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(tǒng)破損模塊替換工程。工程結(jié)果表明：脫硝SCR反應(yīng)器兩側(cè)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(yīng)器出口NOx排放濃度可降至35mg/m3，滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)，同時提高了脫硝性能;整個SCR系統(tǒng)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(tǒng)的平均脫硝效率均≥85%，且機組在276MW負(fù)荷下， SCR系統(tǒng)運行安全、經(jīng)濟。

關(guān)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(yīng)器經(jīng)濟運行，火力發(fā)電廠非常重視對脫硝催化劑進(jìn)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(zhì)的蜂窩式催化劑，其化學(xué)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(dǎo)致氨逃逸升高等問題，而氨逃逸高會導(dǎo)致空預(yù)器堵塞，煙氣側(cè)、一/二次風(fēng)側(cè)差壓增大、排煙溫度升高、風(fēng)機電耗增加，鍋爐效率顯著下降，嚴(yán)重時還將造成風(fēng)量不足、負(fù)荷受限、爐膛負(fù)壓波動大、燃燒不穩(wěn)、軸流風(fēng)機失速搶風(fēng)甚至被迫停運。因此為了更經(jīng)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(chǎn)檢修中，由于工期原因，當(dāng)催化劑發(fā)生意料外的吹損時，采購生產(chǎn)補充和再生更換常無法滿足工期需求，造成經(jīng)濟損失。因此，將從退役機組上經(jīng)過檢測確認(rèn)未失活的舊同類型催化劑作為應(yīng)急備品，不僅經(jīng)濟節(jié)約，也可以減少逾期風(fēng)險。

1 SCR系統(tǒng)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(jìn)美國燃燒工程公司技術(shù)進(jìn)行設(shè)計制造的亞臨界一次再熱控制循環(huán)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(shè)計安裝，單臺機組脫硝催化劑按“2+1”層設(shè)計，于2014年1月通過168h試運行。在鍋爐正常負(fù)荷范圍內(nèi)，初裝兩層催化劑，保證脫硝效率不低于75%，a）當(dāng)入口NOx含量為 400mg/m3（標(biāo)態(tài)、干基、6%O2，下同）時，保證出口NOx含量不高于100mg/m3;b）當(dāng)入口NOx含量350mg/m3時，保證出口NOx含量不高于87.5mg/m3;c）當(dāng)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(chǔ)上出口NOx含量不高于50mg/m3。SCR反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間，脫硝系統(tǒng)由 2個平行布置的反應(yīng)器組成，每個反應(yīng)器3層，采用固定床平行通道結(jié)構(gòu)，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(yīng)器及吹灰系統(tǒng)如圖1所示：

2 SCR催化劑部分更換項目

2.1現(xiàn)役（11號）機組催化劑性能評估

2.1.1現(xiàn)役（11號）機組催化劑物理吹損情況

2019年11月停爐時，經(jīng)實地勘查發(fā)現(xiàn)，催化劑物理吹損嚴(yán)重，模塊內(nèi)被吹損單元情況如圖2所示：

雖然堵灰情況輕微，但許多區(qū)域形成了貫穿的煙氣通道。吹損區(qū)域如圖4所示：

灰色部分為被吹損區(qū)域，朝上為東方向，現(xiàn)知A側(cè)中部及東南角催化劑磨損嚴(yán)重;B側(cè)上層、中層和下層?xùn)|側(cè)催化劑局部磨損嚴(yán)重，多處出現(xiàn)貫穿性孔洞。

2.1.2現(xiàn)役（11號）機組催化劑化學(xué)活性情況

上海華電電力發(fā)展有限公司望亭發(fā)電分公司11號機組B側(cè)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(xué)壽命，B側(cè)下層為2017年3月加裝，運行近20000h也已達(dá)化學(xué)壽命末期。由華電青島環(huán)保技術(shù)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(jié)果如表1：

有上表可知，11號機組未嚴(yán)重吹損的催化劑化學(xué)性能仍滿足設(shè)計工藝要求。

2.1.3處理措施

綜合考慮化學(xué)性能與物理損傷，需對磨損較為嚴(yán)重的催化劑模塊進(jìn)行局部更換，并繼續(xù)進(jìn)行催化劑管理，跟蹤檢測催化劑的性能變化，以保證同時達(dá)到最大程度利用催化劑的化學(xué)壽命和保證機組達(dá)標(biāo)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(jīng)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(jié)果如下：

1. 催化劑單元堵孔率約為3%，堵灰情況不嚴(yán)重。

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

3. 在設(shè)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(shè)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(guī)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(guān)停退役，經(jīng)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(jīng)廠燃料質(zhì)檢班檢測后，確認(rèn)燃料成分基本一致的情況下，采集統(tǒng)計廠級監(jiān)測數(shù)據(jù)與更換前0.3萬h對比后，結(jié)果如表2：

根據(jù)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(jié)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(biāo)準(zhǔn)，脫硝效率，差壓等其他SCR性能參數(shù)都有一定改善。

4結(jié)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(tǒng)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(shè)備改造和脫硝運行成本，更是消除了環(huán)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(yīng)用的探索開創(chuàng)了我國燃煤機組 SCR 脫硝領(lǐng)域的催化劑再利用的先河，該技術(shù)還可廣泛用于燃煤電廠、工業(yè)爐窯等領(lǐng)域， 具有良好的經(jīng)濟、社會效益和推廣應(yīng)用前景。

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