脱硝催化剂维护保养

【摘 要】 火电厂脱硝反应器内催化剂是脱硝系统重要组成部分，其性能直接影响系统的整体脱硝效果，催化剂运行维护成本较高。现场出现催化剂严重堵塞及操作不当现象，加强催化剂运行维护，关注催化剂再生，运输及保存，防止催化剂中毒，对延长催化剂的使用寿命以及对降低系统的运行费用意义重大。

【关键词】 NOX  环保  催化剂  堵塞  再生  中毒

七十年代以来NOX大气污染问题已被日益重视。人们发现人体健康的伤害、高含量硝酸雨、光化学烟雾、臭氧减少以及其他一些问题均与低浓度NOX有关，且其危害性比人们原先设想的要大得多。其中烟气脱硝技术就是改善空气污染的一种重要手段。烟气脱硝是指把已生成的NOX还原为N2，从而脱除烟气中NOX，可分为湿法脱硝和干法脱硝。主要包括：酸吸收法、碱吸收法、选择性催化还原法、非选择性催化还原法、吸附法、离子体活化法等。国内外一些科研人员还开发了用微生物来处理NOX废气的方法。

脱硝随着环保要求已势在必行。目前存在的困难是烟气体积大，浓度低，但NOX总量相对较大，吸收吸附脱硝后废物最终处置难，费用高。在众多脱硝方法当中SCR脱硝技术以其脱硝装置结构简单、无副产品、运行方便、可靠性高、脱硝效率高、一次投资相对较低等诸多优点，在日本和欧美得到广泛商业应用。在目前技术条件下SCR（Sdective Catalytic Reduction，SCR）技术以其运行稳定、脱硝效率高、氨逃逸低等诸多优点不断获得广泛应用，在目前乃至今后相当长时间内成为国际上主流烟气脱销技术。随SCR烟气脱硝技术在我国应用推广，SCR催化剂重要性逐渐被人们认识。如何管理维护SCR催化剂，保持其高效活性，延长寿命，减少运行费用，是目前亟须解决的重要问题。

目前我国300MW以上机组均安装脱硝装置，反应器内布置3层催化剂催化剂型式可分三种：板式、蜂窝式和波纹板式。三种催化剂在燃煤SCR上都拥有业绩。催化剂生产制备更是占据系统初期建设成本，催化剂成本较高，催化剂是系统的重要组成部分。催化剂一般寿命是三年，现场维护不好达不到使用寿命，催化剂决定着系统运行成本，所以要加强催化剂检修维护，避免更换大量催化剂，节约成本，延长催化剂使用寿命至关重要。下面主要从催化剂堵塞及处理，运行注意事项，催化剂再生，防止催化剂中毒，催化剂运输及保存几个方面浅谈如何降低催化剂成本。

1 催化剂堵塞及技改方案

催化剂现场主要问题是堵塞积灰，运行中发现脱硝催化剂堵塞严重，且积灰难以清理。每层催化剂两侧现场安装有蒸汽吹灰器，单侧布置有声波吹灰器。某发电厂蜂窝式催化剂停炉检修时发现上层催化剂积灰严重，其中角落积灰有二十公分以上，清理工作量大。表面积灰清理完毕，还要把催化剂过滤网掀开，清理过滤网与催化剂间积灰，最后还要检查清理催化剂模块蜂窝孔内积灰。细小蜂窝孔内积灰很难清理，据现场情况可用负压吸尘管道清理，用压缩空气吹通。催化剂下方积灰及钢梁积灰也要加强清理，避免清理后二次污染，避免污染下级空预器设备，做好封堵隔离。堵塞严重的蜂窝孔用焊丝也无法疏通，用力稍大可能会把蜂窝孔损坏，检修中要避免损坏模块，疏通不了的蜂窝孔只能做遗留缺陷。蜂窝孔大面积堵塞或损坏时只能更换催化剂模块。

为避免催化剂严重堵塞，日常运行中要加强吹灰。蒸汽吹灰器一般每天运行一次，据催化剂进出口两侧压差及时吹扫。声波吹灰器24小时连续运行。蒸汽吹灰器是由枪管母管加上垂直方向支管组成，停炉检修时检查吹灰枪管上吹灰孔位置是否安装正确，现场曾出现吹灰管道弯曲断裂现象，需加固焊缝保证设备安全运行。声波吹灰器膜片检查有损坏现象需及时更换，部分声波吹灰器发现漏油痕迹，检查压缩空气质量及管道过滤器。

由于现场设计煤种改变，催化剂满足不了运行要求，造成催化剂大面积堵塞。当SCR反应器由于某些原因发生堆灰问题时，事实证明：无论是声波喇叭还是蒸汽吹灰都无法解决问题。而蒸汽吹灰器的缺点却显得更加突出：配套附属设施成本高、故障率高、运行成本高、吹灰效果不均匀、蒸汽磨损催化剂、催化剂堵塞加剧、催化剂使用寿命缩短。

