CN113593656B - 一种scr催化剂性能评价及寿命预估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，包括如下步骤：确定催化剂的氨逃逸阈值；对当前时间催化剂进行检测试验，得到当前实际氨逃逸值，并对催化剂的初始性能进行评估；对催化剂运行设定时间后的氨逃逸值进行预估计算；催化剂运行设定时间后进行检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值，并对催化剂在设定时间的性能进行评估；综合两次比较结果，对催化剂的性能进行评估；根据设定时间的氨逃逸实测值，计算剩余运行寿命预估值。本发明可及时分析催化剂性能优劣的原因并采取相应措施，通过对催化剂寿命进行预估可提前制定检修计划，为SCR催化剂的实际运行过程提供依据，防止提前更换催化剂造成损失，同时保证了机组的环保性能符合要求。
Description
技术领域
本发明属于SCR脱硝催化剂技术领域，具体涉及一种SCR催化剂性能评价及寿命预估方法。
背景技术
在当前燃煤电厂深度减排的要求下，脱硝反应器一般按照3层或者3层以上方式布置SCR催化剂。当整体催化剂性能无法满足设计要求，需要根据催化剂检测结果进行加装、换装新催化剂或者对失活催化剂再生处理等。
根据SCR脱硝反应公式，在充足的氨氮摩尔比条件下，脱硝效率的高低只是体现了催化剂的本征能力，但由于过量喷氨产生的逃逸氨会与烟气中的三氧化硫生成硫酸氢铵，而硫酸氢铵对机组下游冷端设备以及煤灰品质等影响巨大，因此在一定条件下可以认为SCR烟气脱硝技术就是在完成氮氧化物排放要求下的控制氨技术。
作为SCR脱硝技术的核心，对催化剂化学性能的有效检测和评价是燃煤机组安全运行的重要保障，当前催化剂的脱硝性能评价方法主要有：单层活性评价法、整体催化剂脱硝效率-氨逃逸法。催化剂活性是在设计烟气条件(温度、烟气量)下SCR催化剂的测试结果的表征值，是用于评价催化剂性能变化的相对值。整体催化剂脱硝效率-氨逃逸法是将催化剂按照设计布置层数进行中试实验台检测评估，利于排除反应器流场均匀性、喷氨均匀性等外在因素影响，但该方法对催化剂的检测是单一时间点的性能检测，无法对催化剂的性能和寿命进行评价及预估，导致不能及时对催化剂采取相应措施。
发明内容
本发明的目的是提供一种SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，用于解决当前评价方法无法对催化剂性能和寿命进行及时评估的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，包括如下步骤：
S1：获取待评价催化剂的设计寿命T0；确定所述的催化剂的氨逃逸阈值
S2：对当前时间所述的催化剂进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到当前实际氨逃逸值并根据所述的催化剂的氨逃逸阈值/>和当前实际氨逃逸值/>对所述的催化剂的初始性能进行比较评估；
S3：对所述的催化剂运行设定时间t后的氨逃逸值进行预估计算，得到设定时间的氨逃逸预估值
S4：所述的催化剂运行设定时间t后，再进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值根据设定时间的氨逃逸预估值/>和设定时间的氨逃逸实测值对所述的催化剂在设定时间t的性能进行比较评估；
S5：根据S2和S4的比较结果，对所述的催化剂的性能进行评估，分析所述的催化剂性能优劣的原因并采取措施；根据设定时间的氨逃逸实测值计算剩余运行寿命预估值ΔT，并制定检修计划。
优选地，在S1中，所述的氨逃逸阈值为试验统计的所述的催化剂氨逃逸数据的平均值。
优选地，在S1中，所述的催化剂为：多层新催化剂串联、或者新催化剂和在役催化剂组合、或者再生后初次检测的催化剂。
优选地，在S2中，所述的催化剂的初始性能的比较评估为：若大于/>则所述的催化剂的初始性能较差，若/>小于等于/>则所述的催化剂的初始性能良好。
