燃煤電廠脫硝催化劑全壽命管理模式研究

摘要：在當(dāng)前燃煤電廠全面推進(jìn)超低排放的形勢下，scr脫硝裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性問題日益凸顯，而開展脫硝催化劑全壽命管理工作是解決這一問題的關(guān)鍵所在。針對當(dāng)前國內(nèi)催化劑市場、脫硝裝置運(yùn)維、第三方服務(wù)現(xiàn)狀，提出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)廢處置的全壽命管理模式。通過明確全壽命管理各階段責(zé)任單位，實(shí)施相應(yīng)的質(zhì)量控制、運(yùn)行維護(hù)、評估優(yōu)化技術(shù)，可充分發(fā)揮各方單位的專業(yè)特長，實(shí)現(xiàn)脫硝裝置穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，產(chǎn)生顯著的環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：scr；脫硝；催化劑；全壽命管理

0引言

“十二五”以來，燃煤電廠開展了大規(guī)模的脫硝改造與超低排放改造工作，其中scr脫硝技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。環(huán)保工程公司陸續(xù)通過引進(jìn)、吸收、消化國外scr脫硝技術(shù)，建成了大量scr脫硝裝置，相應(yīng)裝配了大量scr脫硝催化劑。但由于改造任務(wù)集中、技術(shù)經(jīng)驗(yàn)缺乏、主要設(shè)備質(zhì)量管控不到位、脫硝催化劑質(zhì)量良蕎不齊、發(fā)電企業(yè)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)與能力不足等原因，部分工程實(shí)施過程中隱藏的問題已在投運(yùn)后逐漸顯現(xiàn)，諸如催化劑磨損、堵灰嚴(yán)重、流場分布不均勻、性能指標(biāo)不能達(dá)到設(shè)計(jì)值、空預(yù)器堵塞腐蝕等問題已屢見不鮮，部分問題由于暴露時(shí)間較晚，對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行形成較大影響，并造成了較為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在當(dāng)前燃煤電廠全面推進(jìn)超低排放的形勢下，對scr脫硝裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求，而對scr脫硝的核心—催化劑進(jìn)行全壽命周期管控是關(guān)鍵所在。在此背景形勢下，針對當(dāng)前脫硝催化劑應(yīng)用過程中存在的問題，在進(jìn)行大量調(diào)研分析與論證的基礎(chǔ)上，對適應(yīng)我國脫硝應(yīng)用現(xiàn)狀的催化劑全壽命管理模式進(jìn)行研究與應(yīng)用，可供后續(xù)開展相關(guān)工作借鑒及進(jìn)一步探討。

1全壽命管理模式研究

1 .1全壽命管理模式分析

針對當(dāng)前scr脫硝催化劑應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題，催化劑全壽命管理不僅應(yīng)確保催化劑采購成本的集約化，還應(yīng)包括對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，通過明確各方責(zé)任，充分發(fā)揮各方專業(yè)特長，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)的催化劑采購方式為即用即購，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)。對于催化劑廠商而言，獲得了長期穩(wěn)定的供貨訂單，可通過長周期的供貨模式調(diào)整其產(chǎn)品供應(yīng)策略，以盡可能壓縮供貨成本;對于發(fā)電企業(yè)而言，可通過相關(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)方法開展催化劑檢測評價(jià)與脫硝裝置性能驗(yàn)收，對催化劑產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行有效管控。通過客觀、公正地進(jìn)行催化劑產(chǎn)品檢測評價(jià)與脫硝裝置性能驗(yàn)收，可代替發(fā)電企業(yè)對催化劑廠商供貨質(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)，對異常運(yùn)行狀況能夠及時(shí)進(jìn)行分析判斷，對主要設(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)維說明與指導(dǎo)意見，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，以及針對工程遺留問題或邊界條件出現(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、不定期的脫硝裝置性能評估、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)行異常并提出針對性解決措施，預(yù)測催化劑壽命趨勢并制定催化劑加裝/ 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)按照國家有關(guān)要求對報(bào)廢催化劑進(jìn)行無害化處置。當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)管理體系尚未規(guī)范、完善，發(fā)電企業(yè)對其重要性認(rèn)識(shí)不足，通過明確責(zé)任單位，由專業(yè)廠商開展催化劑報(bào)廢處置，能夠有效地規(guī)避環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 全壽命管理模式應(yīng)用效果分析

