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摘要 :為了延長(zhǎng)燃煤電廠脫硝催化劑的使用壽命，介紹了脫硝催化劑使用及壽命管理現(xiàn)狀，結(jié)合催化劑使用全過(guò)程論述了投運(yùn)前、運(yùn)行中及后續(xù)維護(hù)過(guò)程中催化劑的壽命管理方法，總結(jié)了催化劑中毒原因并提出壽命管理建議。本文對(duì) 燃煤電廠脫硝催化劑全壽命管理模式進(jìn)行了 研究。脫硝系統(tǒng)的關(guān)鍵部件SCR脫硝催化劑，其性能對(duì)脫硝系統(tǒng)的脫硝效率和氨逃逸率具有關(guān)鍵性影響。隨著SCR脫硝設(shè)備投運(yùn)時(shí)間的增加，由于熱力燒結(jié)、堿(土)金屬中毒、砷中毒、活性組分流失、粉塵堵塞等原因，SCＲ脫硝催化劑性能會(huì)逐漸降低。因此需對(duì)催化劑進(jìn)行有效管理來(lái)確保燃煤電廠脫硝系統(tǒng)安全、持續(xù)、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一、催化劑投運(yùn)前管理

1.催化劑選擇。催化劑的選擇至關(guān)重要，應(yīng)根據(jù)電廠自身情況(煤質(zhì)灰分、煙氣和氨)對(duì)催化劑性能提出要求，最大限度滿足催化劑運(yùn)行工況。催化劑成分、形式及孔徑等在一定程度上決定了催化劑的脫硝效率。選擇性催化還原技術(shù)(SCR)催化劑活性K是能夠同時(shí)體現(xiàn)催化反應(yīng)系統(tǒng)傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)速率的綜合性特征值，其大小不僅與催化劑的本質(zhì)物化特征相關(guān)，同時(shí)受催化劑反應(yīng)系統(tǒng)諸多條件的影響，如溫度、O2濃度、水含量、煙氣速度、氨氮摩爾比等參數(shù)。

2.催化劑安裝管理。催化劑的安裝管理主要指催化劑生產(chǎn)完成后，從廠家運(yùn)輸至火電企業(yè)安裝及安裝后的性能驗(yàn)收。在運(yùn)輸、卸載及存儲(chǔ)過(guò)程中，需要防止催化劑的機(jī)械損傷，避免催化劑跌落、碰撞、震蕩。催化劑存儲(chǔ)在干燥室內(nèi)，避免接觸到雨水，環(huán)境溫度≤30℃，濕度＜90%。潮濕的環(huán)境會(huì)使催化劑表面吸潮，干燥時(shí)發(fā)生破裂，縮短壽命。催化劑的吊裝使用廠家配備的專用工具，吊裝時(shí)避免與鋼梁等堅(jiān)硬物體發(fā)生碰撞，吊裝角度不能過(guò)小，避免發(fā)生傾斜，起吊速度不宜過(guò)快，保證催化劑安全裝入反應(yīng)器內(nèi)。如新建電廠催化劑安裝時(shí)間一般選擇在點(diǎn)火吹管之后，避免大量油污、灰塵黏附在催化劑表面，引起催化劑中毒。脫硝改造安裝時(shí)，需清理干凈爐膛及脫硝反應(yīng)器內(nèi)雜物，包括粉塵，將不利因素降到最小。

二、全壽命管理模式研究

1.全壽命管理模式分析。針對(duì)當(dāng)前SCR脫硝催化劑應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，催化劑全壽命管理不僅應(yīng)確保催化劑采購(gòu)成本的集約化，還應(yīng)包括對(duì)脫硝裝置的高效性能管控，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)脫硝裝置的可靠、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此催化劑全壽命管理模式應(yīng)涵蓋催化劑全壽命周期的產(chǎn)品供貨、質(zhì)量管控、高效運(yùn)維、提效優(yōu)化、壽命管理以及報(bào)廢處置六個(gè)部分。同時(shí)催化劑全壽命管理不僅以發(fā)電企業(yè)為主體單位，還應(yīng)包括催化劑廠商與第三方技術(shù)服務(wù)單位作為責(zé)任單位，通過(guò)明確各方責(zé)任，充分發(fā)揮各方專業(yè)特長(zhǎng)，發(fā)電企業(yè)能夠獲得質(zhì)量穩(wěn)定可靠的催化劑產(chǎn)品與優(yōu)質(zhì)高效的技術(shù)服務(wù)，減少催化劑采購(gòu)成本與運(yùn)維成本，實(shí)現(xiàn)催化劑全壽命管理的效益最大化。催化劑全壽命管理模式各組成部分的內(nèi)容分析如圖1所示

