麦电网讯：本文根据河南华润电力首阳山有限公司(2*600MW)机组脱硝改造运行情况及催化特性进行分析研究，通过行之有效的脱硝系统运行优化调整、维护保养工作，延长脱硝催化剂的使用寿命，降低脱硝系统运行成本，保证机组的安全稳定运行。

河南华润电力首阳山有限公司(2*600MW)机组脱硝催化剂单台机组费用为2000万元，催化剂设计化学寿命为24000小时，机械寿命为80000小时，因此，大约3-5年就需要进行催化剂的更换再生。因为催化剂置换费用约占系统总价的60%～70%,脱硝系统催化剂的折旧寿命直接决定着SCR系统的运行成本。催化剂的使用寿命如果按照3年计算，每天折旧费用大约为1.26万元，按照4年计算，每天折旧费用为0.958万元，如果按照5年计算，每天折旧费用大约为0.77万元。因此，延长催化剂的使用寿命，将大大减少脱硝系统的运行成本。

如果由于SCR系统运行使用、维护不够合理使催化剂提前失效进行催化剂的置换、部分或整体更换,将进一步加大催化剂的折旧成本。正常使用寿命期内,脱硝系统每年每台设备折旧费用为466万左右,如果催化剂提前1个月失效,那么在使用寿命期内每年设备折旧费用将增加至483万左右,可见SCR脱硝系统催化剂的使用寿命对运营成本影响极大。

一、催化剂介绍

目前电厂脱硝催化剂大多是V2O5—WO3/TiO2催化剂，其中V2O5为活性组分，WO3为助剂，TiO2为载体，载体的性能对催化剂活性有重要影响。

对催化剂载体进行研究时多数选择以纳米Ti02为载体。因为纳米Ti02具有巨大的比表面积，独特的电子云结构，会对SCR催化剂性能产生促进作用，在S02和02作用下Ti02只是微弱可逆的被硫化，此外Ti02还会与V205发生良好的电子作用，使催化剂具有良好的活性。

V2O5是一种良好的脱硝催化活性物质，但在实际应用中往往将其掺杂到其他金属氧化物中。采用掺杂型催化剂不但可以降低催化剂成本，提高V2O5的分散度，增加与反应气体的接触几率，提高催化活性，而且还可以削弱SO2的氧化活性。

作为电厂脱硝催化剂，除了具有良好的活性和选择性外，还需要有较好的机械强度、热稳定性和抗毒性，因此，加入化学助剂和结构助剂等添加剂很有必要。V205是催化剂的活性成分，其表面呈酸性，容易将碱性的NH3捕捉到催化剂表面进行反应，它特定的氧化势有利于NH3和NOx转化为N2和H2O。

通过对WO3、MoO3对V2O5/TiO2的影响研究发现WO3与MoO3均可提高催化剂的热稳定性，抑制锐钛矿型TiO2的烧结和金红石化，并能改善V205与Ti02之间的电子作用，提高催化剂的活性、选择性和稳定性。

除此以外，WO3可以抑制SO2氧化;MoO3可以增强催化剂的耐As203中毒能力。通常催化剂中添加(5～1O%)的W03和玻璃纤维作为助催化剂，添加一定量的MoO3(0—5%)提高催化剂耐中毒能力。在V2O5/TiO2催化剂中添加粘土作为结构助剂，在商业催化剂中含有一定量的硅铝酸或玻璃纤维，使用这些无机助剂会使催化剂的机械性能有所改善。

V2O5—WO3/TiO2催化剂型式可分为三种：板式、蜂窝式和波纹板式。板式催化剂以不锈钢金属板压成的金属网为基材，将TiO2、V2O5等的混合物黏附在不锈钢网上，经过压制、锻烧后，将催化剂板组装成催化剂模块。蜂窝式催化剂一般为均质催化剂。

将TiO2、V2O5、WO3等混合物通过一种陶瓷挤出设备，制成截面为150mm*150mm，长度不等的催化剂元件，然后组装成为截面约为2m*1m的标准模块。波纹板式催化剂的制造工艺一般以用玻璃纤维加强的TiO2为基材，将WO3、V2O5等活性成份浸渍到催化剂的表面，以达到提高催化剂活性、降低SO2氧化率的目的。目前蜂窝式催化剂占据了市场70%份额。

二、催化剂失效原因

(1)催化剂中毒

催化剂中毒现象的发生主要是由于原烟气中或多或少的有害化学成分作用于催化剂活性成分造成的，砷、碱金属(主要是K、Na)是引起的催化剂中毒主要成分。砷中毒是由于高温烟气中的气态As2O3所引起的。

