1”層布置。采用尿素水解制氨系統供還原劑-氨氣，每套尿素水解制氨系統對應1臺爐的2個SCR反應器。

除此之外，為了充分顯現高灰脫硝催化劑在高灰煙氣中的性能優勢，適應該項目的高灰煙氣特征，該示范工程在脫硝系統設計上采取了諸多改進措施。

(1)煙氣系統：所有煙道在適當位置配有足夠數量和大小的人孔門和清灰孔，以便于煙道(包括膨脹節和擋板門)的維修和檢查以及清除積灰。

(2)SCR反應器：SCR反應器是在充分進行了物理模型流場試驗基礎上設計的，反應器流場均勻度高，反應器入口煙道設導流板，對于反應器內部易于磨損的部位設計必要的防磨措施。反應器內部各類加強板、支架，設計成不易積灰的型式。

(3)吹灰系統：采用聲波吹灰器，每層催化劑層設5個聲波吹灰器，每臺反應器共設10只聲波吹灰器。聲波吹灰器由分散控制系統(distributed control system，DCS)控制，每10 min發聲10 s，工作介質為壓縮空氣，要求壓縮空氣供氣壓力≥0.62 MPa，雜質小于40 micron，含油含水量不超過3%。

2 高灰脫硝催化劑的設計與選型

按照項目的要求，適應高灰煙氣的新催化劑的性能指標如下：

具有自主知識產權的適應中國高灰煤種的國產催化劑，與進口催化劑在同樣磨損測試條件下，其重量損失比進口催化劑低20%，其中催化劑橫向抗壓強度≥0.8 MPa，軸向抗壓強度≥2 MPa。

建成300 MW或以上國產高灰煙氣(煙氣含塵量大于30 g/m3)催化劑脫硝示范工程，NH3/NOx≤1，脫硝率≥80%，達到國家的環保要求，NH3逃逸率≤3×10-6，SO2氧化率≤1%，連續運行小時數超過30 000 h。

根據實驗室內的研究結果，高灰煙氣脫硝催化劑與傳統的蜂窩式SCR脫硝催化劑相比，在輔料成分、制備工藝和后續增強處理等方面均有所改進，因此，在脫硝工程應用中，能表現出更優良的抗磨損性能，更靈活的煙氣條件適應能力。應用于該示范工程中的高灰脫硝催化劑的各種性能參數如表2所示。

3 驗收期內脫硝系統的性能檢測

高灰煙氣脫硝催化劑在線運行3個月后，對該電廠煙氣脫硝裝置進行了性能檢測。表3是將A、B反應器的檢測數據平均取值后的最終檢測結果和結論。從表3可以看出，在鍋爐最大工況(600 MW)下，脫硝系統的脫硝效率、氨逃逸量、系統壓力損失等重要參數都滿足了煙氣脫硝要求，其中脫硝效率和氨逃逸性能表現非常突出。因此，實現了高灰煙氣脫硝催化劑在該燃煤電廠高灰煙氣中的穩定、達標應用。

表2 高灰煙氣脫硝催化劑的設計參數

Table 2 Design parameters of de-NOxcatalyst applied for high-dust flue gas

表3 600 MW機組脫硝系統的性能參數

4 高灰脫硝催化劑運行18個月后的性能檢測

高灰煙氣脫硝催化劑在電廠脫硝系統中正常運行1年半后，電廠停爐檢修，脫硝工程管理人員進入到各SCR反應器中，發現第1層脫硝催化劑部分區域具有孔道輕微堵塞的現象，但催化劑不存在端口嚴重磨損、碎裂和坍塌的情況。經人工清灰后，催化劑模塊的照片如圖1所示。技術人員取出催化劑模塊中的測試樣，送至江蘇龍源催化劑有限公司分析測試中心進行各項性能檢測，檢測結果如表4所示。

