CN110580936B - 中低温scr脱硝催化剂的寿命预测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法及系统，属于大气污染物脱硝管理领域，以解决目前方法无法在线预测、存在一定局限性及不适于中低温SCR脱硝催化剂的问题。包括采集脱硝系统在当前工况下的环境数据；对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理；获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，并将催化剂特性参数写入中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库；基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度；根据计算结果及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，将预测结果传输至企业的显示系统进行显示。

Description

中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法及系统
技术领域
本发明涉及大气污染物脱硝管理技术领域，尤其涉及一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法及系统。
背景技术
随着我国经济的迅速发展，能源消耗量与日俱增，所以由能源消耗引起的大气污染环境问题也愈来愈突出，受到人们的普遍关注。大气污染已成为我国的主要环境问题之一。大气污染物的主要排放源减排重点是电力行业及钢铁厂、水泥厂等非电企业。NOx减排的主流技术是选择性催化还原(SCR)技术，该技术的核心是SCR催化剂。非电企业领域的窑炉或设备的排烟温度大多低于250℃，该种工况环境下只能使用中低温脱硝催化剂。目前，中低温SCR催化剂脱硝技术的应用是一项非常复杂的工程，面临众多工程问题需要解决。中低温SCR脱硝催化剂使用的关键因素是SO2的含量，SO2在SCR体系中被氧化为SO3，而SO3可以和NH3反应生成NH4HSO4，这是一种粘稠物质，在低于露点温度时，NH4HSO4可能在催化剂表面附着，使催化剂活性降低，甚至堵塞反应器。中低温SCR催化剂的置换费用较常规SCR催化剂高很多，脱硝系统的运行成本很大程度上取决于催化剂的使用寿命，催化剂的使用寿命又决定于催化剂活性的衰减速度。鉴于以上中低温脱硝催化剂的运行工况的恶劣性和严苛性，相比较常规脱硝催化剂，对中低温脱硝催化剂的使用寿命进行评价预测管理显得更为重要。
目前，常规高温脱硝催化剂寿命预测方法主要有：(1)锅炉停炉后对催化剂进行取样分析脱硝效率和催化活性。(2)通过烟气分析仪直接测定SCR反应器入口和出口的NOx浓度，根据NOx浓度变化确定脱硝效率的变化情况。以上第一种方法存在锅炉必须停机的缺点，无法有效在线分析预测催化剂使用寿命。第二种方法无法有效评估反应器内不同催化剂层的催化活性失活情况，存在很大的局限性。中国专利CN107103176A报道了一种燃煤锅炉SCR催化剂寿命评价方法，提出了一种针对燃煤锅炉烟气使用的高温SCR脱硝催化剂寿命评价方法，由于中低温SCR催化剂使用工况与常规高温催化剂的不同，中低温SCR催化剂使用环境更容易导致催化活性丧失，因而该专利中的方法也不适用于对中低温SCR脱硝催化剂的寿命进行预测。
综上，目前对SCR脱硝催化剂的寿命进行预测的方法存在无法有效在线分析预测催化剂的使用寿命、因无法有效评估反应器内不同催化剂层的催化活性失活情况而存在一定的局限性及不适用于对中低温SCR脱硝催化剂的寿命进行预测等缺点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，其包括如下步骤：
S1，采集脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征、脱硝系统不同位置区域在当前工况下的烟气浓度数据及脱硝系统的烟气工况参数，得到脱硝系统在当前工况下的环境数据；
S2，对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理；
S3，获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，并将催化剂特性参数写入中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库；
S4，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度；
S5，根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，并将预测结果传输至企业的显示系统进行显示。
可选地，所述S2在对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理，包括：
采用拉依达准则对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理。
可选地，所述S4中，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性，包括：
通过如下公式计算i层催化剂层的催化剂活性：
Ki＝0.5VALn MR/[(MR-η)(1-η)]
其中，Ki为i层催化剂层的催化剂活性，m/h；VA为烟气流经i层催化剂层催化剂的面积速度，m/h；MR为i层催化剂层的烟气中氨气与氮氧化物摩尔比；η为i层催化剂层的NOx脱除率。
可选地，所述S4中，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度，包括：
通过如下公式计算i层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度：
Figure BDA0002194681200000031
其中，Ti1为i层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度，℃；
Figure BDA0002194681200000032
为i层催化剂层的烟气中水汽的体积百分比；/>
Figure BDA0002194681200000033
为i层催化剂层的烟气中SO3的体积百分比。
可选地，所述S4中，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，包括：
