燃煤電站中低溫型脫硝催化劑的實測性能分析

余僑榮 彭權華

氮氧化物（N認）是對環境及人體均有嚴重影響的污染物，隨著社會發展以及工業化的推進，NO排放量逐年遞增。我國約80%的NO排放來自于煤炭燃燒，電力行業是我國煤炭消耗的巨頭，因此控制燃煤機組NO排放是經濟生態和諧發展的必然選擇。我國火電機組技術較成熟、使用較普遍的脫硝技術為選擇性催化還原脫硝法（SCR），其脫硝效率可達85%以上。催化劑是SCR系統的核心部件，燃煤機組常用的中高溫型催化劑反應溫度窗口約為280～420℃，在機組啟、停以及大幅度調峰煙溫較低時，這種催化劑無法投用，此時機組排放的NO嚴重超標。鑒于此，本文介紹一種已成功投用在一臺350MW燃煤機組的中低溫型催化劑（溫度窗口：180℃～420℃），通過脫硝性能試驗分析該催化劑的運行特點，并對其應用前景做出展望。

一、設備概況

廣東省某鋼鐵廠的350MW自備燃煤發電2號機組鍋爐系型號為：DG1164.49/17.5-Ⅱ 21，中間一次再熱、燃煤汽包鍋爐，單爐膛Ⅱ型布置，四角切圓燃燒，尾部雙煙道，固態排渣，平衡通風，露天布置，全鋼架懸吊結構，自然循環鍋爐。該鍋爐助燃油為0號輕柴油，設計煤種為神府電煤，同時具備摻燒高爐煤氣、焦爐煤氣及轉爐煤氣的能力。鍋爐按純燃煤和燃煤摻燒20%高爐煤氣設計，最大可摻燒30%高爐煤氣。

該機組建設同期配套建有1套SCR脫硝系統，每套脫硝系統配置2臺脫硝反應器，每臺反應器設置3層催化劑。原中高溫型催化劑采用VO-WO/TiO，反應溫度窗口在285℃～420℃之間，當鍋爐起、停大幅度調峰時，煙氣溫度會下降至220℃～260℃左右，此時脫硝系統無法投入。為實現全負荷脫硝，2018年2號機組大修期間將SCR的3層催化劑更換為一種以蜂窩狀TiO為載體，負載貴重稀土及過渡簇金屬的復合高活性體的中低溫型催化劑，可使脫硝系統可在180～420℃范圍內長期運行，具備全負荷NO排放≤50mgNm的能力。

為保證脫硝系統的氣流分布、設備組力、框架承載力等因素與設計相符，新催化劑保持模塊孔數、孔徑、壁厚、密度、模塊結構形式等參數與舊催化劑一致，新舊催化劑設計參數如表1所示：

二、試驗數據與分析

（一）兩種催化劑的性能對比

兩種催化劑投運后均進行了脫硝系統性能試驗，在相同工況下兩種催化劑的運行數據如表2.表3所示：

由表2可見，中高溫型催化劑可在機組260～350MW負荷段下，控制脫硝出口NO濃度在50mg/Nm以內，且脫硝效率可達80%以上，性能尚可;中低溫型催化劑可在機組并網后的全負荷段下，控制脫硝系統出口NO濃度在50mg/Nm以下，其中鍋爐點火初期，煙溫180℃時，脫硝效率可達80%，當入口煙溫195℃以上時，出口NOx可控在35mg/Nm3以下且脫硝效率高達88%。

由表3可見，兩催化劑各工況下的阻力相近，均未超過各自技術協議的保證值;脫硝入口煙溫285℃以上的相同工況下，兩催化劑氨逃逸較接近，均在3ppm以內;SO/SO轉化率中低溫型略高于中高溫型，但仍在設計范圍之內。

試驗結果表明：中低溫型較中高溫型反應不但擁有更寬的反應溫度窗口，且脫硝效率更高，氨逃逸及SO/SO轉化率均符合設計要求，實現了機組并網后全負荷段高效脫硝的效果。

（二）新催化劑運行問題分析

性能試驗的整體測試數據顯示新催化劑各技術指標均基本滿足設計要求，但從機組長久運行的角度分析，仍有部分問題值得重視。

1.低煙溫工況局部氨逃逸較高

根據試驗實測的原始數據顯示：中低溫型催化劑在脫硝入口平均煙溫達180℃時，雖實測脫硝出口平均氨逃逸低于3ppm，但煙道局部仍存在氨逃逸高于3ppm的點，其中A側固定端及B側擴建端在4.5ppm左右。經分析得知，出現該問題的原因在于低溫工況爐膛火焰充滿度不佳，導致脫硝入口煙氣溫度場分布不均，脫硝入口平均煙溫達180℃時，但局部煙溫卻僅有130℃，遠低于催化劑最低反應溫度，故使脫硝出口局部氨逃逸較高。

故在鍋爐點火初期，應充分燃燒調整，確保脫硝入口截面煙溫均在180℃后，再投入脫硝系統，以防局部過量的氨氣與煙氣中的SO反應生成具有粘附性及腐蝕性的硫酸氫銨（ABS），攜帶飛灰堵塞并腐蝕空預器受熱面，影響設備的安全運行。

2.中低溫型催化劑吸附還原劑時間較長

脫硝系統首次投用，催化劑表面必須充分吸附噴入反應器的還原劑后，方可發生選擇性脫硝反應。新催化劑雖然物理性質與原催化劑基本保持一致，但從使用情況反映新催化劑的吸附時間明顯增加。機組冷態啟動投入脫硝系統，在保持還原劑用量控制與原催化劑相同的條件下，新催化劑將機組排放NO控制到排放標準內（≤50mg/Nm）所需要的時間增加了約30min。同時，在鍋爐燃料切換或運行方式調整導致NO大幅變化時，由于催化劑吸附時間增加使脫硝系統控制慣性大，還原劑用量需要用更長的時間進行調整。

還原劑量的控制必須滿足NO排放合格并且使氨逃逸率盡可能低，同時還要保障催化劑不應還原劑量控制不當而發生中毒。因此，中低溫型催化劑還須通過優化試驗尋找還原劑最佳控制方式，完善脫硝自動控制系統，使脫硝系統環保性和安全性之間達到平衡，進一步提高全負荷脫硝的質量。

三、結論

大氣污染治理是全球的重點項目，我國大氣污染物的排放要求也將會愈發嚴格，燃煤機組強制實現全負荷脫硝是工業發展的必然趨勢。本文所介紹的中低溫型催化劑在節能減排的大環境下，具有廣闊的應用前景。從首個使用該脫硝催化劑的350MW燃煤機組運行情況可見，該機組成功實現全負荷脫硝，且脫硝系統各性能參數均滿足設計要求，還原劑的控制匹配性雖然不足，但仍有較大的優化空間。整體而言，該新型中低溫催化劑的設計與應用均取得了成功，攻克了燃煤電站鍋爐中高溫型催化劑在低負荷無法投入的技術難題，為同類型機組脫硝技術提供了良好的借鑒。

作者簡介：余僑榮（1991-），男，本科，助理工程師，任職于廣州粵能電力科技開發有限公司，主要研究方向為電站鍋爐調試及試驗工作;彭權華（1990-），男，本科，助理工程師，任職于廣州粵能電力科技開發有限公司，主要研究方向為電站鍋爐調試及試驗工作。