优选地，在S3中，所述的设定时间t小于设计寿命T0。
优选地，在S3中，所述的设定时间的氨逃逸预估值为：
其中：
为设定时间的氨逃逸预估值，单位为μL/L，
t为设定时间，单位为h。
优选地，在S4中，所述的催化剂在设定时间t的比较评估为：若大于等于/>则实际劣化速率慢于设计劣化速率，所述的催化剂的性能良好，若/>小于/>则实际劣化速率快于设计劣化速率，所述的催化剂的性能较差。
优选地，在S5中，所述的催化剂的性能评估包括：
(1)若且/>所述的催化剂的初始性能较差，但实际劣化速率慢于设计劣化速率，则所述的催化剂满足设计要求，原因为存在煤质改变情况或电厂实际运行管理良好，措施为进行固定周期取样检测，并根据检测结果进行催化剂加装、换装或者再生，
(2)若且/>所述的催化剂的初始性能较差，且实际劣化速率快于设计劣化速率，则所述的催化剂本身存在质量问题，原因为催化剂为掺废料的劣等催化剂或催化剂实际体积量不足，措施为要求催化剂厂家进行催化剂更换，
(3)若且/>所述的催化剂的初始性能良好，且实际劣化速率慢于设计劣化速率，则所述的催化剂性能良好，原因为催化剂为优质催化剂，措施为计算剩余可运行时间，避免提前更换催化剂造成损失，
(4)若且/>所述的催化剂的初始性能良好，但实际劣化速率快于设计劣化速率，则所述的催化剂本身不存在质量问题，原因为机组SCR脱硝设备存在低负荷运行或燃煤条件发生变化导致劣化加速，措施为对燃煤条件、SCR装置流程均匀性、喷氨均匀性进行评估，防止再次发生。
优选地，在S5中，所述的剩余运行寿命预估值ΔT为：
ΔT＝T0-T，
T＝9576+13158′In(CNH3,2)，
其中：
ΔT为剩余运行寿命预估值，单位为h，
T0为设计寿命，单位为h，
T纠正运行时间，单位为h。
优选地，在S5中，若剩余运行寿命预估值ΔT小于0，则所述的催化剂提前失活，应及时进行催化剂加装或换装或再生。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过对催化剂的性能进行评价，可及时分析催化剂性能优劣的原因并采取相应措施，通过对催化剂寿命进行预估，可提前制定检修计划，为SCR催化剂的实际运行过程提供依据，防止提前更换催化剂造成巨大的经济损失，且保证了机组的环保性能符合要求。
附图说明
附图1为本实施例的试验统计的催化剂氨逃逸数据图；
附图2为本实施例的设定时间的氨逃逸预估值计算公式的拟合图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，具体包括如下步骤：
S1：
获取待评价催化剂的设计寿命T0，待评价催化剂为多层新催化剂串联、或者新催化剂和在役催化剂组合、或者再生后初次检测的催化剂；
确定催化剂的氨逃逸阈值氨逃逸阈值/>为在实验室进行试验统计的催化剂氨逃逸数据的平均值，在统计时应去除不合理的偏高数值后再计算平均值。
S2：
对当前时间催化剂进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到当前实际氨逃逸值并根据催化剂的氨逃逸阈值/>和当前实际氨逃逸值/>对催化剂的初始性能进行比较评估，具体而言：
(1)若当前实际氨逃逸值大于氨逃逸阈值/>则催化剂的初始性能较差；
(2)若当前实际氨逃逸值小于等于氨逃逸阈值/>则催化剂的初始性能良好。
S3：
对催化剂运行设定时间t后的氨逃逸值进行预估计算，设定时间t应小于设计寿命T0，得到设定时间的氨逃逸预估值设定时间的氨逃逸预估值/>的计算公式通过试验数据拟合得到，如图2所示，具体而言：
其中：
为设定时间的氨逃逸预估值，单位为μL/L，
t为设定时间，单位为h。
S4：
催化剂运行设定时间t后，再进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值根据设定时间的氨逃逸预估值/>和设定时间的氨逃逸实测值/>对催化剂在设定时间t的性能进行比较评估。具体而言：
