本發(fā)明涉及一種火電廠脫硝催化劑使用壽命的在線評估方法，屬火電廠煙氣脫硝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮氧化物(NOx)作為燃煤電廠排放的主要污染物之一，給環(huán)境和人類健康帶來了嚴(yán)重的不良影響。選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)由于高效可靠，是當(dāng)前控制火電廠煙氣NOx排放的主流工藝技術(shù)?！笆濉币詠?，隨著國家對火電廠環(huán)保要求的日益提高，針對電廠NOx排放標(biāo)準(zhǔn)提出了新要求，SCR脫硝技術(shù)在國內(nèi)燃煤電廠中得到廣泛應(yīng)用。脫硝系統(tǒng)的關(guān)鍵部件—SCR脫硝催化劑，其性能對脫硝系統(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)備投運時間的增加，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脫硝催化劑性能會逐漸降低。同時，脫硝催化劑購置費一般攤至每年占脫硝裝置運行成本的70％以上，而其在3～5年后失活，需要對其進(jìn)行再生或更換新的催化劑。因此開展火電廠脫硝催化劑壽命管理工作對催化劑進(jìn)行有效管理有利于提高燃煤電廠脫硝系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行并進(jìn)一步延長脫硝催化劑的使用壽命和降低運行成本。目前煙氣脫硝在國內(nèi)尚屬新興環(huán)保領(lǐng)域，運行經(jīng)驗不足，電廠對催化劑壽命評價缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗和理論依據(jù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，為了監(jiān)測脫硝催化劑的性能，掌握催化劑剩余使用壽命，便于火電廠能從經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化角度準(zhǔn)確決策對使用一定時間后的脫硝催化劑進(jìn)行再生或更換，本發(fā)明公開一種火電廠脫硝催化劑使用壽命的在線評估方法。
實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，基于脫硝催化劑使用壽命主要通過催化劑的活性來判斷，當(dāng)催化劑的活性下降到一定程度時就可認(rèn)定催化劑失效應(yīng)當(dāng)進(jìn)行重新更換或再生修復(fù)。
本發(fā)明一種火電廠脫硝催化劑使用壽命的在線評估方法，首先要求在脫硝裝置入口安裝煙氣流量、煙氣溫度測量儀和出口處安裝氨逃逸測量儀，然后在脫硝裝置每層催化劑前后均安裝NO和O2測量儀，最后將在線測量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至工控機(jī),利用專用軟件計算出當(dāng)前脫硝催化劑的活性和脫氮潛力指標(biāo)，并根據(jù)催化劑脫氮潛力指標(biāo)值變化情況來判別催化劑的剩余壽命。
所述方法步驟如下：
(1)采集脫硝裝置某層催化劑入口和出口處所需的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。
計算該層催化劑的活性指標(biāo)。催化劑活性就是指催化氨與氮氧化物反應(yīng)的綜合能力。催化劑的活性以常數(shù)K來表示，它主要由煙氣的物化組成、煙氣溫度、煙氣流速和催化劑性能等來決定。
其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
K—活性系數(shù)；Vcat－催化劑體積(m3)；Vrf—煙氣流量,濕基(m3/h)；
A—催化劑比表面積(m2/m3)；η—NO轉(zhuǎn)化率；α—氨氮摩爾比(NH3/NOx)。
其中，MNO2、MNH3—NO2、NH3的摩爾質(zhì)量，g/mol,CNOx—折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6％O2下的SCR反應(yīng)器某一層入口煙氣中NOx濃度(mg/m3)；
NOx,before,NOx,after—某一層催化劑入口、出口處折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6％O2下的NOx濃度(mg/m3)；
K值越大，代表催化劑的活性越大，脫氮能力就越強(qiáng)。
(2)計算該層脫氮潛力指標(biāo)，根據(jù)催化劑脫氮潛力指標(biāo)值變化情況來評估催化劑的剩余壽命。
脫氮潛力指標(biāo)P描述某層催化劑脫氮潛力。
P＝K/AV，A—催化劑比表面積(m2/m3)，V—通過該催化劑層的煙氣流量,濕基(m3/h)。
在SCR脫硝裝置新初裝催化劑層時，對某一層催化劑進(jìn)行脫氮潛力指標(biāo)測量，計算出初裝新催化劑層總P值。然后隨著SCR脫硝裝置運行，通過對該催化劑層的在線監(jiān)測裝置參數(shù)進(jìn)行實時分析，自動計算出P值和總P值隨系統(tǒng)運行時間變化趨勢圖，通過跟蹤這些數(shù)據(jù)的變化，可對催化劑使用壽命作出一個合理的預(yù)測和使SCR裝置操作者能更好地及時計劃對催化劑的更換或再生工作，以確保催化劑層總P值在SCR裝置正常運行所需最低P值之上，從而使脫硝裝置保持良好地運行。
所述方法通過下述裝置實現(xiàn)一種火電廠脫硝催化劑使用壽命的在線評估方法。一種火電廠脫硝催化劑使用壽命的在線監(jiān)測裝置包括氨逃逸檢測系統(tǒng)、脫硝裝置入口煙氣分析系統(tǒng)、脫硝裝置出口煙氣分析系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器和工控機(jī)。
