燃煤電廠脫硝催化劑全壽命管理模式研究
摘要：在當前燃煤電廠全面推進超低排放的形勢下，scr脫硝裝置運行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性問題日益凸顯，而開展脫硝催化劑全壽命管理工作是解決這一問題的關鍵所在。針對當前國內(nèi)催化劑市場、脫硝裝置運維、第三方服務現(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、高效運維、提效優(yōu)化、壽命管理以及報廢處置的全壽命管理模式。通過明確全壽命管理各階段責任單位，實施相應的質(zhì)量控制、運行維護、評估優(yōu)化技術，可充分發(fā)揮各方單位的專業(yè)特長，實現(xiàn)脫硝裝置穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行，產(chǎn)生顯著的環(huán)保效益與經(jīng)濟效益。
關鍵詞：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脫硝技術應用最為廣泛。環(huán)保工程公司陸續(xù)通過引進、吸收、消化國外scr脫硝技術，建成了大量scr脫硝裝置，相應裝配了大量scr脫硝催化劑。但由于改造任務集中、技術經(jīng)驗缺乏、主要設備質(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)運維經(jīng)驗與能力不足等原因，部分工程實施過程中隱藏的問題已在投運后逐漸顯現(xiàn)，諸如催化劑磨損、堵灰嚴重、流場分布不均勻、性能指標不能達到設計值、空預器堵塞腐蝕等問題已屢見不鮮，部分問題由于暴露時間較晚，對機組安全穩(wěn)定運行形成較大影響，并造成了較為嚴重的經(jīng)濟損失。在當前燃煤電廠全面推進超低排放的形勢下，對scr脫硝裝置運行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性提出了更高的要求，而對scr脫硝的核心—催化劑進行全壽命周期管控是關鍵所在。在此背景形勢下，針對當前脫硝催化劑應用過程中存在的問題，在進行大量調(diào)研分析與論證的基礎上，對適應我國脫硝應用現(xiàn)狀的催化劑全壽命管理模式進行研究與應用，可供后續(xù)開展相關工作借鑒及進一步探討。
1全壽命管理模式研究
1 .1全壽命管理模式分析
針對當前scr脫硝催化劑應用現(xiàn)狀及存在問題，催化劑全壽命管理不僅應確保催化劑采購成本的集約化，還應包括對脫硝裝置的高效性能管控，在此基礎上實現(xiàn)脫硝裝置的可靠、高效、經(jīng)濟運行，因此催化劑全壽命管理模式應涵蓋催化劑全壽命周期的產(chǎn)品供貨、質(zhì)量管控、高效運維、提效優(yōu)化、壽命管理以及報廢處置六個部分。同時催化劑全壽命管理不僅以發(fā)電企業(yè)為主體單位，還應包括催化劑廠商與第三方技術服務單位作為責任單位，通過明確各方責任，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)高效的技術服務，減少催化劑采購成本與運維成本，實現(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—責任單位為催化劑廠商，負責催化劑產(chǎn)品的選型、配方設計及生產(chǎn)，應以提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品為目的。當前常規(guī)的催化劑采購方式為即用即購，一般是在催化劑性能驗收后即完成付款，或預留10%質(zhì)保金延長至一年時間，但由于催化劑化學壽命往往為3年，實際使用壽命為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現(xiàn)。鑒于當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責一定期限內(nèi)的催化劑產(chǎn)品供應。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，可通過相關商務條款約束和激勵催化劑廠商提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
質(zhì)量管控—責任單位為第三方技術服務單位，負責按照標準方法開展催化劑檢測評價與脫硝裝置性能驗收，對催化劑產(chǎn)品的質(zhì)量進行有效管控。通過客觀、公正地進行催化劑產(chǎn)品檢測評價與脫硝裝置性能驗收，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、把關作用。
高效運維—責任單位為發(fā)電企業(yè)，負責按照有關規(guī)程開展脫硝裝置高效運維工作，確保脫硝裝置各項運行參數(shù)處于設計范圍內(nèi)，對異常運行狀況能夠及時進行分析判斷，對主要設備及常規(guī)故障進行及時的檢修維護。發(fā)電企業(yè)僅須專注于本職工作，同時催化劑廠商需基于其供貨產(chǎn)品性能保證提供運維說明與指導意見，第三方技術服務單位需基于其技術服務提供高效運維技術咨詢。