(1)若设定时间的氨逃逸预估值大于等于设定时间的氨逃逸实测值/>则实际劣化速率慢于设计劣化速率，催化剂的性能良好；
(2)若设定时间的氨逃逸预估值小于设定时间的氨逃逸实测值/>则实际劣化速率快于设计劣化速率，催化剂的性能较差。
S5：
根据S2和S4的比较结果，对催化剂的性能进行评估，分析催化剂性能优劣的原因并采取措施，具体而言：
(1)若当前实际氨逃逸值大于氨逃逸阈值/>且设定时间的氨逃逸预估值大于等于设定时间的氨逃逸实测值/>催化剂的初始性能较差，但实际劣化速率慢于设计劣化速率，则催化剂满足设计要求，原因为存在煤质改变情况或电厂实际运行管理良好，措施为进行固定周期取样检测，并根据检测结果进行催化剂加装、换装或者再生；
(2)若当前实际氨逃逸值大于氨逃逸阈值/>且设定时间的氨逃逸预估值小于设定时间的氨逃逸实测值/>催化剂的初始性能较差，且实际劣化速率快于设计劣化速率，则催化剂本身存在质量问题，原因为催化剂为掺废料的劣等催化剂或催化剂实际体积量不足，措施为要求催化剂厂家进行催化剂更换；
(3)若当前实际氨逃逸值小于等于氨逃逸阈值/>且设定时间的氨逃逸预估值/>大于等于设定时间的氨逃逸实测值/>催化剂的初始性能良好，且实际劣化速率慢于设计劣化速率，则催化剂性能良好，原因为催化剂为优质催化剂，措施为计算剩余可运行时间，避免提前更换催化剂造成损失；
(4)若当前实际氨逃逸值小于等于氨逃逸阈值/>且设定时间的氨逃逸预估值/>小于设定时间的氨逃逸实测值/>催化剂的初始性能良好，但实际劣化速率快于设计劣化速率，则催化剂本身不存在质量问题，原因为机组SCR脱硝设备存在低负荷运行或燃煤条件发生变化导致劣化加速，措施为对燃煤条件、SCR装置流程均匀性、喷氨均匀性进行评估，防止再次发生。
根据设定时间的氨逃逸实测值计算剩余运行寿命预估值ΔT，并制定检修计划，若剩余运行寿命预估值ΔT小于0，则催化剂提前失活，应及时进行催化剂加装或换装或再生，具体而言：
ΔT＝T0-T，
T＝9576+13158′In(CNH3,2)，
其中：
ΔT为剩余运行寿命预估值，单位为h，
T0为设计寿命，单位为h，
T纠正运行时间，单位为h。
实施例一：
某电厂300MW燃煤机组初装的2层催化剂，对其进行性能评价和寿命预估，具体包括如下步骤：
S1：待评价催化剂的设计寿命T0为24000h，催化剂在24000h时的氨逃逸设计指标为3μL/L；如图1所示，确定催化剂的氨逃逸阈值为0.8μL/L；
S2：对当前时间催化剂进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到当前实际氨逃逸值为1.0μL/L，大于氨逃逸阈值/>的0.8μL/L，因此该催化剂的初始性能较差。
S3：对催化剂运行设定时间t后的氨逃逸值进行预估计算，设定时间t为16000h，得到设定时间的氨逃逸预估值为1.6μL/L；
S4：催化剂运行设定时间后，再进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值为2.3μL/L，则设定时间的氨逃逸预估值/>小于设定时间的氨逃逸实测值/>实际劣化速率快于设计劣化速率，催化剂在设定时间的性能较差；
S5：根据S2和S4的比较结果，当前实际氨逃逸值为1.0μL/L，大于氨逃逸阈值该催化剂的初始性能较差，设定时间的氨逃逸预估值/>为1.6μL/L，小于设定时间的氨逃逸实测值/>的2.3μL/L，实际劣化速率快于设计劣化速率，因此可判断催化剂实际运行时间小设计寿命；计算得到纠正运行时间T为20535h，剩余运行寿命预估值ΔT为3465h，应根据计算结果提前制定加装或者换装计划。
实施例二：
某电厂600MW燃煤机组初装的3层催化剂，对其进行性能评价和寿命预估，具体包括如下步骤：
S1：待评价催化剂的设计寿命T0为24000h，催化剂在24000h时的氨逃逸设计指标为3μL/L；如图1所示，确定催化剂的氨逃逸阈值为0.8μL/L；