通过如下公式计算i层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度：
Figure BDA0002194681200000034
其中，Ti2为i层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，℃；
Figure BDA0002194681200000035
为i层催化剂层的烟气中NH3的体积百分比；/>
Figure BDA0002194681200000036
为i层催化剂层的烟气中SO3的体积百分比。
可选地，所述中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库中存储有中低温SCR脱硝催化剂的催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线、催化剂活性寿命参考曲线、催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线、催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线和催化剂特性参数，催化剂特性参数包括催化剂使用体积、催化剂比表面积、催化剂S转化率、催化剂已运行时间和当前工况温度下催化剂的运行时间。
可选地，所述S5中，根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，包括：
S51，将各层催化剂层的催化剂活性与催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性进行比对，如果任一层催化剂层的催化剂活性低于催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性，则确定该层催化剂层的催化剂的活性寿命到期，该层催化剂层的催化剂剩余寿命为0；如果任一层催化剂层的催化剂活性高于催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性，则执行S52；
S52，将各层催化剂层的当前工况烟气温度、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度进行比对，比对结果包括如下三种情况：
如果任一层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度＜当前工况烟气温度，则确定该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命参考曲线，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)，L为催化剂活性寿命参考曲线中的最大活性寿命，Y为催化剂已运行时间；
如果任一层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况烟气温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，则确定该层催化剂层的催化剂使用受NH4HSO4腐蚀，该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)×(100-α)/100，α为NH4HSO4腐蚀寿命衰减率，其中，NH4HSO4腐蚀寿命衰减率根据催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线及当前工况温度下催化剂的运行时间确定；
如果任一层催化剂层的当前工况烟气温度＜当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，则确定该层催化剂层的催化剂使用受酸和NH4HSO4腐蚀，该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)×(100-β)/100，β为酸腐蚀寿命衰减率，其中，酸腐蚀寿命衰减率根据催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线及当前工况温度下催化剂的运行时间确定；
S53，根据脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征建立各层催化剂层的烟气流场分布模型，根据催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线及各层催化剂层的烟气流场分布模型中的烟气流速的相对平均偏差确定各层催化剂层的催化剂机械强度寿命。
一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测系统，其包括数据采集单元、异常数据处理单元、处理单元、通信单元和存储单元，数据采集单元分布于脱硝系统的不同位置，数据采集单元与异常数据处理单元连接，异常数据处理单元与处理单元连接，处理单元与通信单元连接，处理单元还与存储单元连接；
数据采集单元用于采集脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征、脱硝系统不同位置区域在当前工况下的烟气浓度数据及脱硝系统的烟气参数，得到脱硝系统在当前工况下的环境数据，并将脱硝系统在当前工况下的环境数据传输至异常数据处理单元；异常数据处理单元用于对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理，并将异常化剔除处理后的环境数据发送至处理单元；处理单元用于获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，并将催化剂特性参数写入中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库，并基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，以及根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，得到预测结果；通信单元用于将预测结果传输至企业的显示系统进行显示；存储单元用于存储中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库。
