脫硝催化劑維護保養(yǎng)

李錄新

（神華神東電力新疆準東五彩灣發(fā)電有限公司，新疆昌吉 831700）

脫硝催化劑維護保養(yǎng)

李錄新

（神華神東電力新疆準東五彩灣發(fā)電有限公司，新疆昌吉 831700）

火電廠脫硝反應器內(nèi)催化劑是脫硝系統(tǒng)重要組成部分，其性能直接影響系統(tǒng)的整體脫硝效果，催化劑運行維護成本較高。現(xiàn)場出現(xiàn)催化劑嚴重堵塞及操作不當現(xiàn)象，加強催化劑運行維護，關注催化劑再生，運輸及保存，防止催化劑中毒，對延長催化劑的使用壽命以及對降低系統(tǒng)的運行費用意義重大。

NOX 環(huán)保 催化劑 堵塞 再生 中毒

七十年代以來NOX大氣污染問題已被日益重視。人們發(fā)現(xiàn)人體健康的傷害、高含量硝酸雨、光化學煙霧、臭氧減少以及其他一些問題均與低濃度NOX有關，且其危害性比人們原先設想的要大得多。其中煙氣脫硝技術就是改善空氣污染的一種重要手段。煙氣脫硝是指把已生成的NOX還原為N2，從而脫除煙氣中NOX，可分為濕法脫硝和干法脫硝。主要包括：酸吸收法、堿吸收法、選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法、吸附法、離子體活化法等。國內(nèi)外一些科研人員還開發(fā)了用微生物來處理NOX廢氣的方法。

脫硝隨著環(huán)保要求已勢在必行。目前存在的困難是煙氣體積大，濃度低，但NOX總量相對較大，吸收吸附脫硝后廢物最終處置難，費用高。在眾多脫硝方法當中SCR脫硝技術以其脫硝裝置結(jié)構(gòu)簡單、無副產(chǎn)品、運行方便、可靠性高、脫硝效率高、一次投資相對較低等諸多優(yōu)點，在日本和歐美得到廣泛商業(yè)應用。在目前技術條件下SCR（Sdective Catalytic Reduction，SCR）技術以其運行穩(wěn)定、脫硝效率高、氨逃逸低等諸多優(yōu)點不斷獲得廣泛應用，在目前乃至今后相當長時間內(nèi)成為國際上主流煙氣脫銷技術。隨SCR煙氣脫硝技術在我國應用推廣，SCR催化劑重要性逐漸被人們認識。如何管理維護SCR催化劑，保持其高效活性，延長壽命，減少運行費用，是目前亟須解決的重要問題。

目前我國300MW以上機組均安裝脫硝裝置，反應器內(nèi)布置3層催化劑催化劑型式可分三種：板式、蜂窩式和波紋板式。三種催化劑在燃煤SCR上都擁有業(yè)績。催化劑生產(chǎn)制備更是占據(jù)系統(tǒng)初期建設成本，催化劑成本較高，催化劑是系統(tǒng)的重要組成部分。催化劑一般壽命是三年，現(xiàn)場維護不好達不到使用壽命，催化劑決定著系統(tǒng)運行成本，所以要加強催化劑檢修維護，避免更換大量催化劑，節(jié)約成本，延長催化劑使用壽命至關重要。下面主要從催化劑堵塞及處理，運行注意事項，催化劑再生，防止催化劑中毒，催化劑運輸及保存幾個方面淺談如何降低催化劑成本。

1 催化劑堵塞及技改方案

催化劑現(xiàn)場主要問題是堵塞積灰，運行中發(fā)現(xiàn)脫硝催化劑堵塞嚴重，且積灰難以清理。每層催化劑兩側(cè)現(xiàn)場安裝有蒸汽吹灰器，單側(cè)布置有聲波吹灰器。某發(fā)電廠蜂窩式催化劑停爐檢修時發(fā)現(xiàn)上層催化劑積灰嚴重，其中角落積灰有二十公分以上，清理工作量大。表面積灰清理完畢，還要把催化劑過濾網(wǎng)掀開，清理過濾網(wǎng)與催化劑間積灰，最后還要檢查清理催化劑模塊蜂窩孔內(nèi)積灰。細小蜂窩孔內(nèi)積灰很難清理，據(jù)現(xiàn)場情況可用負壓吸塵管道清理，用壓縮空氣吹通。催化劑下方積灰及鋼梁積灰也要加強清理，避免清理后二次污染，避免污染下級空預器設備，做好封堵隔離。堵塞嚴重的蜂窩孔用焊絲也無法疏通，用力稍大可能會把蜂窩孔損壞，檢修中要避免損壞模塊，疏通不了的蜂窩孔只能做遺留缺陷。蜂窩孔大面積堵塞或損壞時只能更換催化劑模塊。

