催化剂混装技术在国内烟气脱硝工程的首次应用研究

催化剂混装技术在国内烟气脱硝工程的首次应用研究

喻燕湘

喻燕湘(大唐湘潭发电有限责任公司湖南湘潭411102)

摘要：为进一步提高脱硝系统的可靠性和极端工况的适用性、减缓空预器冷端堵塞和腐蚀，大唐湘潭发电有限责任公司在国内首次采用平板式和蜂窝式催化剂混装技术，此种混装技术有助于充分利用两种催化剂的优点，在脱硝效率、耐磨损、防堵塞、经济性等方面获得最佳效果。该烟气脱硝系统投产后，运行稳定，脱硝效率、出口NOx浓度等主要技术指标均满足设计要求，出口NOx浓度优于国家最新环保排放标准的要求。

关键词：烟气脱硝；SCR催化剂；混装模式

引言：为适应国内火电厂大气污染物控制的发展需要，大唐湘潭发电有限责任公司（以下简称湘潭电厂）采取措施治理NOx排放，并就此委托西安热工研究院有限公司进行脱硝改造工程的可行性研究。通过资料收集、摸底测试及现场踏勘等方式，对机组现状和环保趋势进行了综合评估，并采取案例类比、路线论证、方案设计、投资和运行费用估算等多种手段就改造工程的可行性进行了综合分析，对湘潭电厂#4机组采用以尿素为还原剂的选择性催化还原法脱硝方案，并在国内首次采用平板式和蜂窝式催化剂混装技术，使其满足《GB-13223-2011火电厂大气污染物排放标准》的要求。

1.原系统的基本情况简介湘潭电厂#4机组装机容量为600MW，锅炉为东方锅炉厂生产的DG1900/25.4-Ⅱ1型超临界参数变压直流本生型锅炉，单炉膛，Π型锅炉，前后墙对冲燃烧方式，一次再热，尾部双烟道结构，采用平行挡板调节再热汽温，固态排渣，平衡通风，露天布置，受热面采用全悬吊方式，炉架采用全钢结构。#4机组于2006年11月投产。

每台炉配有24个东方锅炉厂生产的HT-NR3型低NOx旋流煤粉燃烧器，设计NOx排放浓度450mg/m3，2011年2月至6月统计3号炉NOx排放浓度在307至427mg/m3。

2.系统改造方案及原理脱硝工艺采用以尿素为还原剂的选择性催化还原法，脱硝反应器采用高灰布置方式，即布置在省煤器与空预器之间。系统按入口NOx浓度600mg/Nm3、处理100%烟气量及不低于85%的脱硝效率进行设计，满足出口NOx浓度稳定控制在100mg/Nm3以下，脱硝系统压力损失不超过1000Pa。采用蜂窝式催化剂，按“2＋1”模式布置，催化剂在320-420℃温度范围内正常运行；两套SCR反应器进出口均配套在线CEMS监测系统。该脱硝系统的核心设备在国内首次采用一层平板式加一层蜂窝式催化剂的混合安装方式。

目前，燃煤电厂烟气脱硝系统的主流催化剂是平板式和蜂窝式催化剂。平板式催化剂是以薄型不锈钢筛网板为基材，在其表面双面加压涂覆V2O5\MoO3等活性成分，其结构形状与空气预热器的受热面很相似，几何比表面积较小，阻力较小，具有较强的抗磨损和防堵塞特性，适合于含灰量高及灰粘性较强的烟气环境，但单位体积的催化剂活性低、相对荷载高、体积大，使用的钢结构多。而蜂窝式催化剂为整体挤出成型，载体的主要成分为TiO2，还包括活性组分V2O5、助催化剂WO3；其几何比表面积较大、体积小，投资费用相对较少，但抗飞灰堵塞、耐磨性能和机械性能相对较差。

此种混装方式，有助于充分利用两种催化剂的优点，在脱硝效率、耐磨损、防堵塞、经济性等方面获得最佳效果。

3.2施工周期2013年7月~11月，由于脱硝改造工程施工阶段催化剂供货市场十分紧张，在保证各类技术指标满足环保要求的前提下，系统暂安装一层蜂窝式催化剂。为进一步提高脱硝系统可靠性和极端工况的适用性、减缓空预器冷端堵塞和腐蚀，2014年2月4日至2月12日，利用机组停备期间完成了第二层平板式催化剂安装工作。

4.应用效果2014年9月23日~25日，湘潭电厂委托湖南省湘电试研技术有限公司按照《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》（DL/T260-2012）要求进行试验。试验条件及结果如下：4.1试验期间煤质参数、设计条件与性能试验期间条件对比分别见表1和表2。

表1试验期间煤质参数（2014.09.23-2014.09.25）

性能试验结果显示，采用催化剂混装技术的脱硝系统主要技术指标均能满足设计和国家环保最新排放标准的要求。

5.项目实施后经济效益的分析该项目实施后，每年将降低NOX约5589.6吨，在设计工况下，氮氧化物浓度低于100mg/m3，环境污染大大改善，达到了预期效果。

设备维护费用增加，特别是催化剂更换费用，催化剂使用寿命按4年计，平均每年约582.75万元。（不考虑催化剂国产化而成本下降的费用）。

在年发电利用小时数在5000h条件下，#4机组脱硝系统年运行成本为3986万元，单位NOx减排成本为5.86元/kg，单位发电增加成本为0.0116元/kW·h。

6.总结由于湘潭电厂#4机组在网运行时间较短，各种工况差异较大，在有限的数据中暂时无法较为真实、客观的评价其实际节能减排效果，有待持续观察和分析。由于湘潭电厂#1机组脱硝系统采用的是纯蜂窝式催化剂，#2、3机组则均采用纯平板式催化剂。该公司4台机组中采用了三种烟气脱硝催化剂安装方式。后续，笔者将通过对比研究三种方式的可靠性和经济性，从尿素消耗量、系统电耗、差压、减排量、催化剂物理化学性能等指标对混装方式的减排效果进行综合评价和分析，在今后催化剂更换时，根据燃煤中灰分和硫份等特性，选择最适合烟气脱硝系统的催化剂安装类型。

参考文献：[1]刘文.火力发电厂烟气脱硝技改研究与实践[D].华南理工大学,2011.[2]杨杰,康科伟.火力发电厂脱硝技术研究[J].科技信息,2013,22：354.[3]陈列,王新龙.火力发电厂烟气脱硝技术研究[J].科技传播,2012,13：37.[4]DL/T260-2012.烟气脱硝装置性能验收试验规范性能验收试验规范[S]（作者简介：喻燕湘1978.10长沙理工大学项目管理工程师）