超低排放改造工程脱硝催化剂的设计和采购分析

（3）主要成分和微量元素的变化。一是V2O5含量的流失;二是烟气中有害成分（如Al2O3、SO3和CaO等）在催化剂中的沉积;三是K、Na、P、As等容易引起催化剂化学中毒的微量元素含量上升。上述几个方面的变化都会直接引起催化剂化学性能的下降。

（4）脱硝性能下降迅速。其除了与上述几方面原因有关外,温度波动也是原因之一,如长期高温运行引起的催化剂烧结和催化剂结构改变[7],长时间低温运行引起的硫酸氢铵不可逆转的沉积导致催化剂活性的下降等[8]。

（5）脱硝装置的2个反应器存在较大的差异。部分机组A和B2个反应器的烟气量、脱硝效率、逃逸氨浓度存在差异较大的情况,从而导致两侧反应器内催化剂性能的衰减程度不一。

1.3催化剂生产现状

SCR脱硝催化剂生产厂已由2010年的10家左右快速增长至当前70余家,产能由10万m3增长至60万m3。加上近年来新投催化剂厂产能的逐步释放,当前脱硝催化剂市场已开始显现产能过剩、竞争激烈的局面,催化剂报价也逐步走低,目前大部分平板式催化剂厂家报价已低至1.0万/m3,蜂窝式催化剂的单价也逼近1.0万/m3。后续脱硝催化剂市场产能过剩与再生技术的进一步推广应用将导致催化剂供大于求的问题进一步凸显,可能会出现由于恶性竞争导致的偷工减料、降低标准问题,因此更加需要对催化剂质量进行严格把控。

另外,由于国内绝大部分电厂脱硝系统均为首次投运,无论是管理人员还是运行人员对于脱硝系统的运行和维护的了解都是一张白纸,可以借鉴的是国内少数几家电厂和国外发电机构的经验。由于脱硝改造工期紧张和日常生产任务繁重等原因,调研和交流时间非常有限,国内电厂对于脱硝催化剂的日常维护和管理均处于摸索状态,对于脱硝催化剂的寿命管理了解更是少之又少。

从上述几方面的分析可知,目前无论是在役催化剂性能、新催化剂的质量还是脱硝系统的运行控制都存在一定的问题和隐患,因此在超低排放改造大潮来临之时,应进一步规范和严格催化剂的设计和采购,以保证脱硝系统的达标排放和下游设备的安全运行,并应最大限度地保障催化剂采购和使用单位的利益,降低由催化剂质量带来的风险。

2超低排放改造工程催化剂设计及采购注意事项

2.1加装备用层催化剂设计

虽然超低排放改造的NOx排放限值相对于GB13223—2011仅由100mg/m3下降至50mg/m3,但实际上脱硝效率有很大幅度的提高。以入口NOx质量浓度400mg/m3为例,超低排放改造前脱硝效率为75%即可达到排放标准,超低排放改造后脱硝效率需提高至87.5%才能达到排放标准,较此前的脱硝效率提高了12.5个百分点。

即使不进行超低排放改造,2013年进行脱硝改造的机组其催化剂已投运近3年,即接近化学寿命的末期,同时部分催化剂的物理寿命也不容乐观,所以不能简单地进行备用层催化剂的加装。

笔者在检测的过程中发现,在进行烟气超低排放脱硝改造工程脱硝催化剂设计时存在下述问题：

（1）未对前2层催化剂进行性能检测,仅凭初装时催化剂厂家提供的性能衰减曲线进行核算,或者凭借经验进行加装层催化剂的设计。图3为某机组在役催化剂5500h性能检测结果与理论性能衰减曲线的比较（图中K为使用后的催化剂活性,K0为新催化剂的活性）。由图3可知,实测值与理论值还是有一定差距的。

（2）同一期2台机组催化剂的初装质量和投运时间不一致,但设计加装量一样,在保证2台机组同时达标的基础上势必会存在经济性不高的潜在问题。

（3）未委托专业设计机构进行催化剂的设计选型,而是盲目选择与前两层催化剂相同的参数进行加装。

图3某机组在役催化剂性能衰减检测结果与理论值的对比

催化剂作为个性化产品,特别是超低排放改造工程加装备用层催化剂时,其设计应结合机组本身的设计和运行特点,考虑现役2层催化剂的性能以及近3年内煤种的实际变化情况,以保证NOx达标排放的同时提高脱硝系统运行的经济性。

2.2催化剂采购技术协议

2.2.1催化剂采购技术协议内容

脱硝催化剂的性能不仅取决于催化剂的本征物化特性,还取决于催化剂反应系统的烟气条件（温度、成分、空速、面速度、线速度等）和产品特征（主要成分、微观比表面积、长度等）[9],而催化剂采购技术协议是指催化剂采购单位与催化剂生产厂家签订的购买协议,是催化剂厂家根据上述项目具体条件进行催化剂设计的依据以及进行催化剂质量检测和评价的依据,应是量身订制的。

催化剂采购技术协议应包含的内容：（1）供货机组脱硝催化剂的设计条件,即烟气量和烟气中NOx、SO2、O2、H2O、CO2等浓度,使用温度、氨氮摩尔比、空速、面速度和通道内线速度等。

（2）催化剂设计参数,即节距、孔径、壁厚、比表面积、孔隙率和主要化学成分等。

（3）催化剂性能保证值,即抗压强度（蜂窝式催化剂）、磨损强度、粘附强度（平板式催化剂）、微观比表面积、脱硝效率、逃逸氨浓度和SO2/SO3转化率等。

（4）催化剂性能修正曲线。中国火电机组存在煤种变化大和负荷不稳定等特点,在实际使用过程中,烟气条件存在偏离催化剂设计的情况,因此催化剂采购技术协议中还应提供催化剂的性能修正曲线。

（5）催化剂衰减曲线。在使用过程中,受到高温、飞灰颗粒物和有毒成分等影响,催化剂的活性会逐渐降低[10,11],原则上由于每台机组的烟气条件以及设计条件有所不同,对应的催化剂衰减曲线也不尽相同。

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