圖1 高灰煙氣脫硝催化劑模板使用18月后的表面照片

從表4可以看出，高灰脫硝催化劑的抗壓強度和耐磨損性能比新催化劑有所降低，其中抗壓強度下降的幅度稍大。一方面是由于在高灰煙氣中使用過程中，隨著時間延長，催化劑的機械性能會相應發生衰減；另一方面可能在測試樣品取樣、運輸、切割過程中，催化劑的強度受到了損害。催化劑的耐磨損性能比新催化劑下降了約17%，基本屬于催化劑機械性能正常衰減的范圍。高灰煙氣脫硝催化劑在使用過程中，表面積累了較多的Fe、K、Na，但是這些吸附的金屬離子并沒有導致催化劑活性明顯的降低。

總之，高灰煙氣脫硝催化劑在該電廠高含塵煙氣條件下長達18個月的使用，只存在正常的老化現象，這說明高灰煙氣脫硝催化劑本身所具有的機械性能、物化性能和催化性能都滿足燃煤電廠高灰煙氣條件下的使用要求。該脫硝工程的正常運行表明，我公司在開發和應用適合于我國燃煤煙氣高灰塵條件的新型高強脫硝催化劑的道路上邁出了重要的一步。

5 結 語

適用于燃煤電廠高灰煙氣的SCR脫硝催化劑在某電廠2×600MW機組脫硝系統中得到了成功應用。脫硝前，該電廠燃煤煙氣中的含塵量達到46 g/m3，屬于我國燃煤電廠中典型的高灰煙氣。經過嚴格設計、選型和特殊制備的SCR脫硝催化劑，在該電廠脫硝系統中長時間運行后，經第三方檢測，使用狀況正常，脫硝效率顯著，達到83.9%，凈煙氣NOx質量濃度達到73.7 mg/m3，氨逃逸量、SO2/SO3轉化率、系統壓力損失等參數均優于設計值。高灰煙氣脫硝催化劑正常使用18個月后，催化劑各項性能正常，耐煙氣磨損性能優異，完全滿足了在燃煤電廠高灰煙氣中正常使用的各項性能要求。

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(編輯：蔣毅恒)

Effect of High-Dust Flue Gas on Catalyst Performance

LIU Hanqiang1, YANG Jianhui2, ZHEN Zhi2, LU Guangjie2

The de-NOxcatalyst developed for the high-dust flue gas in power plant was successfully applied in denitration system for 2×600 MW units in a power plant. The characteristics of denitration system and the conditions of flue gas in this power plant were introduced, as well as the design and selection of the de-NOxcatalyst, the acceptance of denitration engineering and the changes of various performance parameters of de-NOxcatalyst used for 18 months. The results show that the application of de-NOxcatalyst developed for the high-dust flue gas for 3 months is very well. The denitration efficiency which reaches about 83.9% is significant, and the NOxconcentration is reduced to about 73.7 mg/m3in the flue gas. Simultaneously, the amount of ammonia slip, SO2/SO3conversion rate, and the loss of system pressure are better than the design value. In addition, after used in the high-dust flue gas for 18 months, various performance of the de-NOxcatalyst is normal, and wear resistance is excellent.

denitration in power plant; selective catalytic reduction catalyst; high-dust flue gas

國家高技術研究發展計劃項目(863計劃)(2012AA06A113；2010AA065003)。

(1. Guodian New Energy Technology Research Institute, Beijing 102209, China;2. Beijing Guodian Longyuan Environmental Engineering Co., Ltd., Beijing 100039, China)

TM 621;X 511

A

1000-7229(2015)04-0091-04

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.04.015

2014-10-07

2014-11-30

劉漢強(1965)，男，本科，高級工程師，主要從事電力環保工程建設及大氣污染防治工作；

楊建輝(1984)，男，博士，工程師，主要從事SCR脫硝催化劑制備及再生工藝的研究工作；

甄志(1978)，女，碩士，高級工程師，主要從事火力發電廠脫硫脫硝工程設計工作；

路光杰(1964)，男，博士，高級工程師，主要從事大氣污染防治及燃煤電廠環保技術的研究工作。

Project Supported by The National High Technology Research and Development of China (863 Program) (2012AA06A113；2010AA065003).