可选地，所述数据采集单元至少包括NOx传感器、氧含量分析探头、烟气流量分析探头、SO2含量分析探头、NH3逃逸分析探头、气体流速分析探头、气体温度传感器和气体压力传感器。
本发明的有益效果是：
通过采集脱硝系统在当前工况下的环境数据，获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，以基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，并根据计算结果及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，提供了一种对脱硝系统的各层催化剂层的中低温SCR脱硝催化剂的寿命进行预测的方法及系统，通过该方法及系统能够有效在线分析预测催化剂的使用寿命，能够有效评估反应器内不同催化剂层的催化活性失活情况，适用范围广，能够基于催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度对中低温SCR脱硝催化剂的催化剂寿命进行准确预测。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法的流程图。
图2是催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线示意图。
图3是催化剂活性寿命参考曲线示意图。
图4是催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线示意图。
图5是催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线示意图。
图6是一种脱硝系统的组成结构示意图。
图7是本发明实施例提供的一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测系统的组成框图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，本实施例中的中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，包括如下步骤：
S1，采集脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征、脱硝系统不同位置区域在当前工况下的烟气浓度数据及脱硝系统的烟气工况参数，得到脱硝系统在当前工况下的环境数据。
其中，脱硝系统不同位置区域在当前工况下的烟气浓度数据包括NOx浓度、SO2浓度、喷氨量、压差、氨逃逸、水含量等原始数据。脱硝系统的烟气工况参数包括烟气流量、烟气温度、烟气压力值等。
S2，对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理。
可选地，所述S2在对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理时，包括但不限于采用拉依达准则来实现。通过异常化剔除处理，能够去除脱硝系统在当前工况下的环境数据中的一些噪声数据、干扰数据或无用数据，进而可以确保后续步骤中基于这些数据计算得到的催化剂活性、烟气酸露点温度和烟气NH4HSO4露点温度比较准确。
S3，获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，并将催化剂特性参数写入中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库。
催化剂特性参数包括催化剂使用体积、催化剂比表面积、催化剂S(硫)转化率、催化剂已运行时间和当前工况温度下催化剂的运行时间等，催化剂特性参数来源于催化剂生产企业，由催化剂生产企业提供。中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库中存储有中低温SCR脱硝催化剂的催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线(图2)、催化剂活性寿命参考曲线(图3)、催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线(图4)、催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线(图5)。其中，图2至图5给出的示意图为对某一企业使用的某中低温SCR脱硝催化剂的各类型参考曲线进行的举例说明。
S4，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度。
由于催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度是影响中低温SCR脱硝催化剂的重要指标，因此，本发明实施例在对中低温SCR脱硝催化剂的寿命进行预测时，提出了通过这三个指标对催化剂的寿命进行预测的方法及计算这三个指标的方法。进一步地，由于通常企业使用的脱硝系统往往会设置多层催化剂，因而本发明实施例计算了各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度。
可选地，所述S4在基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性时，对于i层催化剂层，通过如下公式(1)计算i层催化剂层的催化剂活性：
Ki＝0.5VALn MR/[(MR-η)(1-η)](1)
公式(1)中，Ki为i层催化剂层的催化剂活性，m/h；VA为烟气流经i层催化剂层催化剂的面积速度，m/h；MR为i层催化剂层的烟气中氨气与氮氧化物摩尔比；η为i层催化剂层的NOx脱除率。其中，烟气流经i层催化剂层催化剂的面积速度VA＝i层催化剂层的烟气流量/(催化剂体积×催化剂比表面积)。i层催化剂层的烟气中氨气与氮氧化物摩尔比MR为i层催化剂层所在的脱硝系统的喷氨量/i层催化剂层所在的脱硝系统入口的NOx摩尔量。i层催化剂层的NOx脱除率η为i层催化剂层所在的脱硝系统的出入口NOx含量差值占入口NOx含量的百分比。
可选地，所述S4在基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度时，对于i层催化剂层，通过如下公式(2)计算i层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度：
Figure BDA0002194681200000081
/>
