燃煤电厂选择性催化还原脱硝装置有、无催化剂备用层的对比分析.pdf

第 卷 第 期华电技术 年 月 燃 煤 电 厂 选 择 性 催 化 还 原 脱 硝 装 置 有 、 无 催 化 剂 备 用 层 的 对 比 分 析 王刚， 黄锐， 陈付国 （ 重庆远达催化剂制造有限公司， 重庆 ） 摘 要： 燃煤电厂脱硝改造工程技术难度大、 工程成本高， 考虑取消脱硝装置催化剂备用层。通过对催化剂“ ” 与 “ ” 种管理运行方式的对比分析， 发现取消催化剂备用层降低了工程技术难度和工程成本， 但也导致了脱硝系统运行 费用的增加。对脱硝装置有、 无备用层的对比分析可为脱硝改造项目在规划、 设计时提供指导和依据。 关键词： 脱硝； 催化剂； 备用层； 运行方式； 分析 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： （ ） 收稿日期： ； 修回日期： 引言 近年来， 随着我国经济的快速发展， 对电力的需 求大幅度增加， 煤的消耗也随之增加， 煤燃烧过程中 释放的 ， 等污染物也不断增加， 造成了酸雨 等严重的环境污染问题。国家脱硫政策的强制执行 使 排放得到了较好的治理， 而对 的治理还 不容乐观， 根据国家环保局统计和有关研究估算， 年我国 的排放量约为 万 ， 年的排 放量约为 万 ， 年的排放量约为 万 。 面对严峻的 排放形势和环境保护的要求， 年国家颁布了 火电厂大气污染物 排放标准 ， 年， 环保部对该标准进行了再次修 订， 提出了更为严格的排放标准 。另外， 年 月 日， 环保部办公厅印发了环办 号 “ 十 二五” 主要污染物总量控制规划编制指南 ， 明确了 “ 十二五” 期间主要污染物总量减排的工作思路和目 标要求， 将 的排放指标纳入污染物减排考核指 标。 降低燃煤电厂 排放量已势在必行， 但是对 于以前未上脱硝系统的机组， 尤其是在电厂当初规 划、 设计时未考虑预留脱硝空间， 土建设计未考虑荷 载余量的机组， 脱硝改造工程就显得困难重重了， 不 但投资高， 更严峻的问题是技术难度大， 设计、 施工都 非常棘手。因此， 从节约成本、 降低技术难度的角度 出发， 可考虑取消脱硝系统催化剂备用层。 取消催化剂备用层的可行性 脱硝反应原理 燃煤电厂烟气脱硝装置一般采用高尘布置的 式， 选择性催化还原（ ） 反应器布置在锅炉省煤器 和空气预热器之间。在反应器中， 烟气温度为 ， 喷入的氨气与烟气中的 在催化剂的作用 下发生如下脱硝反应 ， ， ， 。 脱硝产物是气态 和 ， 随烟气排向大气， 不 会造成二次污染。从理论上讲， 催化剂在脱硝反应 前、 后的物理、 化学性质都不会发生变化， 但在实际运 行过程中， 由于烟气中存在 ， ， 灰尘和碱金属 等多种物质， 会在不同程度上造成催化剂的物理中毒 和化学中毒， 导致催化剂失活， 因此， 当催化剂的寿命 终结时， 需加装或换装催化剂。 本文以某脱硝工程为例， 进行有、 无催化剂备用 层的对比分析， 该工程主要设计参数见表 。 表 烟气脱硝系统设计参数 项目单位数值备注 烟气流量 湿基 入口 烟气 成分 质量分数 湿基 质量分数 湿基 质量浓度 湿基 飞灰质量浓度 质量浓度 干基、 性能 参 排放质量浓度 脱硝效率 逃逸率 转化率 “ ” 运行管理式 目前， 燃煤电厂催化剂运行式主要采用“ 华电技术第 卷 ” 的方式， 即层运行， 层备用， 当先期投运的 层 催化剂活性达不到脱硝性能要求时， 便加装备用层催 化剂。国、 内外也有少部分机组的催化剂采用“ ” 或“ ” 运行方式。图 是典型的“ ” 方式催化 剂寿命管理曲线（ 为催化剂活性； 为标态烟气流 量与催化剂总表面积之比； 表示催化剂的相对 活性， 越高， 脱硝效率便越高） 。 图 “ ” 方式催化剂寿命管理曲线 从图 可以看出， 机组如果在设计工况下运行， 备用层的催化剂将在 后安装并投入使用， 机 组运行 时， 需换装先期投运的第 层 催化剂。 该项目实际运行 及加装催化剂后， 主要 测试数据见表 。 表 运行 及加装催化剂后测试数据 项目单位设计值 初装层 催化剂 加装备用层 催化剂后 负荷 脱硝效率 氨逃逸率 （ ） 转化率 注： 表中数据已根据测试结果进行修正。 根据公式可以计算出 ， （ ） （ ）（ ） ， （ ） 式中： 为氨氮摩尔比； 为脱硝率； 为逃逸 的质量浓度； 为入口 的质量浓度。 通过对比发现， 催化剂寿命管理曲线与实际的运 行情况基本一致， 管理曲线对催化剂的运行管理有很 大的指导意义。 “ ” 运行管理方式 如果取消催化剂备用层， 机组运行 后则 需换装先期投运的第 层催化剂， 以后则依次换装第 层、 第 层、 第 层， 催化剂寿命管理曲线则变 为图 所示的曲线。 