本方案技改采用增强声波清灰力度和增加吹灰炮综合解决方案。将每层一侧的6个国产声波吹灰器改造成进口MEGA吹灰大师，在对面一侧安装6台Ash Sweeper吹灰炮。采用美国马丁工程公司著名最新产品MEGA吹灰大师进行改造，每个喇叭清灰强度和清灰面积都能得到改善，单个喇叭清灰直径可达到4～7米，纵向清灰尺寸可达18米以上。针对电厂SCR反应器“尺寸较大，单侧堆灰”特点，创造性地提出“加装吹灰炮和增强声波清灰力度”综合解决方案。加装在有堆灰的一侧，有效解决单侧堆灰问题。马丁公司成功地把 Ash Sweeper吹灰炮安装到SCR反应器上，为越来越多电厂解决SCR反应器积灰堆灰问题。

马丁声波吹灰器产生低频、高压声波，引起干燥颗粒聚集物的共振和流化，通过气流或重力作用从容器中移除材料。马丁75Hz声波吹灰器在1米处产生147分贝声波，基础频率75Hz。优点：防止干性颗粒物堆积，增进系统效率和使用寿命。减少系统故障时间，减少维修成本，在管道四周及障碍物后非常有效;声能360度吹扫，清除颗粒物，清洁不易接近部件。不会对结构造成疲劳或损坏，提高催化剂效率，延长使用寿命提高设备性能，延长使用寿命，符合排放规定较低运行成本低购置成本。

声波吹灰器运行要求仪用压缩空气供气稳定，设备内部干净无污物及灰尘。声波吹灰器运行正常时发出低沉、低闷声音，如不发声或发声不正常，检查管道内压缩空气，检查球阀是否全开，过滤器/调压阀出厂设置为0，顺时针转动增大压力，检查管道中空气流向（有箭头标示）电磁阀管路布置正确，检查有没有漏气，检查管路布置方向电磁阀电路布置，保证电线联接正常，检查电压是否正确，检查信号是否正确。声波吹灰器如发出尖锐刺耳声和破音，可通过调节每台声波吹灰器软管前手动阀开启度。调节手动阀开启度还不能将声波吹灰器调到正常，可打开发声头上盖板检查膜片是否破损或有无裂纹。发现声波吹灰器发声很低或只听到气流声，观察声波吹灰器发声头上的消音器是否已堵。如管内堵塞， 喇叭发出高音，清理堵塞;发声头钛合金膜片价格较高，进口一片八千多元，注意维护保养，膜片磨损损坏需要及时更换。吹灰炮原理将压缩空气充入一个罐体备用，在设定时间内快速释放一定量压缩空气，在特制喷嘴（例如扁矩形）引导下对特定方向特定范围积灰或堆灰进行“炮轰”，使积灰飞扬起来被烟气带走，达到清灰效果。可打散“饼干灰”、吹动大颗粒灰渣，防止细灰在大颗粒周围聚集。已在全世界被各行业广泛接受。配置灵活，有单独罐体无软管式就地安装，也有多喷嘴共用罐体安装方式。据项目具体情况选最合适型号、喷嘴、安装位置、喷吹方向，从而对催化剂进行安全有效清灰。有的项目上吹灰炮在安装3月后就可收回投资成本（以上没有包括锅炉负荷提高的产出增加和催化剂寿命延长带来的间接收益配套简单）。吹灰炮安装简便，改造容易，维护量少，运行成本低，延长催化剂使用寿命。现场吹灰炮主气源管要求压力稳定，保持在0.6MPa，从压缩空气主管路引出。管路上加装压力表、活接、温度表、调压阀、电磁阀、隔离门等附件。

2 催化剂运行注意事项

选择性催化还原SCR是将烟气中氮氧化物有催化剂情况下转变成氮气和水，还原剂常为氨气。氨气先与烟气混合然后再通过催化剂。混合过程应确保烟气温度和反应物均匀分布。通过提供活性区域催化剂能够使脱硝反应发生在290℃-430℃。氨气扩散到催化剂的微孔结构中并被活性区域所吸收。NOx便与被吸收的NH3完成脱硝反应。影响反应主要因素为活性区域因子（比表面积，孔体积和活性成分浓度的函数）、烟气温度和反应物浓度。

应通入符合设计规范组成的烟气以确保催化剂获得最大催化活性，否则一旦将催化剂置于还原性气氛中，将会引起催化活性退化，在锅炉启动阶段这一点尤为重要。因为此时锅炉可能会因为不完全燃烧而改变烟气组成，氧化性的化学气氛能较好保持催化剂活性。烟气温度分布需符合技术规范标准。调节到达催化剂床层的烟气流场分布，使其均匀性达到技术规范标准。在催化剂温度未达到最低连续运行温度前勿启动喷氨装置防止硫酸盐和硝酸盐沉积在催化剂表面上。热电偶的测温取点尽量在催化剂下部，这样可保证催化剂温度不低于最低温度。技术规范中给出了系统运行最低温度。在SCR系统达到平衡后才能测定其稳定性能，达到平衡后才能对SCR过程进行调整。SCR化学反应平衡时间随系统设计不同而不同系统在低于204℃运行时达到平衡约需三小时但系统在高于316℃运行时只需30分钟即可达到平衡。除另有说明外运行温度不能超过430℃，超过后可能会造成催化剂永久性失效。

