SCR催化剂活性评估对NOx超低排放影响

3.3催化剂层间效率

大部分燃煤机组SCR脱硝催化剂按“2+1”模式设计,先初装两层催化剂,第1个化学寿命期满后,加装备用层催化剂。某电厂SCR初装催化剂设计参数如表1所示,根据上述数学模型测算的各层催化剂入口氨氮摩尔比及脱硝效率如表2所示。表2体现了“2+1”模式下,运行时间与氨氮摩尔比对各层催化剂脱硝效率的影响,第1个化学寿命期末,第2层催化剂脱硝效率约为第1层的72%;第2个化学寿命期末,第2层催化剂脱硝效率约为第1层的86%,第3层催化剂脱硝效率约为第2层的66%,氨氮摩尔比约0.38。

表1SCR初装催化剂设计参数

表2测算结果

4催化剂方案选择

以国内两个电厂NOx超低排放催化剂方案选择为具体案例,原SCR装置设计参数如表3所示。

表3SCR初装催化剂设计参数

4.1案例1

电厂1投运SCR脱硝装置后,实施了低氮燃烧器改造,控制炉膛出口NOx排放浓度小于300mg/m3,以节省SCR系统运行成本。2015年3月进行超低排放改造方案设计,SCR催化剂累计运行时间约16000h,经评估,催化剂活性K/K0约为0.9。SCR入口NOx浓度按300mg/m3设计,通过整体化学寿命期预测,现有两层催化剂将在24000h内,能够满足NOx排放浓度小于50mg/m3,无需增加备用层催化剂。

4.2案例2

2015年6月,电厂2进行NOx超低排放改造方案设计,SCR催化剂累计运行时间约15000h,经评估,催化剂活性K/K0约为0.8。SCR入口NOx浓度按450mg/m3设计,通过整体化学寿命期预测,现有两层催化剂只能在1200h内,满足NOx排放浓度小于50mg/m3,不符合电厂运行要求。增加了135m3备用层催化剂,在超低排放条件下,达到了催化剂的设计化学寿命期24000h。

由以上2个案例可见,脱硝装置条件不同,NOx实现超低排放的催化剂方案差异很大。若案例1中对现有催化剂活性值估计偏小,通过增加备用层催化剂实现NOx超低排放,则会造成投资成本增加200万元左右;若案例2中对现有催化剂活性值估计偏大,则会带来NOx不能稳定实现超低排放的风险。

目前,低氮燃烧技术与SCR脱硝技术相结合成为控制NOx超低排放的主流路线,造成SCR装置烟气参数变化、且大部分脱硝装置催化剂接近化学寿命期。现有催化剂活性值决定了催化剂方案选择,因此,催化剂活性评估对后续投资及运行成本至关重要。

5结论

（1）机组负荷及入炉煤质不稳定等因素造成催化剂运行与设计工况差异大,导致SCR催化剂活性不同程度偏离理论衰减曲线,但活性衰减规律与理论曲线基本一致。

（2）实际运行中需采用定期或在线方法对催化剂活性进行检测,掌握活性衰减的动态,制定好催化剂化学寿命管理策略。

（3）催化剂“2+1”运行中,氨氮摩尔比及催化剂活性不同,SCR装置中各层催化剂的脱硝效率不同。

（4）催化剂活性评估对催化剂方案选择至关重要,影响设备稳定运行及投资成本。

来源《中国电力》作者：李帅英, 武宝会, 姚皓, 牛国平, 王晓冰, 黄钢英, 张立德, 路晓峰, 刘毅

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