為避免催化劑嚴重堵塞，日常運行中要加強吹灰。蒸汽吹灰器一般每天運行一次，據(jù)催化劑進出口兩側(cè)壓差及時吹掃。聲波吹灰器24小時連續(xù)運行。蒸汽吹灰器是由槍管母管加上垂直方向支管組成，停爐檢修時檢查吹灰槍管上吹灰孔位置是否安裝正確，現(xiàn)場曾出現(xiàn)吹灰管道彎曲斷裂現(xiàn)象，需加固焊縫保證設備安全運行。聲波吹灰器膜片檢查有損壞現(xiàn)象需及時更換，部分聲波吹灰器發(fā)現(xiàn)漏油痕跡，檢查壓縮空氣質(zhì)量及管道過濾器。

由于現(xiàn)場設計煤種改變，催化劑滿足不了運行要求，造成催化劑大面積堵塞。當SCR反應器由于某些原因發(fā)生堆灰問題時，事實證明：無論是聲波喇叭還是蒸汽吹灰都無法解決問題。而蒸汽吹灰器的缺點卻顯得更加突出：配套附屬設施成本高、故障率高、運行成本高、吹灰效果不均勻、蒸汽磨損催化劑、催化劑堵塞加劇、催化劑使用壽命縮短。

本方案技改采用增強聲波清灰力度和增加吹灰炮綜合解決方案。將每層一側(cè)的6個國產(chǎn)聲波吹灰器改造成進口MEGA吹灰大師，在對面一側(cè)安裝6臺Ash Sweeper吹灰炮。采用美國馬丁工程公司著名最新產(chǎn)品MEGA吹灰大師進行改造，每個喇叭清灰強度和清灰面積都能得到改善，單個喇叭清灰直徑可達到4～7米，縱向清灰尺寸可達18米以上。針對電廠SCR反應器“尺寸較大，單側(cè)堆灰”特點，創(chuàng)造性地提出“加裝吹灰炮和增強聲波清灰力度”綜合解決方案。加裝在有堆灰的一側(cè)，有效解決單側(cè)堆灰問題。馬丁公司成功地把Ash Sweeper吹灰炮安裝到SCR反應器上，為越來越多電廠解決SCR反應器積灰堆灰問題。

馬丁聲波吹灰器產(chǎn)生低頻、高壓聲波，引起干燥顆粒聚集物的共振和流化，通過氣流或重力作用從容器中移除材料。馬丁75Hz聲波吹灰器在1米處產(chǎn)生147分貝聲波，基礎頻率75Hz。優(yōu)點：防止干性顆粒物堆積，增進系統(tǒng)效率和使用壽命。減少系統(tǒng)故障時間，減少維修成本，在管道四周及障礙物后非常有效；聲能360度吹掃，清除顆粒物，清潔不易接近部件。不會對結(jié)構(gòu)造成疲勞或損壞，提高催化劑效率，延長使用壽命提高設備性能，延長使用壽命，符合排放規(guī)定較低運行成本低購置成本。

聲波吹灰器運行要求儀用壓縮空氣供氣穩(wěn)定，設備內(nèi)部干凈無污物及灰塵。聲波吹灰器運行正常時發(fā)出低沉、低悶聲音，如不發(fā)聲或發(fā)聲不正常，檢查管道內(nèi)壓縮空氣，檢查球閥是否全開，過濾器/調(diào)壓閥出廠設置為0，順時針轉(zhuǎn)動增大壓力，檢查管道中空氣流向（有箭頭標示）電磁閥管路布置正確，檢查有沒有漏氣，檢查管路布置方向電磁閥電路布置，保證電線聯(lián)接正常，檢查電壓是否正確，檢查信號是否正確。聲波吹灰器如發(fā)出尖銳刺耳聲和破音，可通過調(diào)節(jié)每臺聲波吹灰器軟管前手動閥開啟度。調(diào)節(jié)手動閥開啟度還不能將聲波吹灰器調(diào)到正常，可打開發(fā)聲頭上蓋板檢查膜片是否破損或有無裂紋。發(fā)現(xiàn)聲波吹灰器發(fā)聲很低或只聽到氣流聲，觀察聲波吹灰器發(fā)聲頭上的消音器是否已堵。如管內(nèi)堵塞， 喇叭發(fā)出高音，清理堵塞；發(fā)聲頭鈦合金膜片價格較高，進口一片八千多元，注意維護保養(yǎng)，膜片磨損損壞需要及時更換。吹灰炮原理將壓縮空氣充入一個罐體備用，在設定時間內(nèi)快速釋放一定量壓縮空氣，在特制噴嘴（例如扁矩形）引導下對特定方向特定范圍積灰或堆灰進行“炮轟”，使積灰飛揚起來被煙氣帶走，達到清灰效果?？纱蛏ⅰ帮灨苫摇?、吹動大顆?；以乐辜毣以诖箢w粒周圍聚集。已在全世界被各行業(yè)廣泛接受。配置靈活，有單獨罐體無軟管式就地安裝，也有多噴嘴共用罐體安裝方式。據(jù)項目具體情況選最合適型號、噴嘴、安裝位置、噴吹方向，從而對催化劑進行安全有效清灰。有的項目上吹灰炮在安裝3月后就可收回投資成本（以上沒有包括鍋爐負荷提高的產(chǎn)出增加和催化劑壽命延長帶來的間接收益配套簡單）。吹灰炮安裝簡便，改造容易，維護量少，運行成本低，延長催化劑使用壽命?，F(xiàn)場吹灰炮主氣源管要求壓力穩(wěn)定，保持在0.6MPa，從壓縮空氣主管路引出。管路上加裝壓力表、活接、溫度表、調(diào)壓閥、電磁閥、隔離門等附件。