所述脫硝裝置入口煙氣分析系統(tǒng)從脫硝裝置上部的煙氣分析檢測孔進(jìn)行煙氣抽取，經(jīng)分析后數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)采集器；所述脫硝裝置出口煙氣分析系統(tǒng)從脫硝裝置中下部的煙氣分析檢測孔進(jìn)行煙氣抽取，經(jīng)分析后數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)采集器；所述氨逃逸檢測系統(tǒng)從脫硝裝置中下部的煙氣分析檢測孔進(jìn)行煙氣抽取，經(jīng)分析后數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)采集器；所述數(shù)據(jù)采集器輸出端連接工控機(jī)。
所述氨逃逸檢測系統(tǒng)，由多套煙氣抽取裝置和一套氨濃度檢測裝置組成，采用抽取式激光光譜吸收法對煙氣中氨濃度進(jìn)行在線檢測，是一套多點式監(jiān)測系統(tǒng)，可以在脫硝裝置各層催化劑前后設(shè)置多個煙氣抽取點，然后通過煙氣抽取裝置將采集到的煙氣送至檢測裝置中進(jìn)行實時檢測分析。
所述煙氣分析系統(tǒng)，是由一套煙氣抽取處理裝置和煙氣成分檢測裝置組成，可以實時檢測煙氣中的O2、SO2、NOx、煙氣溫度和煙氣流速等。所述方法中脫硝裝置入口煙氣分析系統(tǒng)可以分析檢測煙氣中的O2、SO2、NOx、煙氣溫度和煙氣流速等，脫硝裝置出口煙氣分析系統(tǒng)主要分析檢測煙氣中的O2、SO2和NOx等。
所述數(shù)據(jù)采集器用于脫硝裝置在線監(jiān)測數(shù)據(jù)收集，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至工控機(jī)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時通過工控機(jī)內(nèi)設(shè)軟件對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行自動統(tǒng)計計算出所需催化劑層的實時P值與總P值的關(guān)系，并描出隨各層催化劑層性能隨脫硝裝置運行時間的變化趨勢圖。
本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明用于火電廠SCR脫硝裝置催化劑層使用壽命的在線評估方法，在火電廠SCR脫硝裝置不停運時，通過在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)對脫硝催化劑使用壽命進(jìn)行實時評估，該評估方法具有不需要脫硝裝置停運時取出催化劑塊進(jìn)行性能分析的優(yōu)勢，便于運行人員及時了解催化劑活性性能變化情況，并可對催化劑使用壽命作出一個合理的預(yù)測和使SCR裝置運行維護(hù)者能更好地及時計劃對催化劑的更換或再生工作。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實現(xiàn)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1是脫硝裝置的催化劑層；2是煙氣分析檢測孔；3是脫硝裝置入口煙氣分析系統(tǒng)；4是氨逃逸檢測系統(tǒng)；5是脫硝裝置出口煙氣分析系統(tǒng)；6是數(shù)據(jù)采集器；7是工控機(jī)。
具體實施方式
本實施例一種火電廠脫硝催化劑使用壽命的在線監(jiān)測裝置如圖1所示，裝置包括脫硝裝置入口煙氣分析系統(tǒng)3、氨逃逸檢測系統(tǒng)4、脫硝裝置出口煙氣分析系統(tǒng)5、數(shù)據(jù)采集器6和工控機(jī)7。
首先，確立監(jiān)控的某層催化劑。利用評估方法的裝置對新初裝時的該層催化劑進(jìn)行催化劑活性和脫氮潛力指標(biāo)進(jìn)行檢測，并計算得到總P值。然后在脫硝裝置日常運行中實時采集該層催化劑的活性和脫氮潛力指標(biāo)值的變化情況，并計算得到隨系統(tǒng)運行時間變化的P值；最后，通過跟蹤這些數(shù)據(jù)的變化，可對催化劑剩余使用壽命作出一個合理的預(yù)測和使SCR裝置操作者能更好地及時計劃對催化劑的更換或再生工作，以確保催化劑層總P值在SCR裝置正常運行所需最低P值之上，從而使脫硝裝置保持良好地運行。
方法中所需的催化劑活性和脫氮潛力指標(biāo)值可按如下步驟進(jìn)行推算：
①關(guān)于催化劑層活性的計算
催化劑活性就是指催化氨與氮氧化物反應(yīng)的綜合能力。催化劑的活性以常數(shù)K來表示，它主要由煙氣的物化組成、煙氣溫度、煙氣流速和催化劑性能等來決定。
其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
K—活性系數(shù)；Vcat－催化劑體積(m3)；Vrf—煙氣流量,濕基(m3/h)；
A—催化劑比表面積(m2/m3)；η—N O轉(zhuǎn)化率；α—氨氮摩爾比(NH3/NOx)。
其中NOx,before,NOx,after—某一層催化劑入口、出口處折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6％O2下的NOx濃度(mg/m3)；
MNO2、MNH3—NO2、NH3的摩爾質(zhì)量，g/mol,CNOx—折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、干基、6％O2下的SCR反應(yīng)器某一層入口煙氣中NOx濃度(mg/m3)
K值越大，代表催化劑的活性越大，脫氮能力就越強(qiáng)。
②關(guān)于催化劑層脫氮潛力指標(biāo)的計算和催化劑使用壽命的評估
脫氮潛力指標(biāo)用P表示。
其數(shù)學(xué)表達(dá)式：
其中，A—催化劑比表面積(m2/m3)，V—通過該催化劑層的煙氣流量,濕基(m3/h)。
在SCR脫硝裝置新初裝催化劑層時，對某一層催化劑進(jìn)行脫氮潛力指標(biāo)測量，計算出初裝新催化劑層總P值。然后隨著SCR脫硝裝置運行，通過對該催化劑層的在線監(jiān)測裝置參數(shù)進(jìn)行實時分析，自動計算出P值和總P值隨系統(tǒng)運行時間變化趨勢圖，通過跟蹤這些數(shù)據(jù)的變化，可對催化劑使用壽命作出一個合理的預(yù)測和使SCR裝置操作者能更好地及時計劃對催化劑的更換或再生工作，以確保催化劑層總P值在SCR裝置正常運行所需最低P值之上，從而使脫硝裝置保持良好地運行。