公式(2)中，Ti1为i层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度，℃；
Figure BDA0002194681200000091
为i层催化剂层的烟气中水汽的体积百分比；/>
Figure BDA0002194681200000092
为i层催化剂层的烟气中SO3的体积百分比。其中，
Figure BDA0002194681200000093
层催化剂层的SO2浓度×催化剂硫转化率。
可选地，所述S4在基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度时，对于i层催化剂层，通过如下公式(3)计算i层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度：
Figure BDA0002194681200000094
公式(3)中，Ti2为i层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，℃；
Figure BDA0002194681200000095
为i层催化剂层的烟气中NH3的体积百分比；/>
Figure BDA0002194681200000096
为i层催化剂层的烟气中SO3的体积百分比。
S5，根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，并将预测结果传输至企业的显示系统进行显示。
其中，各层催化剂层的催化剂寿命包括催化剂剩余寿命和催化剂机械强度寿命。
可选地，所述S5在根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测时，包括如下步骤S51至S53。
S51，将各层催化剂层的催化剂活性与催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性进行比对，如果任一层催化剂层的催化剂活性低于催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性，则确定该层催化剂层的催化剂的活性寿命到期，该层催化剂层的催化剂剩余寿命为0；如果任一层催化剂层的催化剂活性高于催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性，则执行S52。
S52，将各层催化剂层的当前工况烟气温度、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度进行比对，比对结果包括如下三种情况：
第一种情况：如果任一层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度＜当前工况烟气温度，则确定该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命参考曲线(图3)，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)，L为催化剂活性寿命参考曲线中的最大活性寿命，Y为催化剂已运行时间。
第二种情况：如果任一层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况烟气温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，则确定该层催化剂层的催化剂使用受NH4HSO4腐蚀，该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线(图5)，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)×(100-α)/100，α为NH4HSO4腐蚀寿命衰减率，其中，NH4HSO4腐蚀寿命衰减率根据催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线及当前工况温度下催化剂的运行时间确定。
第三种情况：如果任一层催化剂层的当前工况烟气温度＜当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，则确定该层催化剂层的催化剂使用受酸和NH4HSO4腐蚀，该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线(图4)，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)×(100-β)/100，β为酸腐蚀寿命衰减率，其中，酸腐蚀寿命衰减率根据催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线及当前工况温度下催化剂的运行时间确定。由于通常情况下，酸腐蚀对催化剂活性寿命的影响比较大，因而本发明实施例中，当催化剂层的催化剂使用同时受酸和NH4HSO4腐蚀时，参考催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线确定催化剂剩余寿命。
S53，根据脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征建立各层催化剂层的烟气流场分布模型，根据催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线及各层催化剂层的烟气流场分布模型中的烟气流速的相对平均偏差确定各层催化剂层的催化剂机械强度寿命。
其中，在建立各层催化剂层的烟气流场分布模型时，可以基于脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布，利用Computer Fluid Dynamics(CFD)软件仿真脱硝系统内部各层催化剂层的烟气流场分布模型，通过各层催化剂层的烟气流场分布模型，可以获得各层催化剂层的烟气流速的相对平均偏差。
通过将预测结果传输至企业的显示系统进行显示，以为催化剂运行人员对催化剂的运行情况提供有效参考，确保企业可以对催化剂的使用寿命进行有效预测。
本发明实施例通过上述方法，提出了一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，为中低温SCR脱硝催化剂使用方提供更为合理的使用建议，对中低温脱硝催化剂使用方提供真实准确的催化剂运行活性数据及催化剂寿命评价预测具有重要的经济和社会效益。
