SCR装置运行优化及催化剂寿命管理-孔凡海-6-21

TPRI电站脱硝装置性能评估、运行优化及催化剂寿命管理孔凡海博士西安热工研究院有限公司2013年6月苏州TPRI第一部分电站脱硝装置性能评估、运行优化TPRI执行标准：EPAM－7EEPA－CTM-027《电站锅炉性能试验规程》(GB10184-88)《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）脱硝装置性能考核西安热工院苏州分公司在国内最早开展了脱硝装置性能考核工作（自2006年起，目前已完成超过50台新建及改造机组的脱硝装置性能考核工作），参考国际标准，结合多年的测试经验，可为电厂全面、系统、准确评估脱硝装置性能。TPRI脱硝装置性能考核脱硝装置性能需评估：NOx排放浓度、脱硝效率、氨逃逸浓度、SO2/SO3转化率、系统阻力、烟气温降、噪音等。几个问题：1.脱硝效率为当前最大效率（非24000h，且氨逃逸不大于3ppm），平行工况加最大效率。2.机组全负荷范围（50%、75%、100%），结果不修正。3.氨逃逸和SO2/SO3浓度较低，需采用化学取样，离子电极和化学滴定法方可精确测量，常规的仪表无法精确测量。TPRI主要表现：脱硝效率、出口氮氧化物值不达标喷氨量加大、氨逃逸偏高，空预器堵塞投运率不足催化剂堵塞、破损、失活主要对策：核心：找到原因，对症下药性能诊断，最大效率试验喷氨优化调整催化剂实验室检测分析。脱硝装置运行中常见问题及原因分析TPRI案例1某厂1*600MW机组，11年9月，完成SCR脱硝改造，运行不到1年，发现空预器阻力增大，停炉检修时发现空预器堵塞严重，后经实验室检测，发现堵塞物中含有大量铵根、硫酸氢根离子，进一步现在检测发现，其SCR入口喷氨严重不均，导致氨逃逸较高。脱硝装置运行中常见问题及原因分析下部波纹板内部情况，板壁上有黑色硬垢附着TPRI内容：AIG喷氨优化调整目的：提高脱硝效率，减少局部氨逃逸，降低对空预器的ABS影响方法：喷氨流量平衡优化：在机组满负荷下，根据出口NOx浓度分布（相对标准偏差CV值），对喷氨各支管的氨流量进行优化平衡调整。在满负荷下调平后，还需在中低负荷下进行微调。AIG调平合计约需6~8个工况。通常每年做一次。脱硝装置喷氨优化调整020406080100120140A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10反应器A宽度方向测孔深度方向列平均值（mg/Nm3）优化前优化后020406080100120140B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10反应器B宽度方向测孔深度方向列平均值（mg/Nm3）优化前优化后TPRI案例2某厂2*300MW机组，11年6月，完成SCR脱硝改造，SCR入口NOx浓度约270~280mg/Nm3运行不到1年，发现空预器阻力增大，后经现场诊断，发现其运行过程中喷氨量过大，导致氨逃逸较高。脱硝装置运行中常见问题及原因分析TPRI脱硝装置性能诊断-最大效率试验目的：找出当前最大效率，效率挖潜，在保证NOx排放同时，防止过量喷氨，整体减少对空预器的ABS影响。方法：在机组高、中、低三个负荷点下，调整气氨喷射量，测试脱硝效率和氨逃逸浓度，获得各负荷点下的最大脱硝效率，为运行过程合理控制氨喷射量提供指导。三个负荷点约需6~9个试验工况，每个工况每台反应器出口化学吸收法采集6个氨逃逸样品。通常每年做一次。TPRI主要效用：挖潜降耗、安全运行主要业绩：西安热工院苏州分公司国内最早展开脱硝装置运行诊断及优化工作，目前已完成国华宁海、厦门嵩屿、国华太仓、华能北京、华能巢湖、大唐乌沙山、华能黄台等20多家电厂的SCR运行诊断及优化工作，有效缓解了空预器ABS堵塞问题。脱硝装置运行诊断优化效用及业绩TPRI2020/1/29性能检测是SCR催化剂寿命管理的核心11SCR催化剂寿命管理的主要内容TPRI2020/1/29性能检测是SCR催化剂寿命管理的核心12一、SCR催化剂的设计及选型二、SCR催化剂监造及安装前性能检测三、SCR催化剂的存储（运输）四、SCR催化剂运行管理和定期检验五、SCR催化剂再生及更换管理六、废弃催化剂的处理狭义上讲，催化剂管理主要是指合理的催化剂补充/更换/再生策略，主要考虑“何时”、“如何”对现有催化剂层进行操作，以达到既满足脱硝效率要求，又能够节约系统运行成本的目的。SCR催化剂寿命管理的主要内容TPRI火电厂烟气脱硝催化剂的检测内容包括几何特性指标、理化特性指标和工艺特性指标三大类。几何特性指标指脱硝催化剂的外观尺寸、几何比表面积和开孔率。理化特性指标指脱硝催化剂的抗压强度（蜂窝式催化剂）、粘附强度（平板式催化剂）、磨损强度、微观比表面积、孔容、孔径及孔径分布、主要化学成分和微量元素。工艺特性指标指脱硝催化剂单元体的脱硝效率、活性、SO2/SO3转换率、氨逃逸和压降。