从图 可以看出， 催化剂的平均活性有所降低， 催化剂更换的频率相对高些， 但层催化剂总的活性 仍然满足项目的性能要求（ 该项目总的要求催化剂相 图 “ ” 方式催化剂寿命管理曲线 对活性大于 即可） 。 另外， 从脱硝系统来看， 取消了备用层后， 改造的 难度降低了， 所以， 取消催化剂备用层在一般情况下 是可行的。 值得注意的是， 取消了备用层也存在一定的技术 风险。因为国内大多数燃煤电厂的煤源不稳定， 有的 电厂的煤源甚至天天在变化， 如果煤质条件、 烟气条 件太差， 加上催化剂在生产工艺方面的限制， 层催 化剂便有可能满足不了脱硝的要求。另外， 如果国家 环保政策对 的排放标准提高， 有可能导致采用 层催化剂不能达到脱硝的要求。当然， 辅助采用低氮 燃烧技术和选择性非催化还原（ ） 脱硝技术， 对 取消催化剂备用层的风险也能起到一定的规避作用。 取消催化剂备用层对脱硝系统的影响 脱硝系统由还原剂供应区和 反应区 组成， 取消催化剂备用层后， 对还原剂供应区基本无 影响， 但对 反应区的影响比较大。 有利因素 （ ） 反应器及其入口烟道量的变化： 取消 反应器催化剂备用层， 可以将反应器高度降低 ， 降低入口烟道的高度， 减少工艺系统 （ 烟道和反应器） 左右的工程量。 （ ） 取消催化剂备用层， 可减少备用层的吹灰 器以及相关的电控系统， 即能减少吹灰系统约 的投资。 （ ） 取消催化剂备用层， 能减少 的 脱硝框架钢材消耗量。 （ ） 采用常规“ ” 脱硝催化剂方式， 整个系 统的阻力为 左右， 若取消催化剂备用层， 层催化剂系统的阻力为 左右， 降低了脱硝系 统的阻力， 减少了引风机的能耗（ 可降低 的电耗， 引风机的升压为 ） 。 （ ） 取消催化剂备用层后， 催化剂更换频率增 加， 被更换的催化剂活性比常规“ ” 式换下的 催化剂活性高， 催化剂再生相对容易， 但再生成本差 别不大。 第 期王刚， 等： 燃煤电厂选择性催化还原脱硝装置有、 无催化剂备用层的对比分析 （ ） 取消催化剂备用层相对减少了脱硝装置的 载荷、 反应器、 烟道以及钢架的耗量， 降低了系统阻 力， 对改造机组是有利的， 特别是对电厂当初规划、 设计时未考虑预留脱硝空间， 土建设计时未考虑荷 载余量的机组， 能降低改造技术和施工的难度， 同时 缩短工期， 减少对现有锅炉正常运行的影响。 不利因素 （ ） 催化剂的耗量会有所增加。如果采用“ ” 模式催化剂， 当投运的 层催化剂活性达不到其性 能要求时， 便加装备用层催化剂， 此时还可以充分利 用原催化剂的活性， 能节省运行费用。若采用“ ” 模式催化剂， 就需要更换一层催化剂， 更换下来的催 化剂仍然保留一部分化学性能， 得不到最大程度的利 用， 这是取消催化剂备用层的不利因素； 同时， 催化剂 更换频率增加（ 年） ， 比“ ” 模式多更换 次 催化剂， 脱硝装置运行的费用增加较多。 （ ） “ ” 模式较“ ” 模式的催化剂平均活 性稍低， 在运行过程中， 喷氨量相对大些， 运行费用 也有一定程度的增加。 技术经济对比分析 “ ” 与“ ” 运行方式技术经济对比见 表 。 表 “ ” 与“ ” 运行方式技术经济对比分析万元 项目“ ” 运行方式“ ” 运行方式备注 年基本折旧（ 折旧 率 ） 可变 成本 电费 “ ” 方式节约 液氨费用 催化剂费用 “ ” 方式比“ ” 方式 年多换 层催化剂 蒸汽费用 成本合计 注： （ ） “ ” 运行方式的固定成本为 万元， “ ” 运行方式的固定成本为 万元； （ ） 以上数据按 台锅炉耗量开列，年利用小时数为 ， 建设成本未考虑氨区成本。 以上数据分析会根据不同的项目参数变化， 甚 至对同一个项目， 其设计理念、 脱硝性能要求不一样 时， 也会发生变化。 结束语 从以上对比分析可知， 对现有未上脱硝装置的 机组进行改造， 取消催化剂备用层可减少脱硝装置 的载荷、 反应器、 烟道以及钢架的耗量， 降低系统阻 力， 节省工程投资， 同时也能降低技术、 施工等难度， 缩短工期。缺点是不能最大限度地利用催化剂的活 性， 催化剂运行的费用较大， 其增加的运行费用几乎 不能通过前期节约的投资来弥补， 而且机组运行时 间越长， 增加的运行费用越多。因此， 需根据脱硝改 造工程的特点谨慎选择。 参考文献： ， 火电厂大气污染排放标准 董晓红， 倪允之 火电厂烟气脱硝技术探讨 内蒙古环 境科学， ， （ ） ： 杨冬， 徐鸿， 刘学亭 燃煤电厂 烟气脱硝技术综述 中国电力教育， （ ） ： 郭汉森 选择性催化还原法（ ） 脱硝技术在燃煤电厂 的运用 电站辅机， ， （ ） ： 赵宗让 电厂锅炉 烟气脱硝系统设计优化 中国 电力， ， （ ） ： 高莲， 马晓驰 选择性催化还原废气脱硝技术 化工环 保， ， （ ） ： 张洁， 马骏彪， 胡永峰， 等 选择性催化还原法烟气脱硝关 键技术分