为便于理解本发明实施例提出的方法，下面以某15MW垃圾焚烧电厂脱硝反应系统为例，介绍本发明实施例提出的中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法的具体实施步骤。对象机组SCR系统于2018年8月投入运行，已运行时间7000h即催化剂已运行时间7000h，中低温SCR脱硝催化剂布置于干法脱硫塔与烟囱引风机之间，SCR系统包含有尿素制备区、SCR反应器及进出口连接烟道。SCR反应器入口烟道布置有喷氨格栅和烟气整流板，反应器内设有两层板式低温SCR催化剂。SCR采用低尘布置方式。整个脱硝系统布置位置如图6所示。
通过本发明实施例提供的方法，图6所示的脱硝系统利用布置于SCR反应器入口烟道的热工测点1、上层催化剂和下层催化剂之间的热工测点2和SCR反应器出口烟道的热工测点3获取不同位置的NOx浓度、氨浓度含量、SO2含量值、SO3含量值、水含量和烟气量等值。向催化剂设计方获取催化剂使用体积、催化剂比表面积、催化剂S转化率和反应器截面积等数据。利用以上数据计算实际运行工况下各层催化剂层催化剂的催化剂活性、烟气酸露点温度和烟气NH4HSO4露点温度，根据计算结果匹配中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库以判断各层催化剂层的催化剂剩余寿命；另一方面，以测点1、测点2和测点3监测的烟气流速数据为依据使用Computer Fluid Dynamics(CFD)软件分析各层催化剂层的烟气流场分布模型，根据烟气流场分布模型匹配中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库，进而预测评估各层催化剂层的催化剂机械磨损情况(机械强度寿命)。具体步骤如下：
步骤一：利用测点1、测点2采集脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征为：测点1烟气流速为2.8m/s、4.6m/s、7.9m/s和7.5m/s，测点2烟气流速为5.8m/s、4.3m/s、4.5m/s和4.9m/s，使用Computer Fluid Dynamics(CFD)软件仿真催化剂内部烟气流场分布模型，计算得出流经上层催化剂层的烟气流速的相对平均偏差为15.6％，流经下层催化剂的烟气流速的相对平均偏差为12.8％。根据仿真计算结果匹配图2预测催化剂的机械磨损情况。
步骤二：利用不同测点获得烟气中不同组分浓度数据，如实施例中某垃圾焚烧电厂脱硝系统运行了7000h测得数据如下：测点1监测到NOx浓度为186mg/m3，NH3浓度为60.5mg/m3，水含量为12.6％，SO2含量为132mg/m3，SO3含量为1.9mg/m3；测点2监测到NOx浓度为27.3mg/m3，NH3浓度为4.3mg/m3，水含量为12.3％，SO2含量为125mg/m3，SO3含量为7.2mg/m3；测点3监测NOx浓度为18.5mg/m3，NH3浓度为1.8mg/m3，水含量为11.7％，SO2含量为109mg/m3，SO3含量为11.8mg/m3。通过测点1监测的烟气流量为85000Nm3/h(实际中不同测点所测的烟气流量相差不大)。
步骤三：根据测点1监测获取烟气工况参数：烟气流量为85000m3/h，烟气温度为185℃，脱硝系统在该工况温度下运行了1350h即当前工况温度下催化剂的运行时间为1350h，占机组已经运行时间的19.3％。
步骤四：向催化剂设计方获取催化剂特性参数：根据催化剂设计方提供数据如下：单层催化剂体积数为16m3，催化剂双层布置，反应器截面积为11.5m2，催化剂比表面积为523m2/m3。
步骤五：根据以上数据通过上述公式(1)计算得出，上层催化剂的催化活性性为25.1m/h，下层催化剂的催化活性为20.6m/h。
步骤六：根据以上数据通过上述公式(2)计算得出，上层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为60.6℃，下层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为55.8℃。
步骤七：根据以上数据通过上述公式(3)计算得出，上层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为170.7℃，下层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为216.5℃。
步骤八：根据以上计算结果对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，得到的预测结果如下：
(1)上层催化剂的催化剂活性为25.1m/h，下层催化剂的催化剂活性为20.6m/h，各层催化剂的催化剂活性均高于催化剂设计方提供的催化剂活性寿命参考曲线(图3)中7000h对应的催化剂活性参考值19.8m/h。
(2)根据计算结果，上层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为60.6℃，下层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为55.8℃，当前工况烟气温度为185℃。当前工况烟气温度高于不同催化剂层的烟气酸露点温度，说明催化剂运行环境良好，不受酸和NH4HSO4腐蚀影响。
(3)根据计算结果，上层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为170.7℃，下层催化剂当前工况下的烟气酸露点温度为216.5℃，当前工况烟气温度为185℃。当前工况烟气温度为高于上层催化剂层烟气NH4HSO4露点温度且低于下层催化剂烟气NH4HSO4露点温度，说明上层催化剂运行不受NH4HSO4腐蚀影响，但下层催化剂运行环境较差，下层催化剂运行受NH4HSO4腐蚀影响。
(4)鉴于上层催化剂运行环境良好，因此上层催化剂的催化剂剩余寿命可以参考催化剂设计方提供的催化剂活性寿命参考曲线(图3)，上层催化剂层的催化剂剩余寿命S为24000h减去7000h，上层催化剂层的催化剂剩余寿命为17000h；下层催化剂层由于只受NH4HSO4腐蚀影响不受酸腐蚀影响，因此下层催化剂的催化剂剩余寿命需要匹配催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线(图5)预测下层催化剂的催化剂剩余寿命，鉴于该温度工况下脱硝系统运行时间为1350h，说明下层催化剂受NH4HSO4腐蚀了1350h，匹配图5得出催化剂寿命衰减率尾47.9％，则计算得出下层催化剂层的催化剂剩余寿命为(24000-7000)×(100-47.9)/100＝8857h。
