CN106770890A - 一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法 - Google Patents

Abstract

一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法，所述方法首先要求在脱硝装置入口安装烟气流量、烟气温度测量仪和出口处安装氨逃逸测量仪，然后在脱硝装置每层催化剂前后均安装NO和O₂测量仪，最后将在线测量数据远传至工控机,利用专用软件计算出当前脱硝催化剂的活性和脱氮潜力指标，并根据催化剂脱氮潜力指标值变化情况来判别催化剂的剩余寿命。一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置，包括脱硝装置入口烟气分析系统（3）、氨逃逸检测系统（4）、脱硝装置出口烟气分析系统（5），数据采集器（6）和工控机（7）。通过一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置，可实现火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估。

Description

一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法

技术领域

本发明涉及一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法，属火电厂烟气脱硝技术领域。

背景技术

氮氧化物(NOx)作为燃煤电厂排放的主要污染物之一，给环境和人类健康带来了严重的不良影响。选择性催化还原(SCR)脱硝技术由于高效可靠，是当前控制火电厂烟气NOx排放的主流工艺技术。“十二五”以来，随着国家对火电厂环保要求的日益提高，针对电厂NOx排放标准提出了新要求，SCR脱硝技术在国内燃煤电厂中得到广泛应用。脱硝系统的关键部件—SCR脱硝催化剂，其性能对脱硝系统的脱硝效率和氨逃逸率具有关键性影响。随着SCR脱硝设备投运时间的增加，由于热力烧结、碱(土)金属中毒、砷中毒、活性组分流失、粉尘堵塞等原因，SCR脱硝催化剂性能会逐渐降低。同时，脱硝催化剂购置费一般摊至每年占脱硝装置运行成本的70％以上，而其在3～5年后失活，需要对其进行再生或更换新的催化剂。因此开展火电厂脱硝催化剂寿命管理工作对催化剂进行有效管理有利于提高燃煤电厂脱硝系统安全、稳定运行并进一步延长脱硝催化剂的使用寿命和降低运行成本。目前烟气脱硝在国内尚属新兴环保领域，运行经验不足，电厂对催化剂寿命评价缺乏相应的经验和理论依据。

发明内容

本发明的目的是，为了监测脱硝催化剂的性能，掌握催化剂剩余使用寿命，便于火电厂能从经济最优化角度准确决策对使用一定时间后的脱硝催化剂进行再生或更换，本发明公开一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法。

实现本发明的技术方案是，基于脱硝催化剂使用寿命主要通过催化剂的活性来判断，当催化剂的活性下降到一定程度时就可认定催化剂失效应当进行重新更换或再生修复。

本发明一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法，首先要求在脱硝装置入口安装烟气流量、烟气温度测量仪和出口处安装氨逃逸测量仪，然后在脱硝装置每层催化剂前后均安装NO和O₂测量仪，最后将在线测量数据远传至工控机,利用专用软件计算出当前脱硝催化剂的活性和脱氮潜力指标，并根据催化剂脱氮潜力指标值变化情况来判别催化剂的剩余寿命。

所述方法步骤如下：

(1)采集脱硝装置某层催化剂入口和出口处所需的在线监测数据。

计算该层催化剂的活性指标。催化剂活性就是指催化氨与氮氧化物反应的综合能力。催化剂的活性以常数K来表示，它主要由烟气的物化组成、烟气温度、烟气流速和催化剂性能等来决定。

其数学表达式为：

K—活性系数；V_cat－催化剂体积(m³)；V_rf—烟气流量,湿基(m³/h)；

A—催化剂比表面积(m²/m³)；η—NO转化率；α—氨氮摩尔比(NH₃/NOx)。

其中，M_NO2、M_NH3—NO₂、NH₃的摩尔质量，g/mol,C_NOx—折算到标准状态、干基、6％O₂下的SCR反应器某一层入口烟气中NO_x浓度(mg/m³)；

NO_x,before,NO_x,after—某一层催化剂入口、出口处折算到标准状态、干基、6％O₂下的NO_x浓度(mg/m³)；

K值越大，代表催化剂的活性越大，脱氮能力就越强。

(2)计算该层脱氮潜力指标，根据催化剂脱氮潜力指标值变化情况来评估催化剂的剩余寿命。

脱氮潜力指标P描述某层催化剂脱氮潜力。

P＝K/AV，A—催化剂比表面积(m²/m³)，V—通过该催化剂层的烟气流量,湿基(m³/h)。

在SCR脱硝装置新初装催化剂层时，对某一层催化剂进行脱氮潜力指标测量，计算出初装新催化剂层总P值。然后随着SCR脱硝装置运行，通过对该催化剂层的在线监测装置参数进行实时分析，自动计算出P值和总P值随系统运行时间变化趋势图，通过跟踪这些数据的变化，可对催化剂使用寿命作出一个合理的预测和使SCR装置操作者能更好地及时计划对催化剂的更换或再生工作，以确保催化剂层总P值在SCR装置正常运行所需最低P值之上，从而使脱硝装置保持良好地运行。