S2：对当前时间催化剂进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到当前实际氨逃逸值为1.2μL/L，大于氨逃逸阈值/>的0.8μL/L，因此该催化剂的初始性能较差。
S3：对催化剂运行设定时间t后的氨逃逸值进行预估计算，设定时间t为21000h，得到设定时间的氨逃逸预估值为2.4μL/L；
S4：催化剂运行设定时间后，再进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值为1.9μL/L，则设定时间的氨逃逸预估值/>大于设定时间的氨逃逸实测值/>实际劣化速率慢于设计劣化速率，催化剂在设定时间的性能良好；
S5：根据S2和S4的比较结果，当前实际氨逃逸值为1.2μL/L，大于氨逃逸阈值的0.8μL/L，该催化剂的初始性能较差，设定时间的氨逃逸预估值/>为2.4μL/L，大于设定时间的氨逃逸实测值/>的1.9μL/L，实际劣化速率慢于设计劣化速率，因此可判断催化剂满足设计要求，原因为存在煤质改变情况或电厂实际运行管理良好，措施为进行固定周期取样检测，并根据检测结果进行催化剂加装、换装或者再生；计算得到纠正运行时间T为18022h，剩余运行寿命预估值ΔT为5978h，催化剂实际运行时间超过设计寿命时间，可延后催化剂更换或者再生的提效计划。
实施例三：
某电厂350MW燃煤机组初装的2层催化剂，对其进行性能评价和寿命预估，具体包括如下步骤：
S1：待评价催化剂的设计寿命T0为24000h，催化剂在24000h时的氨逃逸设计指标为3μL/L；如图1所示，确定催化剂的氨逃逸阈值为0.8μL/L；
S2：对当前时间催化剂进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到当前实际氨逃逸值为0.8μL/L，等于氨逃逸阈值/>的0.8μL/L，因此该催化剂的初始性能良好。
S3：对催化剂运行设定时间t后的氨逃逸值进行预估计算，设定时间t为4500h，得到设定时间的氨逃逸预估值为0.7μL/L；
S4：催化剂运行设定时间后，再进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值为3.2μL/L，则设定时间的氨逃逸预估值/>小于设定时间的氨逃逸实测值/>实际劣化速率快于设计劣化速率，催化剂在设定时间的性能较差；
S5：根据S2和S4的比较结果，当前实际氨逃逸值为0.8μL/L，等于氨逃逸阈值的0.8μL/L，该催化剂的初始性能良好，设定时间的氨逃逸预估值/>为0.7μL/L，小于设定时间的氨逃逸实测值/>的3.2μL/L，实际劣化速率快于设计劣化速率，因此可判断催化剂异常失活；计算得到纠正运行时间T为24880h，剩余运行寿命预估值ΔT为-881h，催化剂提前失活，应根据计算结果查找失活原因并尽快进行催化剂更换检修计划。经SCR催化剂理化分析及现场调研，确定机组采用高砷煤，建议电厂调整设计寿命或者采取延缓催化剂砷中毒的措施，最大限度延长催化剂使用寿命。
实施例四：
某电厂660MW燃煤机组初装的3层催化剂，对其进行性能评价和寿命预估，具体包括如下步骤：
S1：待评价催化剂的设计寿命T0为24000h，催化剂在24000h时的氨逃逸设计指标为3μL/L；如图1所示，确定催化剂的氨逃逸阈值为0.8μL/L；
S2：对当前时间催化剂进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到当前实际氨逃逸值为0.7μL/L，小于氨逃逸阈值/>的0.8μL/L，因此该催化剂的初始性能良好。
S3：对催化剂运行设定时间t后的氨逃逸值进行预估计算，设定时间t为20000h，得到设定时间的氨逃逸预估值为2.2μL/L；
S4：催化剂运行设定时间后，再进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值为3.5μL/L，则设定时间的氨逃逸预估值/>小于设定时间的氨逃逸实测值/>实际劣化速率快于设计劣化速率，催化剂的性能较差；
