脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超低排放，主要途徑是對催化劑進(jìn)行改造，同時加大噴氨量。電廠脫硝催化劑設(shè)計使用壽命一般是3年或24000小時。隨著超低排放改造的推進(jìn)，脫硝催化劑再生、更換或加層的節(jié)點(diǎn)被提前了。
脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用主要有三塊：一是還原劑消耗;二是催化劑費(fèi)用、三是電費(fèi)。如何制定提效改造方案，發(fā)揮催化劑最大價值成為了關(guān)鍵。
一、加裝催化劑層的不利因素
脫硝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)超低排放的最普遍的做法就是催化劑加層。電廠在考慮催化劑加層時，認(rèn)為新加一層催化劑層屬原設(shè)計方案，加層后完全可達(dá)到脫硝超低排放的要求;且直到2015年下半年才有成熟的催化劑再生廠家出現(xiàn)，在此之前除加層外其它也別無選擇。但催化劑加層方案有以下不利因素：
1、SCR系統(tǒng)阻力增加
加裝備用層催化劑后，脫硝反應(yīng)器阻力增加(約200Pa),導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)電耗增加(廠用電率增加0.04%-0.07%)，運(yùn)行費(fèi)用高。
2、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率升高
脫硝催化劑既能夠促進(jìn)NOx與NH3反應(yīng)，同時也能夠促進(jìn)SO2轉(zhuǎn)化為SO3。一般來說脫硝系統(tǒng)的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率要求不高于1%。增加備用層催化劑，系統(tǒng)的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率就會增加，三層催化劑運(yùn)行系統(tǒng)的SO2/SO3轉(zhuǎn)化率很難保證在1%以內(nèi)，導(dǎo)致下游空預(yù)器易堵塞等。
3、催化劑再生次數(shù)降低
一般催化劑機(jī)械壽命為10年，如果達(dá)到24000小時化學(xué)壽命就進(jìn)行再生，那么這批催化劑可再生3-4次;如果沒有進(jìn)行再生，而是選擇加層后等到整體脫硝效率達(dá)不到設(shè)計值時再進(jìn)行再生，那么催化劑的再生次數(shù)將對應(yīng)減少。以運(yùn)行5年為例，那么催化劑最多只能再生2次，這樣就沒有發(fā)揮出催化劑TiO2基材的最大價值。加層增加了原有2層催化劑的機(jī)械磨損，不利于今后的再生。
二、催化劑更換原則---潛能Potentail
催化劑潛能P公式：
K——催化劑活性，m/h;AV——催化劑面速度,m/h。
催化劑活性是催化劑產(chǎn)品的一個綜合性表征值，取決于催化劑的材料組分、幾何結(jié)構(gòu)以及流動條件等。AV表示單位可視面積單位時間內(nèi)對應(yīng)的煙氣體積。因此潛能P是催化劑層總體性能的表征值。
每個脫硝效率都有相對應(yīng)的潛能P，也就是說每個反應(yīng)器都有一個最低限度的潛能要求。如24000小時內(nèi)需要滿足脫硝效率80%，那么盡管潛能是會隨著活性的衰減而衰減，但是在這段時間內(nèi)催化劑的潛能必須都要高于80%脫硝效率所對應(yīng)的潛能P。
反應(yīng)器總的潛能P總與各層催化劑的潛能Pn有如下關(guān)系：
P總=P1+P2+P3(2)
如果一個SCR系統(tǒng)想要達(dá)到某個脫硝效率，只需要保證整體潛能高于最低脫硝效率對應(yīng)的潛能。在加裝備用層催化劑之前就必須先了解目前使用中的催化劑潛能，歸根到底就是了解活性，需要對目前的運(yùn)行催化劑進(jìn)行活性檢測。
三、不加層實(shí)現(xiàn)超低排放的方法
1、制定再生方案時提高催化劑活性K，不加層。
2、用其它型式的催化劑整層更換(新的或再生的)，不加層。
3、如果以上兩種方案都無法滿足脫硝超低排放的要求，則推薦采用“二合一”催化劑更換新模式，即通過增加催化劑層的體積(新的或再生的)，不加層。
四、“二合一”催化劑更換新模式
脫硝催化劑“二合一”新模式是指將原有2層舊催化劑挑選出1層基本完好的催化劑進(jìn)行深度清灰或再生，并回裝到SCR反應(yīng)器，剩余催化劑先存放在再生工廠倉庫，同時采購更大體積的一層新催化劑(或再生工廠有合適的庫存再生催化劑)安裝至另一層，脫硝裝置長期保持2層運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)超低排放。
相比加層的方案， “二合一”更換方案都有哪些優(yōu)點(diǎn)?
首先，催化劑用量更加合理，有效控制SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。
一般來說，隨著催化劑體積數(shù)的增加，其整體使用壽命近似線性提升。然而在選擇催化劑用量時，需要考慮SO2/SO3轉(zhuǎn)化率。脫硝催化劑安裝體量過大，加上超低排放噴氨量增大，容易導(dǎo)致過高的硫酸氫銨(ABS)產(chǎn)生。
其次，更加有效利用催化劑基材，節(jié)約資源。
“二合一”更換模式下，催化劑中毒物質(zhì)得到及時的清除，并且補(bǔ)充適當(dāng)?shù)拇呋瘎┗钚晕镔|(zhì)。一般來講，催化劑基材的壽命在10年左右，在物理壽命期間內(nèi)，發(fā)揮出更多的催化作用才是節(jié)約資源的途徑。如果催化劑基材長期在病態(tài)中運(yùn)行，無法發(fā)揮其應(yīng)有作用，是對資源的浪費(fèi)。
第三，靈活補(bǔ)充催化劑，防止催化劑坍塌。
“二合一”催化劑更換模式及時更換損傷的催化劑，可以有效的遏制催化劑磨損的局部擴(kuò)圍進(jìn)而塌陷的事故發(fā)生。剩余的催化劑可以放在危廢工廠進(jìn)行儲存或全部進(jìn)行再生返回到電廠，可以有效補(bǔ)充催化劑運(yùn)行中一些催化劑。
第四，實(shí)現(xiàn)超低排放。
目前我國燃煤機(jī)組一般配有低氮燃燒器，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜紵齼?yōu)化。有些煤粉爐機(jī)組的SCR入口氮氧化物已經(jīng)低至300mg/Nm³，循環(huán)流化床甚至更低。SCR入口氮氧化物有些已經(jīng)偏離了設(shè)計值較多，這種情況下，催化劑常規(guī)的加層計劃完全可以隨之改變。“二合一”催化劑更換模式長期保持2層運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理。
第五，更加經(jīng)濟(jì)。
根據(jù)我們對兩種模式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，“二合一”新模式(長期保持2層運(yùn)行)相對加層舊模式(長期保持3層運(yùn)行)，費(fèi)用大約是后者的70%，優(yōu)勢明顯。上述經(jīng)濟(jì)性分析未考慮三層運(yùn)行對于空預(yù)器和其他后續(xù)設(shè)備造成的影響，如果加進(jìn)這部分的影響，“二合一”新模式無疑是最佳的催化劑更換方案。
五、結(jié)論
隨著脫硝超低排放時代的到來，低氮燃燒器技術(shù)不斷優(yōu)化，脫硝入口氮氧化物相對初始設(shè)計值有較大幅度降低的情況下。“二合一”新模式相對加層舊模式有著明顯的優(yōu)勢，同樣滿足超低排放要求時，長期保持2層運(yùn)行是最優(yōu)的方案。