中试装置VS小试装置SCR催化剂检测的内容和方法TPRISCR催化剂检测技术案例5-小试当前性能评估TPRISCR催化剂检测技术案例6-小试催化剂寿命预估TPRI•《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》：“微型催化剂活性测试装置仅适用于脱硝催化剂生产厂家或科研单位的产品研发及生产过程质量控制，不适用于以催化剂运行管理为目的的性能测试或任何第三方检测”SCR催化剂检测的内容和方法TPRI西安热工研究院烟气脱硝技术实验室催化剂活性检测综合试验平台本实验台由气体储备系统、烟气加热及混合配气系统、反应器系统、检测控制系统、尾气处理系统等相关单元组成，通过在实验室条件下全尺度模拟电厂真实的运行烟气条件（氧量、湿度、NO浓度、SO2浓度、NH3浓度、空速以及温度等），并将催化剂单体置于该条件下以进行准确的催化剂脱硝效率、氨逃逸、活性、阻力、SO2/SO3转换率等参数的测量及分析。TPRI主要效用：节约成本，指导运行主要业绩：西安热工院苏州分公司在国内最早展开SCR催化剂全寿命管理（含失活检测、活性评估、再生/更换/加装策略等）工作，作为主要编制单位参与了所有相关标准的编制。目前已完成超过40家催化剂生产厂家及电厂的第三方性能检测、活性评估、再生/更换/加装策略研究工作。SCR催化剂全寿命管理效用及业绩TPRI2020/1/2919国内某电厂2台新建机组，SCR装置建成投运不足3个月，4台反应器超过5层催化剂整体坍塌，直接经济损失约4000万月以上。SCR催化剂安装前性能检测时间及注意事项案例1SCR催化剂安装前性能检测TPRI2020/1/2920国内某电厂2台新建机组，SCR装置建成投运不足6个月，进行SCR性能考核时，脱硝效率及氨逃逸严重不达标，后经实验室条件下催化剂性能检测发现，催化剂活性不达标，活性k低于20Nm/h，远低于性能保证指标。国内某催化剂厂家为某厂生产催化剂，其设计尺寸150*150*750，送样尺寸150*150*776，体积量增加3.5%。案例2、3SCR催化剂安装前性能检测TPRI2020/1/29案例3：催化剂加装备用层中的性能考核问题21某厂催化剂（蜂窝式）由甲公司生产，设计效率70%，初装2层，运行不到2年因脱硝效率不达标须加装一层催化剂，由于甲公司不能满足供货要求，加装层采购乙公司同规格产品，加装后性能考核三层催化剂仍不达标，乙公司不承认其催化剂存在性能问题。某厂催化剂（蜂窝式）由丙公司生产，设计效率50%，初装1层，运行一年后因脱硝效率不满足新的环保要求须加装一层催化剂，由于丙公司不能满足供货要求，加装层采购定公司同规格产品，为明确丁方责任，在招标及技术协议谈判时明确将SCR催化剂的性能检测结果作为考核指标。TPRI实验室性能诊断、评估是催化剂寿命管理的核心内容，其主要内容包括催化剂当前性能评估，催化剂失活分析及催化剂寿命诊断。三SCR催化剂运行过程中的性能检测定期检测，早发现，早治疗TPRI第三阶段催化剂再生、更换、加装策略TPRI4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O2NO+2NO2+4NH3→4N2+6H2O当活性颗粒被其它化学物质反应占据，或者NH3、NOx扩散通道被堵塞后，催化剂无法起到催化作用，则表现为活性的降低。TPRI某厂催化剂（板式），设计效率80%，催化剂化学保证寿命不小于24000h。脱硝装置于2006年10月25日开始通烟气，于2006年11月20完成168h试运行，29000h的运行后，机组满负荷时，在保证NH3逃逸浓度不大于3µL/L条件下，SCR装置的实测最大脱硝效率仅为65%。目前，累计运行时间约44000小时。SCR催化剂再生及更换管理催化剂的再生（1）TPRISCR催化剂再生及更换管理催化剂的再生TPRISCR催化剂再生及更换管理•建议目前先对催化剂实施再生处理，20000h后再增加备用层催化剂。TPRISCR催化剂再生及更换管理催化剂更换（2）某厂2#机组于2006年投产配套SCR装置，蜂窝式催化剂，设计效率60%。经过6年多（超过52000小时）的不间断运行，其活性k/k0值仅为0.42，远低于寿命管理曲线的阀值（0.6）。TPRISCR催化剂再生及更换管理更换策略整体更换一层催化剂，将原先破坏较为严重的两层合并为一层，本次先更换第一层（最上层），新加催化剂的设计应满足和现役第二层催化剂整体脱硝效率达到60%以上。该方案优点，充分利用现役催化剂的残余活性，降低运行成本；更换一层催化剂，仍旧两层催化剂运行，SCR装置阻力小于三层催化剂运行阻力，以利于减少厂用电耗。缺点为更换的新催化剂层比原有催化剂层高，需考虑相应蒸汽吹灰器的改造。TPRISCR催化剂再生及更换管理催化剂加装备用层（3）某厂7#机组于2011年11月投产配套SCR装置，20孔蜂窝式催化剂，入口NOx浓度350mg/m3，当前效率55%，排放浓度高于100mg/m3。TPRI小结2020/1/29SCR装置运行管理的核心是定期性能综合检测，发现问题要找到原因，对症下药，优化调整和最大效率试验是解决多数问题的良方。SCR催化剂性能检测是SCR催化剂寿命管理的核心SCR催化剂安装前性能检测：防患于未然SCR运行过程中的性能检测：当前活性评估及寿命预估SCR催化剂寿命末期的性能检测：再生/更换/加装策略西安热工研究院烟气脱硝技术实验室TPRI2020/1/2932谢谢!Thankyouverymuchforyourattention!联系人：孔凡海，13732625936，[e-mail]；