(5)催化剂机械强度寿命。根据步骤一结果流经上层催化剂层的烟气流速相对平均偏差为15.6％，流经下层催化剂层的烟气流速相对平均偏差为12.8％，匹配催化剂寿命统计数据库得出，匹配催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线(图2)预测催化剂机械强度寿命，得出上层催化剂层的催化剂机械强度寿命为43000h，下层催化剂层的催化剂机械强度寿命为47000h。
如图7所示，本发明实施例还提供了一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测系统，其包括数据采集单元、异常数据处理单元、处理单元、通信单元和存储单元，数据采集单元分布于脱硝系统的不同位置，数据采集单元与异常数据处理单元连接，异常数据处理单元与处理单元连接，处理单元与通信单元连接，处理单元还与存储单元连接；数据采集单元用于采集脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征、脱硝系统不同位置区域在当前工况下的烟气浓度数据及脱硝系统的烟气参数，得到脱硝系统在当前工况下的环境数据，并将脱硝系统在当前工况下的环境数据传输至异常数据处理单元；异常数据处理单元用于对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理，并将异常化剔除处理后的环境数据发送至处理单元；处理单元用于获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，并将催化剂特性参数写入中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库，并基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，以及根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，得到预测结果；通信单元用于将预测结果传输至企业的显示系统进行显示；存储单元用于存储中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库。
关于中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测系统的各单元执行上述方法的具体方式已在上面的实施例中进行了详细阐述，具体可参见上述实施例中的内容，此处不再赘述。
其中，所述数据采集单元至少包括NOx传感器、氧含量分析探头、烟气流量分析探头、SO2含量分析探头、NH3逃逸分析探头、气体流速分析探头、气体温度传感器和气体压力传感器。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1，采集脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征、脱硝系统不同位置区域在当前工况下的烟气浓度数据及脱硝系统的烟气工况参数，得到脱硝系统在当前工况下的环境数据；
S2，对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理；
S3，获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，并将催化剂特性参数写入中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库；
S4，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度；
S5，根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，并将预测结果传输至企业的显示系统进行显示；
所述中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库中存储有中低温SCR脱硝催化剂的催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线、催化剂活性寿命参考曲线、催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线、催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线和催化剂特性参数，催化剂特性参数包括催化剂使用体积、催化剂比表面积、催化剂S转化率、催化剂已运行时间和当前工况温度下催化剂的运行时间；
所述S5中，根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，包括：
S51，将各层催化剂层的催化剂活性与催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性进行比对，如果任一层催化剂层的催化剂活性低于催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性，则确定该层催化剂层的催化剂的活性寿命到期，该层催化剂层的催化剂剩余寿命为0；如果任一层催化剂层的催化剂活性高于催化剂活性寿命参考曲线中催化剂已运行时间对应的活性，则执行S52；
S52，将各层催化剂层的当前工况烟气温度、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度进行比对，比对结果包括如下三种情况：
如果任一层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度＜当前工况烟气温度，则确定该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命参考曲线，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)，L为催化剂活性寿命参考曲线中的最大活性寿命，Y为催化剂已运行时间；
