燃煤电站中低温型脱硝催化剂的实测性能分析

余侨荣 彭权华

氮氧化物（N认）是对环境及人体均有严重影响的污染物，随着社会发展以及工业化的推进，NO排放量逐年递增。我国约80%的NO排放来自于煤炭燃烧，电力行业是我国煤炭消耗的巨头，因此控制燃煤机组NO排放是经济生态和谐发展的必然选择。我国火电机组技术较成熟、使用较普遍的脱硝技术为选择性催化还原脱硝法（SCR），其脱硝效率可达85%以上。催化剂是SCR系统的核心部件，燃煤机组常用的中高温型催化剂反应温度窗口约为280～420℃，在机组启、停以及大幅度调峰烟温较低时，这种催化剂无法投用，此时机组排放的NO严重超标。鉴于此，本文介绍一种已成功投用在一台350MW燃煤机组的中低温型催化剂（温度窗口：180℃～420℃），通过脱硝性能试验分析该催化剂的运行特点，并对其应用前景做出展望。

一、设备概况

广东省某钢铁厂的350MW自备燃煤发电2号机组锅炉系型号为：DG1164.49/17.5-Ⅱ 21，中间一次再热、燃煤汽包锅炉，单炉膛Ⅱ型布置，四角切圆燃烧，尾部双烟道，固态排渣，平衡通风，露天布置，全钢架悬吊结构，自然循环锅炉。该锅炉助燃油为0号轻柴油，设计煤种为神府电煤，同时具备掺烧高炉煤气、焦炉煤气及转炉煤气的能力。锅炉按纯燃煤和燃煤掺烧20%高炉煤气设计，最大可掺烧30%高炉煤气。

该机组建设同期配套建有1套SCR脱硝系统，每套脱硝系统配置2台脱硝反应器，每台反应器设置3层催化剂。原中高温型催化剂采用VO-WO/TiO，反应温度窗口在285℃～420℃之间，当锅炉起、停大幅度调峰时，烟气温度会下降至220℃～260℃左右，此时脱硝系统无法投入。为实现全负荷脱硝，2018年2号机组大修期间将SCR的3层催化剂更换为一种以蜂窝状TiO为载体，负载贵重稀土及过渡簇金属的复合高活性体的中低温型催化剂，可使脱硝系统可在180～420℃范围内长期运行，具备全负荷NO排放≤50mgNm的能力。

为保证脱硝系统的气流分布、设备组力、框架承载力等因素与设计相符，新催化剂保持模块孔数、孔径、壁厚、密度、模块结构形式等参数与旧催化剂一致，新旧催化剂设计参数如表1所示：

二、试验数据与分析

（一）两种催化剂的性能对比

两种催化剂投运后均进行了脱硝系统性能试验，在相同工况下两种催化剂的运行数据如表2.表3所示：

由表2可见，中高温型催化剂可在机组260～350MW负荷段下，控制脱硝出口NO浓度在50mg/Nm以内，且脱硝效率可达80%以上，性能尚可;中低溫型催化剂可在机组并网后的全负荷段下，控制脱硝系统出口NO浓度在50mg/Nm以下，其中锅炉点火初期，烟温180℃时，脱硝效率可达80%，当入口烟温195℃以上时，出口NOx可控在35mg/Nm3以下且脱硝效率高达88%。

由表3可见，两催化剂各工况下的阻力相近，均未超过各自技术协议的保证值;脱硝入口烟温285℃以上的相同工况下，两催化剂氨逃逸较接近，均在3ppm以内;SO/SO转化率中低温型略高于中高温型，但仍在设计范围之内。

试验结果表明：中低温型较中高温型反应不但拥有更宽的反应温度窗口，且脱硝效率更高，氨逃逸及SO/SO转化率均符合设计要求，实现了机组并网后全负荷段高效脱硝的效果。

（二）新催化剂运行问题分析

性能试验的整体测试数据显示新催化剂各技术指标均基本满足设计要求，但从机组长久运行的角度分析，仍有部分问题值得重视。

1.低烟温工况局部氨逃逸较高

根据试验实测的原始数据显示：中低温型催化剂在脱硝入口平均烟温达180℃时，虽实测脱硝出口平均氨逃逸低于3ppm，但烟道局部仍存在氨逃逸高于3ppm的点，其中A侧固定端及B侧扩建端在4.5ppm左右。经分析得知，出现该问题的原因在于低温工况炉膛火焰充满度不佳，导致脱硝入口烟气温度场分布不均，脱硝入口平均烟温达180℃时，但局部烟温却仅有130℃，远低于催化剂最低反应温度，故使脱硝出口局部氨逃逸较高。

故在锅炉点火初期，应充分燃烧调整，确保脱硝入口截面烟温均在180℃后，再投入脱硝系统，以防局部过量的氨气与烟气中的SO反应生成具有粘附性及腐蚀性的硫酸氢铵（ABS），携带飞灰堵塞并腐蚀空预器受热面，影响设备的安全运行。

2.中低温型催化剂吸附还原剂时间较长

脱硝系统首次投用，催化剂表面必须充分吸附喷入反应器的还原剂后，方可发生选择性脱硝反应。新催化剂虽然物理性质与原催化剂基本保持一致，但从使用情况反映新催化剂的吸附时间明显增加。机组冷态启动投入脱硝系统，在保持还原剂用量控制与原催化剂相同的条件下，新催化剂将机组排放NO控制到排放标准内（≤50mg/Nm）所需要的时间增加了约30min。同时，在锅炉燃料切换或运行方式调整导致NO大幅变化时，由于催化剂吸附时间增加使脱硝系统控制惯性大，还原剂用量需要用更长的时间进行调整。

还原剂量的控制必须满足NO排放合格并且使氨逃逸率尽可能低，同时还要保障催化剂不应还原剂量控制不当而发生中毒。因此，中低温型催化剂还须通过优化试验寻找还原剂最佳控制方式，完善脱硝自动控制系统，使脱硝系统环保性和安全性之间达到平衡，进一步提高全负荷脱硝的质量。

三、结论

大气污染治理是全球的重点项目，我国大气污染物的排放要求也将会愈发严格，燃煤机组强制实现全负荷脱硝是工业发展的必然趋势。本文所介绍的中低温型催化剂在节能减排的大环境下，具有广阔的应用前景。从首个使用该脱硝催化剂的350MW燃煤机组运行情况可见，该机组成功实现全负荷脱硝，且脱硝系统各性能参数均满足设计要求，还原剂的控制匹配性虽然不足，但仍有较大的优化空间。整体而言，该新型中低温催化剂的设计与应用均取得了成功，攻克了燃煤电站锅炉中高温型催化剂在低负荷无法投入的技术难题，为同类型机组脱硝技术提供了良好的借鉴。

作者简介：余侨荣（1991-），男，本科，助理工程师，任职于广州粤能电力科技开发有限公司，主要研究方向为电站锅炉调试及试验工作;彭权华（1990-），男，本科，助理工程师，任职于广州粤能电力科技开发有限公司，主要研究方向为电站锅炉调试及试验工作。