現場再生技術在國內百萬機組SCR催化劑壽命管理中的首次實踐

華能玉環電廠

前 言

華能玉環電廠4臺1000MW機組分別于2010年～2011年實施煙氣脫硝改造。2013年上半年，經西安熱工研究院有限公司檢測，脫硝催化劑均不同程度地出現了較大活性衰減，因此，如何將百萬機組檢修時間和催化劑的壽命管理科學結合，是電廠必須正視的課題。2014年春節期間，2號機組被列入C級檢修，該機組脫硝運行已超過2.5萬小時，面對日益嚴峻的煙氣排放考核要求，如果錯過本次利用停機檢修時間進行催化劑科學壽命管理的機會，將很難保證催化劑的化學壽命堅持到下一個檢修周期的到來。玉環電廠利用本次停機檢修時間，在20天內完成了整個反應器上層408 m3共224個模塊的拆裝和清洗再生，完成了國內首臺百萬機組SCR催化劑再生實踐工作，為我國節能減排、資源循環再利用以及催化劑的科學壽命管理提供了良好借鑒。

表1 幾何特性測量結果

一、再生是催化劑壽命管理中的重要措施之一

SCR催化劑性能檢測及壽命評估、SCR催化劑補充/更換/再生等都屬于催化劑壽命管理內容，其主要目的就是通過采用以上先進的SCR運行管理模式，最大限度地發揮催化劑的潛力，延長催化劑的使用壽命，節省成本，再生是催化劑壽命管理中重要措施之一。

催化劑再生有兩種方式：基地式再生和移動式現場再生，基地式再生是將催化劑運回專業的再生公司，在再生公司的基地進行再生后，再運回用戶安裝。基地式再生避免了對用戶現場的場地要求，有利于用戶的清潔生產管理，在經濟運輸半徑內和有較充裕時間時是可取的，如果路途過遠，長途運輸勢必占用相當時間、費用，同時也增加長途運輸顛簸導致機械破損的風險。移動式再生是將再生全套裝置運到用戶現場，在現場完成再生工程，可以邊拆卸邊再生邊安裝，幾乎將所有的停機時間都用于再生過程，可以最大程度地發揮時間優勢，但是，現場再生對工藝裝備及工藝質量控制有較高要求，以確保再生質量和防止因再生導致二次污染。用戶可以根據自身實際情況，選擇最適合自己的再生方式以加強對催化劑的壽命管理。

表2 催化劑工藝特性測試結果

圖1 現場再生工藝流程圖

由于電廠的機組檢修周期受電網等外在因素影響較大，因此催化劑的再生不能依照其運行使用時間和效果而定，必須根據機組的檢修計劃制定相應的再生計劃，即使本次檢修催化劑仍能滿足脫硝要求，但脫硝性能是否能堅持到下次檢修，以及下次檢修時間是否有足夠時間進行處理，都將直接關系到達標排放，因此，再生應提前考量，科學的壽命管理一定是需要提前介入的。

二、再生前的實驗分析

玉環電廠2號機組SCR脫硝催化劑選用的是奧地利富藍德蜂窩式催化劑，本次再生前，在催化劑性能實驗室進行了測試，選取了2塊蜂窩式催化劑樣品（2號機組上層及新鮮催化劑樣品各一塊）分別進行單元體幾何特性（幾何尺寸、幾何比表面積）、理化特性（微觀比表面積、孔容、孔徑及孔徑分布、主要化學成分）及工藝特性（單元體脫硝效率和氨逃逸）的檢測。結合物化分析的測試結果及再生小試，評價當前玉環電廠2號爐催化劑的脫硝性能，并以此作為再生工藝確定和實施的重要依據。

1.幾何特性測試

催化劑的幾何特性指標主要包括催化劑單元體的幾何尺寸、幾何比表面、開孔率，其檢測結果見表1所示。

2號機組A側上層催化劑使用后，壁厚較新鮮催化劑有所減薄，導致孔徑略微增大，但其整體結構與新鮮催化劑差異不大，機械強度優良，十分適合再生。

2.工藝特性測試

在設計條件下，測量催化劑單元體的脫硝效率及SO2/SO3轉化率，結果見表2。

根據上述幾何特性、工藝特性的綜合分析，2號機組在役催化劑脫硝活性下降明顯，需盡快進行再生，以確保該臺機組在下次檢修到來前的安全運行。

同時通過再生小試確定了玉環電廠2號機組脫硝催化劑再生工藝。以此為技術依據，準備于2014年春節2號機組停機檢修期間，進行再生工程實施，同時由于停機檢修時間很短，能夠允許的含拆裝的再生工期僅20天，因此，現場再生技術幾乎是比較合適的選擇。

表3 清洗廢水出水水質監測表

表4 現場再生催化劑性能檢測表

三、現場再生的實施

2014年1月26日，本項目承擔方江蘇肯創環境科技股份有限公司正式進廠施工；2014年2月16號完成撤場，在計劃工期內，成功實施了2號機組上層催化劑224個模塊的拆裝及清洗再生。

現場再生首先采用額定壓力的射流機沖洗，去除附著不牢的浮灰和堵塞物，然后采用鼓泡清洗清除失活催化劑表面和堵塞在SCR催化劑孔道中的灰塵顆粒沉積物，超聲化學清洗過程中使用滲透促進劑、表面活性劑等助劑，在專利清洗劑的作用下清洗去除溶解性堿金屬離子和硫酸鈣污垢；最后應用超聲浸漬法在催化劑表面負載含有釩、鎢等氧化物的活性組分，進一步提高SCR催化劑的活性接近至新催化劑的品質。

再生工藝流程見圖1。

現場再生過程中，項目承擔方還考慮了再生廢水的處理，現場配備有移動式SCR催化劑再生廢水專用處理裝置，全程監控廢水出水水質，安全達標排放，廢水出水水質監測結果見表3。

四、現場再生的質量檢測

項目完成后，電廠委托國內脫硝催化劑性能檢測權威機構西安熱工院蘇州分院對再生后的催化劑性能進行了檢測，檢測結果見表4。

由上表可知，再生催化劑活性恢復優異，活性恢復至新催化劑的95%；SO2/SO3轉化率及氨逃逸濃度指標均處于安全范圍內，再生效果優良。

從脫硝裝置運行的角度看，再生催化劑實現運行后，2號機組脫硝系統各項指標正常，系統噴氨量較再生前呈下降趨勢，原存在的氨逃逸略高現象也隨之消失。

五、總 結

隨著國內火電機組脫硝系統的大范圍上馬，在確保機組安全穩定運行的大前提下，應提倡提前介入壽命管理，必要時，合理充分利用檢修時機，恰當安排再生時間對風險防范是很有必要的。當停機時間較短，距離再生基地較遠時，現場再生是催化劑壽命管理的較好措施之一。現場再生技術在我國首臺百萬機組SCR催化劑壽命管理中的的成功實施，為其他機組乃至全國其他火電企業燃煤機組SCR脫硝催化劑的壽命管理提供了良好的參考經驗。