產(chǎn)品供貨—責(zé)任單位為催化劑廠商，負(fù)責(zé)催化劑產(chǎn)品的選型、配方設(shè)計(jì)及生產(chǎn)，應(yīng)以提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為目的。當(dāng)前常規(guī)的催化劑采購(gòu)方式為即用即購(gòu)，一般是在催化劑性能驗(yàn)收后即完成付款，或預(yù)留10%質(zhì)保金延長(zhǎng)至一年時(shí)間，但由于催化劑化學(xué)壽命往往為3年，實(shí)際使用壽命為9年，在壽命周期內(nèi)的性能管控與剩余活性的充分利用難以有效實(shí)現(xiàn)。鑒于當(dāng)前催化劑采購(gòu)方式的弊端，全壽命管理可確定某一催化劑廠商負(fù)責(zé)一定期限內(nèi)的催化劑產(chǎn)品供應(yīng)。對(duì)于催化劑廠商而言，獲得了長(zhǎng)期穩(wěn)定的供貨訂單，可通過(guò)長(zhǎng)周期的供貨模式調(diào)整其產(chǎn)品供應(yīng)策略，以盡可能壓縮供貨成本；對(duì)于發(fā)電企業(yè)而言，可通過(guò)相關(guān)商務(wù)條款約束和激勵(lì)催化劑廠商提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。質(zhì)量管控—責(zé)任單位為第三方技術(shù)服務(wù)單位，負(fù)責(zé)按照標(biāo)準(zhǔn)方法開(kāi)展催化劑檢測(cè)評(píng)價(jià)與脫硝裝置性能驗(yàn)收，對(duì)催化劑產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行有效管控。通過(guò)客觀、公正地進(jìn)行催化劑產(chǎn)品檢測(cè)評(píng)價(jià)與脫硝裝置性能驗(yàn)收，可代替發(fā)電企業(yè)對(duì)催化劑廠商供貨質(zhì)量起到監(jiān)督、把關(guān)作用。高效運(yùn)維—責(zé)任單位為發(fā)電企業(yè)，負(fù)責(zé)按照有關(guān)規(guī)程開(kāi)展脫硝裝置高效運(yùn)維工作，確保脫硝裝置各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)處于設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，對(duì)異常運(yùn)行狀況能夠及時(shí)進(jìn)行分析判斷，對(duì)主要設(shè)備及常規(guī)故障進(jìn)行及時(shí)的檢修維護(hù)。發(fā)電企業(yè)僅須專注于本職工作，同時(shí)催化劑廠商需基于其供貨產(chǎn)品性能保證提供運(yùn)維說(shuō)明與指導(dǎo)意見(jiàn)，第三方技術(shù)服務(wù)單位需基于其技術(shù)服務(wù)提供高效運(yùn)維技術(shù)咨詢。提效優(yōu)化—責(zé)任單位為催化劑廠商，負(fù)責(zé)催化劑壽命到期或排放標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化后的催化劑添加、更換、再生等提效工作，以及針對(duì)工程遺留問(wèn)題或邊界條件出現(xiàn)重大變化所導(dǎo)致的脫硝裝置優(yōu)化改造工作。第三方技術(shù)服務(wù)單位根據(jù)其技術(shù)服務(wù)工作提供技術(shù)支撐。壽命管理—責(zé)任單位為第三方技術(shù)服務(wù)單位，負(fù)責(zé)在催化劑全壽命周期內(nèi)，提供定期的催化劑性能檢測(cè)、不定期的脫硝裝置性能評(píng)估、診斷、優(yōu)化等技術(shù)服務(wù)工作，在此基礎(chǔ)上掌握脫硝催化劑的性能狀況，及時(shí)診斷分析催化劑運(yùn)行異常并提出針對(duì)性解決措施，預(yù)測(cè)催化劑壽命趨勢(shì)并制定催化劑加裝/更換/再生等管理方案，為催化劑提效優(yōu)化提供技術(shù)支撐與指導(dǎo)，從而最大化利用催化劑活性，延長(zhǎng)催化劑使用壽命。報(bào)廢處置—責(zé)任單位為催化劑廠商，負(fù)責(zé)按照國(guó)家有關(guān)要求對(duì)報(bào)廢催化劑進(jìn)行無(wú)害化處置。當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)管理體系尚未規(guī)范、完善，發(fā)電企業(yè)對(duì)其重要性認(rèn)識(shí)不足，通過(guò)明確責(zé)任單位，由專業(yè)廠商開(kāi)展催化劑報(bào)廢處置，能夠有效地規(guī)避環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