如果任一层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况烟气温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，则确定该层催化剂层的催化剂使用受NH4HSO4腐蚀，该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)×(100-α)/100，α为NH4HSO4腐蚀寿命衰减率，其中，NH4HSO4腐蚀寿命衰减率根据催化剂活性寿命随NH4HSO4腐蚀运行时间曲线及当前工况温度下催化剂的运行时间确定；
如果任一层催化剂层的当前工况烟气温度＜当前工况下的烟气酸露点温度＜当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，则确定该层催化剂层的催化剂使用受酸和NH4HSO4腐蚀，该层催化剂层的催化剂剩余寿命匹配催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线，该层催化剂层的催化剂剩余寿命S为S＝(L-Y)×(100-β)/100，β为酸腐蚀寿命衰减率，其中，酸腐蚀寿命衰减率根据催化剂活性寿命随酸腐蚀运行时间曲线及当前工况温度下催化剂的运行时间确定；
S53，根据脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征建立各层催化剂层的烟气流场分布模型，根据催化剂机械强度寿命与流场分布相对偏差参考曲线及各层催化剂层的烟气流场分布模型中的烟气流速的相对平均偏差确定各层催化剂层的催化剂机械强度寿命。
2.根据权利要求1所述的中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，其特征在于，所述S2在对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理，包括：
采用拉依达准则对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理。
3.根据权利要求1所述的中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，其特征在于，所述S4中，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性，包括：
通过如下公式计算i层催化剂层的催化剂活性：
Ki＝0.5VALn MR/[(MR-η)(1-η)]
其中，Ki为i层催化剂层的催化剂活性，m/h；VA为烟气流经i层催化剂层催化剂的面积速度，m/h；MR为i层催化剂层的烟气中氨气与氮氧化物摩尔比；η为i层催化剂层的NOx脱除率。
4.根据权利要求1所述的中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，其特征在于，所述S4中，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度，包括：
通过如下公式计算i层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度：
Figure FDA0003921601480000041
其中，Ti1为i层催化剂层的当前工况下的烟气酸露点温度，℃；
Figure FDA0003921601480000042
为i层催化剂层的烟气中水汽的体积百分比；
Figure FDA0003921601480000043
为i层催化剂层的烟气中SO3的体积百分比。
5.根据权利要求1所述的中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测方法，其特征在于，所述S4中，基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，包括：
通过如下公式计算i层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度：
Figure FDA0003921601480000044
其中，Ti2为i层催化剂层的当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，℃；
Figure FDA0003921601480000045
为i层催化剂层的烟气中NH3的体积百分比；
Figure FDA0003921601480000046
为i层催化剂层的烟气中SO3的体积百分比。
6.一种中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测系统，其特征在于，包括数据采集单元、异常数据处理单元、处理单元、通信单元和存储单元，数据采集单元分布于脱硝系统的不同位置，数据采集单元与异常数据处理单元连接，异常数据处理单元与处理单元连接，处理单元与通信单元连接，处理单元还与存储单元连接；
数据采集单元用于采集脱硝系统不同位置区间的烟气流速分布特征、脱硝系统不同位置区域在当前工况下的烟气浓度数据及脱硝系统的烟气参数，得到脱硝系统在当前工况下的环境数据，并将脱硝系统在当前工况下的环境数据传输至异常数据处理单元；异常数据处理单元用于对脱硝系统在当前工况下的环境数据进行异常化剔除处理，并将异常化剔除处理后的环境数据发送至处理单元；处理单元用于获取中低温SCR脱硝催化剂的催化剂特性参数，并将催化剂特性参数写入中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库，并基于异常化剔除处理后的环境数据和催化剂特性参数计算各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度和当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度，以及根据各层催化剂层的催化剂活性、当前工况下的烟气酸露点温度、当前工况下的烟气NH4HSO4露点温度及中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库对各层催化剂层的催化剂寿命进行预测，得到预测结果；通信单元用于将预测结果传输至企业的显示系统进行显示；存储单元用于存储中低温SCR脱硝催化剂活性影响数据库。
7.根据权利要求6所述的中低温SCR脱硝催化剂的寿命预测系统，其特征在于，所述数据采集单元至少包括NOx传感器、氧含量分析探头、烟气流量分析探头、SO2含量分析探头、NH3逃逸分析探头、气体流速分析探头、气体温度传感器和气体压力传感器。
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