2 催化劑運行注意事項

選擇性催化還原SCR是將煙氣中氮氧化物有催化劑情況下轉(zhuǎn)變成氮氣和水，還原劑常為氨氣。氨氣先與煙氣混合然后再通過催化劑?；旌线^程應確保煙氣溫度和反應物均勻分布。通過提供活性區(qū)域催化劑能夠使脫硝反應發(fā)生在290℃-430℃。氨氣擴散到催化劑的微孔結(jié)構(gòu)中并被活性區(qū)域所吸收。NOx便與被吸收的NH3完成脫硝反應。影響反應主要因素為活性區(qū)域因子（比表面積，孔體積和活性成分濃度的函數(shù)）、煙氣溫度和反應物濃度。

應通入符合設計規(guī)范組成的煙氣以確保催化劑獲得最大催化活性，否則一旦將催化劑置于還原性氣氛中，將會引起催化活性退化，在鍋爐啟動階段這一點尤為重要。因為此時鍋爐可能會因為不完全燃燒而改變煙氣組成，氧化性的化學氣氛能較好保持催化劑活性。煙氣溫度分布需符合技術規(guī)范標準。調(diào)節(jié)到達催化劑床層的煙氣流場分布，使其均勻性達到技術規(guī)范標準。在催化劑溫度未達到最低連續(xù)運行溫度前勿啟動噴氨裝置防止硫酸鹽和硝酸鹽沉積在催化劑表面上。熱電偶的測溫取點盡量在催化劑下部，這樣可保證催化劑溫度不低于最低溫度。技術規(guī)范中給出了系統(tǒng)運行最低溫度。在SCR系統(tǒng)達到平衡后才能測定其穩(wěn)定性能，達到平衡后才能對SCR過程進行調(diào)整。SCR化學反應平衡時間隨系統(tǒng)設計不同而不同系統(tǒng)在低于204℃運行時達到平衡約需三小時但系統(tǒng)在高于316℃運行時只需30分鐘即可達到平衡。除另有說明外運行溫度不能超過430℃，超過后可能會造成催化劑永久性失效。

當反應器溫度降到技術規(guī)范中規(guī)定的最低運行溫度時必須停止噴氨，以防止硫酸鹽和硝酸鹽沉積在催化劑表面，熱電偶測溫點盡量設在下游區(qū)域以確保系統(tǒng)溫度不會低于最低連續(xù)運行溫度。催化劑適宜使用溫度為320～400℃，范圍超過適宜溫度使用是造成催化劑性能退化甚至喪失的重要原因。請按照設計廠家要求提供的催化劑技術規(guī)范規(guī)定技術參數(shù)運行。運行時盡可能緩慢逐漸升溫或降溫并嚴格按照低于次點燃鍋爐時，有條件應采用清潔氣燃料代替油燃料。