通過上述分析，可根據(jù)近年來發(fā)展過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供不應(yīng)求的形勢下，僅僅是單純粗放式的工程階段設(shè)備“買+ 裝”模式，缺乏對催化劑產(chǎn)品質(zhì)量的管控。現(xiàn)行管理模式—鑒于早期管理模式在工程投運(yùn)后產(chǎn)生的一系列問題，近年來發(fā)電企業(yè)對催化劑質(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)工作開展較為被動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)對催化劑全壽命周期的采購質(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，如表1 所示，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。

2全壽命管理模式效益分析

全壽命管理模式實(shí)施后，能夠提升脫硝裝置運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，進(jìn)而可以有效的控制火電機(jī)組nox排放量。另外通過延長催化劑的實(shí)際使用壽命可減少催化劑的更換量，進(jìn)而可減少廢棄催化劑的處置量，因此具有良好的環(huán)保效益。

此外，催化劑全壽命管理成本如式1所示。

式中，ac為催化劑全壽命管理成本(萬元);n為催化劑壽命周期(年);ct為第t期催化劑采購成本(萬元);cc為催化劑消耗成本(萬元);cs為催化劑報(bào)廢處置成本(萬元);r為還原劑成本(萬元);e為電耗成本，主要對應(yīng)脫硝裝置與空預(yù)器阻力(萬元);w為水耗成本，對應(yīng)尿素制氨除鹽水消耗(萬元);s為汽耗成本，對應(yīng)液氨蒸發(fā)、尿素水解、管道保溫等蒸汽消耗(萬元);d為提效優(yōu)化成本，對應(yīng)脫硝裝置提效及優(yōu)化改造費(fèi)用(萬元);m為催化劑壽命管理技術(shù)服務(wù)成本，對應(yīng)定期催化劑檢測評價(jià)、定期脫硝裝置性能評估、不定期診斷及優(yōu)化、脫硝運(yùn)維與催化劑管理技術(shù)咨詢等技術(shù)服務(wù)(萬元)。

以某1000mw機(jī)組為例，假設(shè)能夠?qū)⒋呋瘎┗瘜W(xué)壽命由3年延長至3.5年、節(jié)約還原劑耗量5%、降低脫硝及空預(yù)器運(yùn)行阻力300pa，則可年節(jié)約催化劑成本50萬元、還原劑成本40萬元、能耗(水、電、汽耗)成本160萬元，總計(jì)可節(jié)約脫硝運(yùn)行成本250萬元/年。假設(shè)國內(nèi)某發(fā)電集團(tuán)192臺(tái)77770mw scr脫硝機(jī)組催化劑統(tǒng)一實(shí)施全壽命管理模式后，基于當(dāng)前運(yùn)行現(xiàn)狀，通過折算對應(yīng)裝機(jī)的催化劑采購成本、還原劑消耗成本、能耗成本，如表2所示，可節(jié)約脫硝運(yùn)行費(fèi)用約1.63億元/年。因此全壽命管理模式實(shí)施后，將能夠有效提升脫硝裝置運(yùn)行可靠性、減少脫硝裝置運(yùn)行成本。

3結(jié)語

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)人精細(xì)化運(yùn)維的形勢下，現(xiàn)有催化劑管理模式已無法滿足scr脫硝裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性要求，開展脫硝催化劑全壽命管理工作已勢在必行。催化劑全壽命管理不僅應(yīng)確保催化劑采購成本的集約化，還應(yīng)包括對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，六部分既相互串聯(lián)、又相互融合。催化劑廠商負(fù)責(zé)催化劑全壽命周期的產(chǎn)品供貨、提效優(yōu)化及報(bào)廢處置，第三方技術(shù)服務(wù)單位為發(fā)電企業(yè)提供催化劑質(zhì)量管控與催化劑壽命管理技術(shù)服務(wù)，發(fā)電企業(yè)專注于脫硝運(yùn)維。如此，能夠充分發(fā)揮各方單位的專業(yè)特長且操作性較強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)催化劑全壽命管理效益最大化，產(chǎn)生顯著的環(huán)保效益、安全效益以及經(jīng)濟(jì)效益。