2.全壽命管理模式應(yīng)用效果分析。通過(guò)上述分析，可根據(jù)近年來(lái)發(fā)展過(guò)程將催化劑管理模式分為以下幾類：早期管理模式—主要應(yīng)對(duì)環(huán)保達(dá)標(biāo)排放以及技改工程限期治理要求，在早期大規(guī)模工程改造以及催化劑市場(chǎng)供不應(yīng)求的形勢(shì)下，僅僅是單純粗放式的工程階段設(shè)備“買+裝”模式，缺乏對(duì)催化劑產(chǎn)品質(zhì)量的管控?，F(xiàn)行管理模式—鑒于早期管理模式在工程投運(yùn)后產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，近年來(lái)發(fā)電企業(yè)對(duì)催化劑質(zhì)量加強(qiáng)了管控，初步形成了“買+檢+裝+不定期檢”的模式，但由于缺乏連續(xù)性與整體性考慮，未能充分調(diào)動(dòng)各方單位的參與度，責(zé)任單位往往在于發(fā)電企業(yè)，相關(guān)工作開(kāi)展較為被動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)催化劑全壽命周期的采購(gòu)質(zhì)量、運(yùn)行壽命以及脫硝運(yùn)維成本的有效管控。全壽命管理模式—鑒于早期以及當(dāng)前催化劑管理模式的上述弊端，從產(chǎn)品供貨、質(zhì)量管控、高效運(yùn)維、提效優(yōu)化、壽命管理以及報(bào)廢處置六個(gè)部分實(shí)施系統(tǒng)、完善、操作性強(qiáng)的催化劑全壽命管理，并分別明確各部分的責(zé)任單位，能夠有效提升脫硝裝置運(yùn)行可靠性，減少檢修維護(hù)工作量，延長(zhǎng)催化劑壽命，除主動(dòng)發(fā)生必要的提效優(yōu)化與壽命管理技術(shù)服務(wù)費(fèi)用外，催化劑消耗、處置成本以及脫硝裝置運(yùn)維成本均能夠得到有效控制，且能夠有效避免由于空預(yù)器清洗、鍋爐降出力甚至停機(jī)、脫硫廢水增加、粉煤灰銷售受限等間接經(jīng)濟(jì)損失，因此能夠產(chǎn)生顯著的環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益。

在當(dāng)前煤電機(jī)組全面推進(jìn)超低排放以及環(huán)保設(shè)施進(jìn)入精細(xì)化運(yùn)維的形勢(shì)下，現(xiàn)有催化劑管理模式已無(wú)法滿足SCR脫硝裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性要求，開(kāi)展脫硝催化劑全壽命管理工作已勢(shì)在必行。催化劑全壽命管理不僅應(yīng)確保催化劑采購(gòu)成本的集約化，還應(yīng)包括對(duì)脫硝裝置的高效性能管控，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)脫硝裝置的可靠、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。