燃煤火電廠中退役可用脫硝催化劑的再利用

韋凌峰

摘要：本文闡述了在某亞臨界燃煤機組鍋爐煙氣脫硝系統破損模塊替換工程。工程結果表明：脫硝SCR反應器兩側催化劑更換為退役未失活模塊后，各級催化劑的總差壓顯著降低，脫硝SCR反應器出口NOx排放濃度可降至35mg/m3，滿足超低排放標準，同時提高了脫硝性能;整個SCR系統更換再生催化劑后，各工況下的氨逃逸量為0.01-1.57ppm，SCR系統的平均脫硝效率均≥85%，且機組在276MW負荷下， SCR系統運行安全、經濟。

關鍵詞：燃煤電廠;SCR催化劑;脫硝效率;再利用

0 引言

脫硝催化劑價格昂貴，因而為了保障脫硝反應器經濟運行，火力發電廠非常重視對脫硝催化劑進行壽命管理。燃煤火電廠常采用以V2O5等無機氧化物為主要活性物質的蜂窩式催化劑，其化學壽命在24000h左右，機械壽命下限則在9～10年之間。不良的催化劑運維管理會導致氨逃逸升高等問題，而氨逃逸高會導致空預器堵塞，煙氣側、一/二次風側差壓增大、排煙溫度升高、風機電耗增加，鍋爐效率顯著下降，嚴重時還將造成風量不足、負荷受限、爐膛負壓波動大、燃燒不穩、軸流風機失速搶風甚至被迫停運。因此為了更經濟、安全的利用催化劑，電廠會通過年度催化劑活性檢測決策再生等壽命管理。而在實際生產檢修中，由于工期原因，當催化劑發生意料外的吹損時，采購生產補充和再生更換常無法滿足工期需求，造成經濟損失。因此，將從退役機組上經過檢測確認未失活的舊同類型催化劑作為應急備品，不僅經濟節約，也可以減少逾期風險。

1 SCR系統概述

某電廠11號機組為310MW燃煤機組，鍋爐是上海鍋爐廠引進美國燃燒工程公司技術進行設計制造的亞臨界一次再熱控制循環鍋爐，采用單爐膛，四角切向燃燒方式，Π型露天布置。

其煙氣脫硝采用SCR工藝，由中國華電科工集團有限公司設計安裝，單臺機組脫硝催化劑按“2+1”層設計，于2014年1月通過168h試運行。在鍋爐正常負荷范圍內，初裝兩層催化劑，保證脫硝效率不低于75%，a）當入口NOx含量為 400mg/m3（標態、干基、6%O2，下同）時，保證出口NOx含量不高于100mg/m3;b）當入口NOx含量350mg/m3時，保證出口NOx含量不高于87.5mg/m3;c）當入口NOx含量300mg/m3，保證出口NOx含量不高于75mg/m3。2016年煙氣超低排放提效改造后，在入口NOx含量保持的基礎上出口NOx含量不高于50mg/m3。SCR反應器布置在鍋爐省煤器與空氣預熱器之間，脫硝系統由 2個平行布置的反應器組成，每個反應器3層，采用固定床平行通道結構，催化劑采用釩鈦基蜂窩催化劑，共安裝了3層，催化劑模塊單體尺寸為1910mm×970mm×1005mm，每層共42（6×7）個模塊，脫硝反應器及吹灰系統如圖1所示：

2 SCR催化劑部分更換項目

2.1現役（11號）機組催化劑性能評估

2.1.1現役（11號）機組催化劑物理吹損情況

2019年11月停爐時，經實地勘查發現，催化劑物理吹損嚴重，模塊內被吹損單元情況如圖2所示：

雖然堵灰情況輕微，但許多區域形成了貫穿的煙氣通道。吹損區域如圖4所示：

灰色部分為被吹損區域，朝上為東方向，現知A側中部及東南角催化劑磨損嚴重;B側上層、中層和下層東側催化劑局部磨損嚴重，多處出現貫穿性孔洞。

2.1.2現役（11號）機組催化劑化學活性情況

上海華電電力發展有限公司望亭發電分公司11號機組B側上層、中層催化劑為2014年1月完成安裝，運行均超44000h，已超過理論化學壽命，B側下層為2017年3月加裝，運行近20000h也已達化學壽命末期。由華電青島環保技術有限公司實驗檢測中心于2019年1月取樣檢測，工藝特性檢測結果如表1：

有上表可知，11號機組未嚴重吹損的催化劑化學性能仍滿足設計工藝要求。

2.1.3處理措施

綜合考慮化學性能與物理損傷，需對磨損較為嚴重的催化劑模塊進行局部更換，并繼續進行催化劑管理，跟蹤檢測催化劑的性能變化，以保證同時達到最大程度利用催化劑的化學壽命和保證機組達標排放的目的。

2.2退役（14號機組）催化劑吹損與活性情況分析

經西安熱工研究院有限公司蘇州分公司于2018年11月取樣檢測，主要檢測結果如下：

1. 催化劑單元堵孔率約為3%，堵灰情況不嚴重。

2. 化學成分檢測結果表明，催化劑表面SiO2、SO3、AlO3及FeO3等含量有所增加，但未發現NaO2及AsO3等易引起催化劑失活的成分聚集。

3. 在設計條件下，入口NOx濃度為352.8mg/m3，三層催化劑脫硝效率為86.1%時，出口NOx濃度為49.2mg/m3，氨逃逸為1.9μL/L。

4. 綜上述分析，此三層催化劑在設計濃度下仍可滿足超低排放要求（出口NOx濃度低于50mg/m3）運行1.0年。

由于14號機的催化劑單元規格尺寸與11號機的催化劑單元一致，且14號機于2019年3月關停退役，經以上檢測分析，故14號機的催化劑單元完全可做11號機的備品使用。該廠員工決定于2019年11號機大修時，將14號機中完整較新的催化劑替換11號機組中破損催化劑。

3催化劑替換后性能效果對比

于2019年9月更換362個催化劑單元，截止2019年12月運行約0.3萬h，經廠燃料質檢班檢測后，確認燃料成分基本一致的情況下，采集統計廠級監測數據與更換前0.3萬h對比后，結果如表2：

根據上表我們可知，此次催化劑替換項目后：

1.取得了較好的降耗效果，相同工況下，節省約11%的液氨。

2.降低了氨逃逸率，保持了氨逃逸≤3μL/L。

3.NOx排放濃度降低至35mg/m3，保持了超低排放的標準，脫硝效率，差壓等其他SCR性能參數都有一定改善。

4結論

本次項目共更換362個催化劑單元，該機組煙氣SCR脫硝系統首次采用其他機組退役催化劑.至今退役催化劑累積運行時間為8000h，有效降低了設備改造和脫硝運行成本，更是消除了環保隱患。退役可用催化劑在該亞臨界燃煤機組煙氣脫硝中應用的探索開創了我國燃煤機組 SCR 脫硝領域的催化劑再利用的先河，該技術還可廣泛用于燃煤電廠、工業爐窯等領域， 具有良好的經濟、社會效益和推廣應用前景。

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