提效優(yōu)化—責任單位為催化劑廠商，負責催化劑壽命到期或排放標準發(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)重大變化所導致的脫硝裝置優(yōu)化改造工作。第三方技術服務單位根據(jù)其技術服務工作提供技術支撐。
壽命管理—責任單位為第三方技術服務單位，負責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)化等技術服務工作，在此基礎上掌握脫硝催化劑的性能狀況，及時診斷分析催化劑運行異常并提出針對性解決措施，預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)化提供技術支撐與指導，從而最大化利用催化劑活性，延長催化劑使用壽命。
報廢處置—責任單位為催化劑廠商，負責按照國家有關要求對報廢催化劑進行無害化處置。當前國內(nèi)相關管理體系尚未規(guī)范、完善，發(fā)電企業(yè)對其重要性認識不足，通過明確責任單位，由專業(yè)廠商開展催化劑報廢處置，能夠有效地規(guī)避環(huán)保風險。
1.2 全壽命管理模式應用效果分析
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—主要應對環(huán)保達標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求的形勢下，僅僅是單純粗放式的工程階段設備“買+ 裝”模式，缺乏對催化劑產(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)動各方單位的參與度，責任單位往往在于發(fā)電企業(yè)，相關工作開展較為被動，難以實現(xiàn)對催化劑全壽命周期的采購質(zhì)量、運行壽命以及脫硝運維成本的有效管控。
全壽命管理模式—鑒于早期以及當前催化劑管理模式的上述弊端，從產(chǎn)品供貨、質(zhì)量管控、高效運維、提效優(yōu)化、壽命管理以及報廢處置六個部分實施系統(tǒng)、完善、操作性強的催化劑全壽命管理，并分別明確各部分的責任單位，如表1 所示，能夠有效提升脫硝裝置運行可靠性，減少檢修維護工作量，延長催化劑壽命，除主動發(fā)生必要的提效優(yōu)化與壽命管理技術服務費用外，催化劑消耗、處置成本以及脫硝裝置運維成本均能夠得到有效控制，且能夠有效避免由于空預器清洗、鍋爐降出力甚至停機、脫硫廢水增加、粉煤灰銷售受限等間接經(jīng)濟損失，因此能夠產(chǎn)生顯著的環(huán)保效益與經(jīng)濟效益。
2全壽命管理模式效益分析
全壽命管理模式實施后，能夠提升脫硝裝置運行穩(wěn)定性與可靠性，進而可以有效的控制火電機組nox排放量。另外通過延長催化劑的實際使用壽命可減少催化劑的更換量，進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，主要對應脫硝裝置與空預器阻力(萬元);w為水耗成本，對應尿素制氨除鹽水消耗(萬元);s為汽耗成本，對應液氨蒸發(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，對應脫硝裝置提效及優(yōu)化改造費用(萬元);m為催化劑壽命管理技術服務成本，對應定期催化劑檢測評價、定期脫硝裝置性能評估、不定期診斷及優(yōu)化、脫硝運維與催化劑管理技術咨詢等技術服務(萬元)。
以某1000mw機組為例，假設能夠將催化劑化學壽命由3年延長至3.5年、節(jié)約還原劑耗量5%、降低脫硝及空預器運行阻力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，總計可節(jié)約脫硝運行成本250萬元/年。假設國內(nèi)某發(fā)電集團192臺77770mw scr脫硝機組催化劑統(tǒng)一實施全壽命管理模式后，基于當前運行現(xiàn)狀，通過折算對應裝機的催化劑采購成本、還原劑消耗成本、能耗成本，如表2所示，可節(jié)約脫硝運行費用約1.63億元/年。因此全壽命管理模式實施后，將能夠有效提升脫硝裝置運行可靠性、減少脫硝裝置運行成本。
3結語
在當前煤電機組全面推進超低排放以及環(huán)保設施進人精細化運維的形勢下，現(xiàn)有催化劑管理模式已無法滿足scr脫硝裝置的運行穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟性要求，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確保催化劑采購成本的集約化，還應包括對脫硝裝置的高效性能管控，在此基礎上實現(xiàn)脫硝裝置的可靠、高效、經(jīng)濟運行。因此催化劑全壽命管理模式應涵蓋催化劑全壽命周期的產(chǎn)品供貨、質(zhì)量管控、高效運維、提效優(yōu)化、壽命管理以及報廢處置，六部分既相互串聯(lián)、又相互融合。催化劑廠商負責催化劑全壽命周期的產(chǎn)品供貨、提效優(yōu)化及報廢處置，第三方技術服務單位為發(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服務，發(fā)電企業(yè)專注于脫硝運維。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，可實現(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)濟效益。