所述方法通过下述装置实现一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法。一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置包括氨逃逸检测系统、脱硝装置入口烟气分析系统、脱硝装置出口烟气分析系统，数据采集器和工控机。

所述脱硝装置入口烟气分析系统从脱硝装置上部的烟气分析检测孔进行烟气抽取，经分析后数据送至数据采集器；所述脱硝装置出口烟气分析系统从脱硝装置中下部的烟气分析检测孔进行烟气抽取，经分析后数据送至数据采集器；所述氨逃逸检测系统从脱硝装置中下部的烟气分析检测孔进行烟气抽取，经分析后数据送至数据采集器；所述数据采集器输出端连接工控机。

所述氨逃逸检测系统，由多套烟气抽取装置和一套氨浓度检测装置组成，采用抽取式激光光谱吸收法对烟气中氨浓度进行在线检测，是一套多点式监测系统，可以在脱硝装置各层催化剂前后设置多个烟气抽取点，然后通过烟气抽取装置将采集到的烟气送至检测装置中进行实时检测分析。

所述烟气分析系统，是由一套烟气抽取处理装置和烟气成分检测装置组成，可以实时检测烟气中的O₂、SO₂、NOx、烟气温度和烟气流速等。所述方法中脱硝装置入口烟气分析系统可以分析检测烟气中的O₂、SO₂、NOx、烟气温度和烟气流速等，脱硝装置出口烟气分析系统主要分析检测烟气中的O₂、SO₂和NOx等。

所述数据采集器用于脱硝装置在线监测数据收集，并将监测数据传输至工控机实现远程监控。同时通过工控机内设软件对在线监测数据进行自动统计计算出所需催化剂层的实时P值与总P值的关系，并描出随各层催化剂层性能随脱硝装置运行时间的变化趋势图。

本发明的有益效果是，本发明用于火电厂SCR脱硝装置催化剂层使用寿命的在线评估方法，在火电厂SCR脱硝装置不停运时，通过在线监测系统监测到的数据对脱硝催化剂使用寿命进行实时评估，该评估方法具有不需要脱硝装置停运时取出催化剂块进行性能分析的优势，便于运行人员及时了解催化剂活性性能变化情况，并可对催化剂使用寿命作出一个合理的预测和使SCR装置运行维护者能更好地及时计划对催化剂的更换或再生工作。

附图说明

图1为本发明实现的装置结构示意图；

图中，1是脱硝装置的催化剂层；2是烟气分析检测孔；3是脱硝装置入口烟气分析系统；4是氨逃逸检测系统；5是脱硝装置出口烟气分析系统；6是数据采集器；7是工控机。

具体实施方式

本实施例一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置如图1所示，装置包括脱硝装置入口烟气分析系统3、氨逃逸检测系统4、脱硝装置出口烟气分析系统5、数据采集器6和工控机7。

首先，确立监控的某层催化剂。利用评估方法的装置对新初装时的该层催化剂进行催化剂活性和脱氮潜力指标进行检测，并计算得到总P值。然后在脱硝装置日常运行中实时采集该层催化剂的活性和脱氮潜力指标值的变化情况，并计算得到随系统运行时间变化的P值；最后，通过跟踪这些数据的变化，可对催化剂剩余使用寿命作出一个合理的预测和使SCR装置操作者能更好地及时计划对催化剂的更换或再生工作，以确保催化剂层总P值在SCR装置正常运行所需最低P值之上，从而使脱硝装置保持良好地运行。

方法中所需的催化剂活性和脱氮潜力指标值可按如下步骤进行推算：

①关于催化剂层活性的计算

催化剂活性就是指催化氨与氮氧化物反应的综合能力。催化剂的活性以常数K来表示，它主要由烟气的物化组成、烟气温度、烟气流速和催化剂性能等来决定。

其数学表达式为：

K—活性系数；V_cat－催化剂体积(m³)；V_rf—烟气流量,湿基(m³/h)；

A—催化剂比表面积(m²/m³)；η—N O转化率；α—氨氮摩尔比(NH₃/NOx)。

其中NO_x,before,NO_x,after—某一层催化剂入口、出口处折算到标准状态、干基、6％O₂下的NO_x浓度(mg/m³)；

M_NO2、M_NH3—NO₂、NH₃的摩尔质量，g/mol,C_NOx—折算到标准状态、干基、6％O₂下的SCR反应器某一层入口烟气中NO_x浓度(mg/m³)