当反应器温度降到技术规范中规定的最低运行温度时必须停止喷氨，以防止硫酸盐和硝酸盐沉积在催化剂表面，热电偶测温点尽量设在下游区域以确保系统温度不会低于最低连续运行温度。催化剂适宜使用温度为320～400℃，范围超过适宜温度使用是造成催化剂性能退化甚至丧失的重要原因。请按照设计厂家要求提供的催化剂技术规范规定技术参数运行。运行时尽可能缓慢逐渐升温或降温并严格按照低于次点燃锅炉时，有条件应采用清洁气燃料代替油燃料。

3 催化剂再生

催化剂再生当前虽然在国内是全新的业务，但SCR脱硝装置使用再生催化剂是迟早的事。因为失效的脱硝催化剂被列入危险废物领域（属固体废物的一种），其收集、贮存、运输、处置均须严格按危险废物的规定执行，因此，催化剂再生是大势所趋。目前国际上能够成功向市场推广专业脱硝催化剂再生技术的公司为数不多，其中较为有名的有美国的科杰（Coalogix）公司及德国的埃宾杰（Ebinger-Kat）公司。涵盖了蜂窝式、平板式和波纹板式等多种形式的催化剂。国内龙净环保和美国科杰公司采取合资方式，成为国内首家具有国外先进SCR失效催化剂再生技术支持企业，在国内应用先进催化剂再生技术、开展相关业务。此外重庆远达、江苏肯创、江苏万德、广东清远恒德等公司，对外宣称掌握了催化剂再生的国产技术。山东西格盟国际及江苏中建材研究院，分别和韩国凯希环保和奥地利富蓝德公司签署合作计划书，为进军失活SCR催化剂再生市场做了积极准备。

目前国内脱硝催化剂失活后再生处理有两种方案出现：一是现场再生，二是工厂化再生，这与欧洲和美国最初经历的过程相同，但2005以后美国已不再采用现场再生方法。针对现有火电厂SCR烟气脱硝中毒催化剂离线活化成本高、费力及费工等诸多不便，设计了一种中毒催化剂在线活化实验工艺。在前人催化剂离线活化技术基础上加以改进，结合工程实际应用情况，开发出一种新的催化剂在线活化工艺。通过实验分析对比，比较各活化液活化后催化剂脱销效率和脱硫效率，同时兼顾电厂具体条件和活化液成本，找出一种较好活化液配方及其配套工艺。经该活化液活化后的失活催化剂活性达到新鲜催化剂的82%，二者SO2/SO3转化率也接近，满足工程需要。

4 防止催化剂中毒

催化剂是脱硝系统重要组成部分，性能直接影响系统整体脱硝效果。研究催化剂中毒原因延长催化剂的使用寿命对降低系统的运行费用意义重大。使用催化剂浸渍碱性溶液后再进行脱硝实验的方法，证明了碱金属引起的催化剂中毒情况，发现碱金属浓度加大和潮湿时都能引起催化剂加速劣化，因此在实际工况中应避免这种情况。新建火电机组已广泛采取低氮燃烧技术相信随着我国环境保护法律、法规和标准日趋严格及执法力度加大、技术成熟、脱硝率高、无二次污染技术将逐渐成为我国烟气脱硝市场的主流技术。

5 催化剂储存搬运注意事项

通常情况下将催化剂单元安装到碳钢模块中，再将这些模块安装到SCR反应器中并与烟气接触反应。通常只有催化剂生产厂家专业人员才能对单个催化剂单元进行操作。催化剂单元需放在特殊运输容器中以便今后返回运输时使用。在接收催化剂单元时应先进行检查发现任何问题都应先报告给催化剂生产厂家。催化剂必须在包装完好的状态下进行保管和搬运，避免任何形式冲击和震动以及机械碰撞。运到现场的模块应尽快安装使用，以减少催化剂再次间接损害，模块包装应在现场装入反应器前去除。为防止催化剂模块发生意外损坏，请勿在存储模块场区内及附近作业。搬运及处置催化剂时应佩戴口罩、手套等防护用具。搬运结束后要用清水漱口、冲洗脸部和双手以避免吸入催化剂粉尘。催化剂应贮存在通风干燥的室内仓库中，避免接触到雨水、海水、重湿气或其他潮气、油和溶剂。潮气不仅能毒化催化剂表面使其失活且易使催化剂干燥时发生破裂。避免催化剂在阳光下长时间暴晒。同时催化剂应避免接触易挥发性有机气体，应远离还原性气氛防止催化剂活性组分被还原而导致活性损失。远离碱金属，钾钠等碱土金属，钙镁等及其它物质，卤素这些物质易使催化剂失活。做好催化剂运行维护保养工作，不但可延长设备使用寿命，降低脱硝成本。也减少脱硝催化剂维护停炉检修清灰、更换搬运的巨大工作量，缩短检修工期。

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