气态As2O3扩散进入催化剂内部空隙中，在催化剂毛细空中发生毛细凝结，并同时吸附在催化剂的活性位及非活性位上，并与催化剂活性物质发生反应，引起催化剂活性降低。

K和Na碱金属离子主要是由生物质燃料的燃烧产生，碱金属能够直接和催化剂的活性位发生反应使其钝化，在水溶状态下，碱金属有很高的流动性，能够进入催化剂材料的内部，对催化剂产生持久的毒害作用。

(2)飞灰侵蚀和催化剂微孔堵塞

飞灰侵蚀主要是烟气中飞灰撞击催化剂表面造成的磨损，主要与烟气流速，飞灰特性，催化剂材质有关，这种催化剂的损伤失效是不可逆的。为了减少飞灰磨损，可优化烟气场分布，避免形成高速区;硬化处理烟气进口侧催化剂边缘，使用耐磨的催化剂材料，加强催化剂的机械性能;优化入炉煤结构，避免飞灰颗粒过大和飞灰量过大。

催化剂微孔堵塞主要是由于铵盐及飞灰的小颗粒沉积在催化剂微孔中，阻碍NOx、NH3、O2到达催化剂活性表面，从而引起催化剂钝化。主要因为烟气流速过低，或是烟尘浓度过高，飞灰粘附在催化剂表面，覆盖催化剂的活性部位，更严重的是粘附的飞灰与烟气中的硫份反应，粘结到催化剂表面，因此在催化剂的运行中，要保证催化剂吹灰系统的可靠投运。

(3)高温引起的烧结、活性组分挥发

长时间暴露于450℃以上的高温环境中可引起催化剂活性位置(表面)烧结，导致催化剂颗粒增大，比表面积减小，一部分活性组分挥发损失，因而使催化剂活性降低。锅炉启动过程中粘附在催化剂表面的油污也会造成催化剂的烧结。

三、我司催化剂状况：

机组运行一年后的小修期间，检查发现催化剂不同程度的出现堵塞和吹损现象。

1、堵塞:对检修机组催化剂堵塞情况进行统计计算，大约占到1%左右(如图1)，对部分堵塞催化剂孔进行人工疏通，发现其中有40%左右为虚堵情况，而另外的60%着实堵塞，无法进行疏通。通过分析我们的蒸汽吹灰频次，声波吹灰运行情况，发现我司#1炉声波吹灰部分损坏，属于设备质量问题，然后及时更换设备，保证声波吹灰的可靠使用。又经催化剂厂家技术人员现场分析查验，我司催化剂堵塞比例属于正常比例。

2、吹损：检查发现催化剂存在部分吹损情况(如图2)。我们对可能引起吹损的原因分析：整定蒸汽吹灰器压力，经过校验符合说明书给定压力;检测催化剂质量，经过技术人员检测，催化剂本身不存在问题;检查耙式蒸汽吹灰器距离催化剂表面的距离小于设计值530mm，最低处达到380mm,应该是引起催化剂吹损的主要原因。于是调整耙式蒸汽吹灰器高度至设计值，并相应的降低吹灰汽源压力至0.6MPa,同时调整蒸汽吹灰频次将原来每天一次调整为10天一次，在之后的机组检修发现吹损情况明细减轻。

四、延长催化剂使用寿命

针对我司催化剂堵塞和吹损情况，并结合引起催化剂失效的三个原因：催化剂的中毒，积灰堵塞，高温烧结。为提高催化剂使用寿命，降低运行成本，主要采取相应措施如下：

1、在催化剂的生产制造过程中，添加一定量的MoO3(0—5%)提高催化剂耐中毒能力，MoO3可以增强催化剂的耐As203中毒能力。

2、在催化剂的生产制造过程中，因为WO3可以抑制SO2氧化，加入一定比例的WO3(5～1O%)，控制催化剂中SO2到SO3的转化率小于1%。

3、由于我司脱硝在高尘段布置，所以生产设计中加强了催化剂的机械强度，保证能够适应高灰尘段布置的高浓度灰尘的冲刷。

4、在运输、储存以及使用过程中，避免催化剂的受潮，在水溶状态下，碱金属有很高的流动性，能够进入催化剂材料的内部，对催化剂产生持久的毒害作用。因此在发生受热面泄漏时，应立即停止锅炉运行，避免蒸汽进入催化剂，影响其化学寿命。在机组停运后做好催化剂的防潮，必要时在催化剂层加装一定量的干燥剂进行干燥保养。

5、由于我司为蜂窝式催化剂，相对更容易发生堵塞，因此我司需要严格控制入炉煤热值，避免入炉煤热值过低，灰分过大，造成催化剂的堵塞。我司规定入炉煤最大不得超过300T/h,已保证入炉煤的发热量，减少灰分。

6、保持低氧运行，低氧运行即能够降低SCR入口NOx的生成，又能减少SO2到SO3的转化，SO3与逃逸的NH3和烟气中水蒸气反应生成硫酸氢氨，黏结烟气中的灰造成催化剂或下游的空预器及其他管道堵塞、腐蚀。