3 催化劑再生

催化劑再生當前雖然在國內(nèi)是全新的業(yè)務，但SCR脫硝裝置使用再生催化劑是遲早的事。因為失效的脫硝催化劑被列入危險廢物領域（屬固體廢物的一種），其收集、貯存、運輸、處置均須嚴格按危險廢物的規(guī)定執(zhí)行，因此，催化劑再生是大勢所趨。目前國際上能夠成功向市場推廣專業(yè)脫硝催化劑再生技術的公司為數(shù)不多，其中較為有名的有美國的科杰（Coalogix）公司及德國的埃賓杰（Ebinger-Kat）公司。涵蓋了蜂窩式、平板式和波紋板式等多種形式的催化劑。國內(nèi)龍凈環(huán)保和美國科杰公司采取合資方式，成為國內(nèi)首家具有國外先進SCR失效催化劑再生技術支持企業(yè)，在國內(nèi)應用先進催化劑再生技術、開展相關業(yè)務。此外重慶遠達、江蘇肯創(chuàng)、江蘇萬德、廣東清遠恒德等公司，對外宣稱掌握了催化劑再生的國產(chǎn)技術。山東西格盟國際及江蘇中建材研究院，分別和韓國凱希環(huán)保和奧地利富藍德公司簽署合作計劃書，為進軍失活SCR催化劑再生市場做了積極準備。

目前國內(nèi)脫硝催化劑失活后再生處理有兩種方案出現(xiàn)：一是現(xiàn)場再生，二是工廠化再生，這與歐洲和美國最初經(jīng)歷的過程相同，但2005以后美國已不再采用現(xiàn)場再生方法。針對現(xiàn)有火電廠SCR煙氣脫硝中毒催化劑離線活化成本高、費力及費工等諸多不便，設計了一種中毒催化劑在線活化實驗工藝。在前人催化劑離線活化技術基礎上加以改進，結(jié)合工程實際應用情況，開發(fā)出一種新的催化劑在線活化工藝。通過實驗分析對比，比較各活化液活化后催化劑脫銷效率和脫硫效率，同時兼顧電廠具體條件和活化液成本，找出一種較好活化液配方及其配套工藝。經(jīng)該活化液活化后的失活催化劑活性達到新鮮催化劑的82%，二者SO2/SO3轉(zhuǎn)化率也接近，滿足工程需要。

4 防止催化劑中毒

催化劑是脫硝系統(tǒng)重要組成部分，性能直接影響系統(tǒng)整體脫硝效果。研究催化劑中毒原因延長催化劑的使用壽命對降低系統(tǒng)的運行費用意義重大。使用催化劑浸漬堿性溶液后再進行脫硝實驗的方法，證明了堿金屬引起的催化劑中毒情況，發(fā)現(xiàn)堿金屬濃度加大和潮濕時都能引起催化劑加速劣化，因此在實際工況中應避免這種情況。新建火電機組已廣泛采取低氮燃燒技術相信隨著我國環(huán)境保護法律、法規(guī)和標準日趨嚴格及執(zhí)法力度加大、技術成熟、脫硝率高、無二次污染技術將逐漸成為我國煙氣脫硝市場的主流技術。

5 催化劑儲存搬運注意事項

通常情況下將催化劑單元安裝到碳鋼模塊中，再將這些模塊安裝到SCR反應器中并與煙氣接觸反應。通常只有催化劑生產(chǎn)廠家專業(yè)人員才能對單個催化劑單元進行操作。催化劑單元需放在特殊運輸容器中以便今后返回運輸時使用。在接收催化劑單元時應先進行檢查發(fā)現(xiàn)任何問題都應先報告給催化劑生產(chǎn)廠家。催化劑必須在包裝完好的狀態(tài)下進行保管和搬運，避免任何形式?jīng)_擊和震動以及機械碰撞。運到現(xiàn)場的模塊應盡快安裝使用，以減少催化劑再次間接損害，模塊包裝應在現(xiàn)場裝入反應器前去除。為防止催化劑模塊發(fā)生意外損壞，請勿在存儲模塊場區(qū)內(nèi)及附近作業(yè)。搬運及處置催化劑時應佩戴口罩、手套等防護用具。搬運結(jié)束后要用清水漱口、沖洗臉部和雙手以避免吸入催化劑粉塵。催化劑應貯存在通風干燥的室內(nèi)倉庫中，避免接觸到雨水、海水、重濕氣或其他潮氣、油和溶劑。潮氣不僅能毒化催化劑表面使其失活且易使催化劑干燥時發(fā)生破裂。避免催化劑在陽光下長時間暴曬。同時催化劑應避免接觸易揮發(fā)性有機氣體，應遠離還原性氣氛防止催化劑活性組分被還原而導致活性損失。遠離堿金屬，鉀鈉等堿土金屬，鈣鎂等及其它物質(zhì)，鹵素這些物質(zhì)易使催化劑失活。做好催化劑運行維護保養(yǎng)工作，不但可延長設備使用壽命，降低脫硝成本。也減少脫硝催化劑維護停爐檢修清灰、更換搬運的巨大工作量，縮短檢修工期。