S5：根据S2和S4的比较结果，当前实际氨逃逸值为0.7μL/L，小于氨逃逸阈值的0.8μL/L，该催化剂的初始性能良好，设定时间的氨逃逸预估值/>为2.2μL/L，小于设定时间的氨逃逸实测值/>的3.5μL/L，实际劣化速率快于设计劣化速率，因此可判断当前催化剂不能满足设计性能要求；计算得到纠正运行时间T为29367h，剩余运行寿命预估值ΔT为-5367h，应根据计算和实测结果提前制定催化剂再生、更换等提效计划。经SCR脱硝反应器现场勘查，发现反应器内出现大面积的积灰情况，取样催化剂堵孔率达到30％以上，建议电厂加强SCR脱硝设备的吹灰频次，避免催化剂劣化过快。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：获取待评价催化剂的设计寿命T0；确定所述的催化剂的氨逃逸阈值所述的氨逃逸阈值/>为试验统计的所述的催化剂氨逃逸数据的平均值，
S2：对当前时间所述的催化剂进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到当前实际氨逃逸值并根据所述的催化剂的氨逃逸阈值/>和当前实际氨逃逸值/>对所述的催化剂的初始性能进行比较评估，所述的催化剂的初始性能的比较评估为：若/>大于/>则所述的催化剂的初始性能较差，若/>小于等于/>则所述的催化剂的初始性能良好，
S3：对所述的催化剂运行设定时间t后的氨逃逸值进行预估计算，得到设定时间的氨逃逸预估值所述的设定时间的氨逃逸预估值/>为：
其中：
为设定时间的氨逃逸预估值，单位为μL/L，
t为设定时间，单位为h，
S4：所述的催化剂运行设定时间t后，再进行脱硝效率-氨逃逸检测试验，得到设定时间的氨逃逸实测值根据设定时间的氨逃逸预估值/>和设定时间的氨逃逸实测值对所述的催化剂在设定时间t的性能进行比较评估，所述的催化剂在设定时间t的比较评估为：若/>大于等于/>则实际劣化速率慢于设计劣化速率，所述的催化剂的性能良好，若/>小于/>则实际劣化速率快于设计劣化速率，所述的催化剂的性能较差，
S5：根据S2和S4的比较结果，对所述的催化剂的性能进行评估；根据设定时间的氨逃逸实测值计算剩余运行寿命预估值DT，
所述的剩余运行寿命预估值DT为：
DT＝T0-T，
T＝9576+13158′In(CNH3，2)，
其中：
DT为剩余运行寿命预估值，单位为h，
T0为设计寿命，单位为h，
T纠正运行时间，单位为h。
2.根据权利要求1所述的SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，其特征在于：在S1中，所述的催化剂为：多层新催化剂串联、或者新催化剂和在役催化剂组合、或者再生后初次检测的催化剂。
3.根据权利要求1所述的SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，其特征在于：在S3中，所述的设定时间t小于设计寿命T0。
4.根据权利要求1所述的SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，其特征在于：在S5中，所述的催化剂的性能评估包括：
(1)若且/>所述的催化剂的初始性能较差，但实际劣化速率慢于设计劣化速率，则所述的催化剂满足设计要求，
(2)若且/>所述的催化剂的初始性能较差，且实际劣化速率快于设计劣化速率，则所述的催化剂本身存在质量问题，
(3)若且/>所述的催化剂的初始性能良好，且实际劣化速率慢于设计劣化速率，则所述的催化剂性能良好，
(4)若且/>所述的催化剂的初始性能良好，但实际劣化速率快于设计劣化速率，则所述的催化剂本身不存在质量问题。
5.根据权利要求1所述的SCR催化剂性能评价及寿命预估方法，其特征在于：在S5中，若剩余运行寿命预估值DT小于0，则所述的催化剂提前失活。
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