7、我司脱硝设计SCR入口NOx为600mg/Nm3，为保证催化剂反应余量减少氨逃逸，规定控制SCR入口NOx小于500mg/Nm3，出口在80-100mg/Nm3之间，有效控制喷氨量。

8、控制氨逃逸

1)保证SCR进出口和氨逃逸表计的准确性，避免因表计错误引起无判断造成喷氨量增加。

2)进行喷氨格栅优化调整，保证SCR出口断面的NOx分布均匀，避免因NOx分布不均匀，造成的喷氨量和氨逃逸增加。

3)严格控制SCR进出口NOx在规定值之内，避免喷氨量过大造成出口过低，增加氨逃逸。

4)加强吹灰，保持声波吹灰器连续运行，避免催化剂局部堵塞。

5)加装喷氨流量计，并定期记录喷氨格栅流量计差压情况，及时发现堵塞，及时做好预防。

6)做好稀释风机运行规范，在风组启动前启动稀释风机，在声波吹灰和风组停运后方可停运，避免喷氨喷嘴的堵塞，造成局部NOx过高而增大喷氨，增加氨逃逸。

7)进行燃烧优化调整，避免烟气流场分布不均匀，造成局部喷氨量过大。

8)机组升降负荷时，控制好配风比例，避免SCR入口NOx的大幅波动，造成氨逃逸增加。

9)对喷氨自动调节系统装置进行优化，采用模糊控制技术，保证喷氨自动跟踪灵敏，在机组升降负荷时能够提前预判，保证喷氨量够用，不超标，不逃逸。

10)保持催化剂的活性，利用停机机会，对催化剂进行吹扫清理，并对催化剂试验样进行化验，针对催化剂活性情况，及时进行催化剂更换再生或是进行加装备用层。

9、严格按照温度控制：

1)反应温度对脱硝率有较大的影响,从厂家给出的反应曲线，可以看出,在300～400℃内,随着反应温度的升高,脱硝率逐渐增加,升至400℃时,达到最大值(90%),随后脱硝率随温度的升高而下降。这主要是因为在SCR脱硝过程中温度的影响存在两种趋势:一方面温度升高时脱硝反应速率增加,脱硝率升高;另一方面随温度升高,NH3氧化反应加剧,使脱硝率下降。

因此,最佳温度是这2种趋势对立统一的结果。脱硝反应一般在310～420℃范围内进行,此时催化剂活性最大。必须注意的是,催化剂能够长期承受的温度不得高于420℃,短期承受的温度不得高于450℃,超过该限值,会导致催化剂烧结，而当温度低于310℃运行时，催化剂的活性有所降低，同时容易产生硫酸氢氨黏结烟气中灰尘堵塞催化剂以及空预器。因此我司规定SCR反应器入口温度在310--420℃，进行喷氨脱硝，已充分利用催化剂的活性。

2)机组启动过程中，为了减少机械应力对催化剂模块的伤害,在烟气温度20--150℃时,严格控制烟气温度上升速度不超过10℃/min;烟气温度升高到150--420℃之间,烟气温度上升速度不超过40℃/min;机组正常运行中，催化剂入口烟温变化不超过40℃/min。

10、保证吹灰效果：

严格按照规定进行脱硝系统吹灰避免催化剂在运行中产生堵塞和大量积灰,一方面降低脱硝效率,另一方面损害催化剂的使用寿命。

1)机组启动前，投入催化剂声波吹灰器连续运行，并进行定期检查，保证催化剂声波吹灰设备的运行可靠性。

2)设定蒸汽吹灰汽源压力在0.6MPa左右，既要保证吹灰压力达到吹灰效果，又要避免催化剂被吹坏，每台反应器的吹灰器按照程序按从上至下依次运行。吹灰前保证催化剂疏水充分，疏水器前温度控制不低于250℃，疏水时间不小于30min，避免蒸汽吹灰带水，降低催化剂活性或是造成催化剂粘灰。每隔10天在锅炉受热面吹灰完毕后，进行一次脱硝蒸汽吹灰。

3)机组启动或是低负荷投油稳然后，进行SCR蒸汽吹灰一次，已避免催化剂表面积存油污，影响催化效果或是堵塞。

4)机组停运，降负荷300MW前进行一次SCR蒸汽吹灰。

五、结束语

催化剂使用年限在设计化学寿命使用年限基础上，每增加1年，每台炉脱硝运行成本降低约3000元/天。在做好脱硝系统的维护保养、运行优化，能够一定程度上延长催化剂的使用寿命，因此需要对脱硝系统在运行、维护上采取了一系列的严格防护措施，以力求保证催化剂活性、延长催化剂的使用寿命，降低脱硝的运营成本。