K值越大，代表催化剂的活性越大，脱氮能力就越强。

②关于催化剂层脱氮潜力指标的计算和催化剂使用寿命的评估

脱氮潜力指标用P表示。

其数学表达式：

其中，A—催化剂比表面积(m²/m³)，V—通过该催化剂层的烟气流量,湿基(m³/h)。

在SCR脱硝装置新初装催化剂层时，对某一层催化剂进行脱氮潜力指标测量，计算出初装新催化剂层总P值。然后随着SCR脱硝装置运行，通过对该催化剂层的在线监测装置参数进行实时分析，自动计算出P值和总P值随系统运行时间变化趋势图，通过跟踪这些数据的变化，可对催化剂使用寿命作出一个合理的预测和使SCR装置操作者能更好地及时计划对催化剂的更换或再生工作，以确保催化剂层总P值在SCR装置正常运行所需最低P值之上，从而使脱硝装置保持良好地运行。

Claims (8)

1.一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法，其特征在于，所述方法步骤如下：

(1)采集脱硝装置某层催化剂入口和出口处所需的在线监测数据，计算该层催化剂的活性指标，催化剂的活性以活性系数K表示：

$K=-\frac{1}{V_{cat}}\·\frac{Vrf}{A}\·ln(1-\frac{\mathrm{\η}}{\mathrm{\α}})$

K为活性系数；V_cat为催化剂体积，单位为m³；V_rf为烟气流量，湿基，单位为m³/h；A为催化剂比表面积，单位为m²/m³；η为NO转化率；α为氨氮摩尔比，单位为NH₃/NOx；

其中，M_NO2为NO₂的摩尔质量，M_NH3为NH₃的摩尔质量，单位为g/mol；C_NOx为折算到标准状态、干基、6％O₂下的SCR反应器某一层入口烟气中NO_x浓度，单位为mg/m³；NO_x,before和NO_x,after分别为某一层催化剂入口、出口处折算到标准状态、干基、6％O₂下的NO_x浓度，单位为mg/m³；

(2)计算该层脱氮潜力指标，根据催化剂脱氮潜力指标值变化情况来评估催化剂的剩余寿命；

脱氮潜力指标P：P＝K/AV，

其中，A为催化剂比表面积，单位为m²/m³；V为通过该催化剂层的烟气流量，湿基，单位为m³/h；K为活性系数。

2.根据权利要求1所述一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法，其特征在于，所述在线监测数据包括烟气流量、烟气温度、SO₂、NOx、NO和O₂。

3.根据权利要求1所述一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法，其特征在于，所述K值越大，代表催化剂的活性越大，脱氮能力就越强。

4.一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置，其特征在于，所述装置包括氨逃逸检测系统、脱硝装置入口烟气分析系统、脱硝装置出口烟气分析系统，数据采集器和工控机；所述脱硝装置入口烟气分析系统从脱硝装置上部的烟气分析检测孔进行烟气抽取，经分析后数据送至数据采集器；所述脱硝装置出口烟气分析系统从脱硝装置中下部的烟气分析检测孔进行烟气抽取，经分析后数据送至数据采集器；所述氨逃逸检测系统从脱硝装置中下部的烟气分析检测孔进行烟气抽取，经分析后数据送至数据采集器；所述数据采集器输出端连接工控机。

5.根据权利要求4所述一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置，其特征在于，所述烟气分析系统，是由一套烟气抽取处理装置和烟气成分检测装置组成；实时检测烟气中的O₂、SO₂、NOx、烟气温度和烟气流速；所述脱硝装置入口烟气分析系统分析检测烟气中的O₂、SO₂、NOx、烟气温度和烟气流速；脱硝装置出口烟气分析系统分析检测烟气中的O₂、SO₂和NOx。

6.根据权利要求4所述一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置，其特征在于，所述氨逃逸检测系统，由多套烟气抽取装置和一套氨浓度检测装置组成，采用抽取式激光光谱吸收法对烟气中氨浓度进行在线检测，是一套多点式监测系统，可以在脱硝装置各层催化剂前后设置多个烟气抽取点，然后通过烟气抽取装置将采集到的烟气送至检测装置中进行实时检测分析。

7.根据权利要求4所述一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置，其特征在于，所述数据采集器用于脱硝装置在线监测数据收集，并将监测数据传输至工控机实现远程监控。

8.根据权利要求4所述一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线监测装置，其特征在于，所述工控机内设软件对在线监测数据进行自动统计，计算出所需催化剂层的实时P值与总P值的关系，并描出随各层催化剂层性能随脱硝装置运行时间的变化趋势图；通过跟踪这些数据的变化，可对催化剂使用寿命作出一个合理的预测和使SCR装置操作者能更好地及时计划对催化剂的更换或再生工作，以确保催化剂层总P值在SCR装置正常运行所需最低P值之上，从而使脱硝装置保持良好地运行。