[发明专利]基于定期脱硝性能优化的催化剂寿命预测与评估计算方法

说明书

本发明公开了基于定期脱硝性能优化的催化剂寿命预测与评估计算方法，包括以下步骤：更换催化剂后记为初始时刻，根据出、入口烟气中NOx、NH₃浓度计算初始时刻脱硝反应器潜能；通过初始时刻的性能试验测试的出、入口烟气中实际NOx、NH₃浓度计算初始时刻的实际脱硝反应器潜能；待催化剂运行一段时间后，进行性能测试，计算得到当前时刻的实际脱硝反应器潜能，结合初始时刻实际平均脱硝反应器潜能计算得到当前时刻的催化剂化学性能的衰减指数，判断催化剂是否需要更换。本发明通过脱硝性能数据来评估催化剂寿命，对于提高脱硝系统的运行经济性有很大的益处，能够为催化剂的在役更换提供可靠的寿命预测管理。

技术领域

本发明属于催化剂检测技术领域，具体涉及基于定期脱硝性能优化的催化剂寿命预测与评估计算方法。

背景技术

随着国家要求对燃煤电厂氮氧化物排放标准日趋严格，绝大多数燃煤电厂NOx排放要降低到50mg/m³以下，重点控制区域SCR出口NOx浓度要降低到30mg/m³以下。随着SCR出口NOx排放浓度限值的进一步降低，SCR装置的脱硝效率进一步提高，脱硝系统的效率高达88％以上，甚至部分机组达到93％以上。脱硝系统整体效率提高的要求是SCR装置配置更多的催化剂，超低排放条件下SCR装置一般布置2～3层催化剂，特殊情况下布置4层催化剂。以300MW机组为例，每层催化剂体积一般不小于100m³，布置三层，每台锅炉的催化剂的体积量高达600m³以上，且随着机组容量的增加，催化剂体积量成倍增加。脱硝催化剂在投入运行使用后，受化学寿命和运行条件的影响，催化剂的寿命不断下降，正常运行条件下催化剂的寿命为3～5年。在脱硝催化剂运行的全寿命周期里，掌握脱硝催化剂的性能对催化剂的更换尤为关键，目前普遍开展的实验室检测在一定程度上能够有效评估催化剂单体的性能，但是为考虑现场烟气混合、积灰等因素，因此开展基于现场测试的脱硝催化剂性能评估对提高脱硝寿命管理的可靠性尤为关键。

目前，脱硝装置为了提高脱硝系统的喷氨系统均匀性，在脱硝系统正常运行过程中，定期进行脱硝系统性能优化，测试脱硝系统的氨逃逸浓度和脱硝系统效率，根据定期测试的数据为脱硝系统的寿命评估提供有效的数据支撑。

为了实现脱硝催化剂运行寿命等数据，目前主流方法采用氮氧化物、脱硝效率测试数据拟合或者现有催化剂单体数据计算等方法，但是通过单纯的氮氧化物、脱硝效率数据测量结果受测量系统的布置和数据拟合的方法影响容易造成较大偏差，且催化剂单体测试分析的方法受单体的获取限制无法实施分析，无法考虑现场的运行条件对催化剂寿命的影响，而目前尚无采用基于定期性能优化的催化剂寿命预测与评估的计算方法。

中国专利文献CN107194154A公开了一种SCR脱硝催化剂评估计算方法，首先计算SCR脱硝催化剂评估系数，制作SCR脱硝催化剂评估系数随时间变化的连续曲线分析催化剂的运行情况，为SCR脱硝催化剂调整提供数据支撑。但该计算方法分别考虑了脱硝NOx浓度、氨逃逸对催化剂评估系数的影响，没有考虑到二者的关联影响，SCR脱硝催化剂评估系数模型的预测方法可靠性有待验证。

中国专利文献CN111044668A公开了一种SCR脱硝系统催化剂寿命在线预测方法，根据催化剂入口的实际氨氮摩尔比，建立脱硝效率与催化剂活性之间的关系，并考虑不同区域的催化剂失活情况，从而在整体催化剂寿命到期时能够判断更换哪一层催化剂，并准确的评估和核算催化剂更换体积量。该专利虽然考虑了不同区域的脱硝效率的影响，但是未考虑脱硝出口氨逃逸对催化剂寿命的影响，预测的脱硝催化剂寿命准确性较差。

中国专利文献CN110554135A提出一种基于检测活性的SCR脱硝催化剂更换体积量核算方法，本发明通过检测脱硝装置内的每一层催化剂的活性并计算活性衰减系数，从而在整体，分别于设置于烟道外的差压测量元件连接，能够稳定可靠地测量烟气流量，设备安装对直管稳流段要求较低，且不易堵塞、维护方便，但是必须通过SCR装置中各层催化剂的取样分析后来确定每一层催化剂的活性，必须在机组停机下取样分析，用于指导催化剂的寿命管理具有一定的局限性。