一种SCR脱硝催化剂的全寿命管理方法与流程

本发明涉及燃煤电厂scr脱硝
技术领域：
，具体涉及一种基于大数据平台的scr脱硝催化剂的全寿命管理系统。
背景技术：
：选择性催化还原技术(scr)是目前燃煤电厂控制nox排放的主要有效手段，scr脱硝催化剂是脱硝工艺的核心部分。scr脱硝催化剂是有寿命期限的，运行过程中的化学因素和物理因素的影响会使其寿命提前到期，不利于电厂的脱硝运行管理，会产生脱硝排放不达标的风险。当前scr脱硝催化剂的全寿命管理主要依托两种技术手段：第一种是通过电厂检修期间抽取催化剂中的测试块进行实验室检测，通过活性值来判断寿命，预测结果受试样的代表性和检测次数的影响较大；第二种是利用现场脱硝性能测试的实验数据来计算脱硝反应器的潜能来判断工况条件下scr脱硝催化剂的整体性能状况，预测结果受测试次数和测试成本较高的限制。国内的研究者在以上两种技术手段基础上做出了大量改进，提出了自己的预测方法，如公开日为2015年01月21日，公开号为cn104297008a的中国专利中，公开了一种基于现场性能测试的脱硝装置潜能评估与预测方法；公开日为2016年12月21日，公开号cn106248864a的中国专利中，公开了一种基于海量运行数据的scr脱硝催化剂寿命预测方法；公开日为2018年02月09日，公开号cn107679359a的中国专利中，公开了一种预测电厂scr脱硝催化剂寿命的方法。这三种方法侧重脱硝的整体预测，并未涉及对各层scr脱硝催化剂寿命进行预判，未将催化剂本身的实际情况作为影响因素考虑。公开日为2017年05月31日，公开号为cn106770890a的中国专利中，公开了一种火电厂脱硝催化剂使用寿命的在线评估方法。这种方法并未涉及催化剂本身的性质，包括物理特性和化学特性，同时现场的多变的运行工况对测试结果影响较大。公开日为2017年08月29日，公开号为cn107103176a的中国专利中，公开了一种基于多源信息融合技术的燃煤锅炉scr催化剂寿命评价方法。这种方法中催化剂样本的宏观性能指标与全尺寸中试装置在运行工况下的测试结果比较，后者更能反映现场运行状况，同时考虑的dcs数据样本主要为喷氨量。当前的scr脱硝催化剂全寿命管理属于寿命预测的范畴，因此，如何综合脱硝的风险预判、scr脱硝催化剂的寿命预估和换装指导的一整套管理是脱硝工作者亟待解决的问题，对电厂脱硝的安全稳定运行有重要的实际意义。技术实现要素：本发明针对现有技术中的不足之处，提出一种稳定可靠的催化剂寿命管理方法，保障电厂脱硝的安全稳定运行。为了达到上述目的，本发明基于平台中scr脱硝催化剂全寿命周期中的检测数据，计算各层衰减系数，拟合修正scr脱硝催化剂的寿命曲线和脱硝装置的性能曲线，结合dcs数据与现场勘查分析最终实现包含脱硝风险预判、寿命预测、换装指导的全寿命管理体系。具体的技术方案如下：一种scr脱硝催化剂的全寿命管理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、收集scr脱硝催化剂全寿命周期内的检测数据和电厂脱硝的实时dcs数据等；步骤二、拟合各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线；步骤三、拟合脱硝装置性能曲线；步骤四、基于各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线和脱硝装置性能曲线拟合计算模型，计算scr脱硝催化剂的全寿命周期内各的换装方案的催化剂寿命；步骤五、根据各的换装方案的催化剂寿命进行催化剂换装方案的选择。对上述技术方案的进一步设计为：所述拟合各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线的具体步骤为：步骤2.1、计算各层scr脱硝催化剂的工况活性k；其中：k为催化剂工况活性，mr为设计nh3/nox，av为面速度，η为脱硝效率；步骤2.2、计算scr脱硝催化剂的失活因子；其中：f(θ)为失活因子，qi为失活物质的影响系数，f(t)为运行温度的影响系数；步骤2.3、确定活性衰减系数与失活因子、运行时间三者之间的指数函数关系与scr脱硝催化剂工况活性预测值的修正值；ke/k0＝e-f(θ)×(t)(5)其中：ke/k0为活性衰减系数，k0为scr脱硝催化剂的初始活性，ke为scr脱硝催化剂运行t时间后对应的活性，t为对应的scr脱硝催化剂运行的时间；其中：ke'为scr脱硝催化剂工况活性预测值的修正值，ke为scr脱硝催化剂工况活性预测值，k为scr脱硝催化剂工况活性，t为scr脱硝催化剂的运行时间，δt为scr脱硝催化剂预测的运行时间；步骤2.4、将活性衰减系数代入scr脱硝催化剂工况活性预测值的修正值中的到修正后的scr脱硝催化剂寿命预测曲线。所述脱硝效率的计算方法为：其中：η为脱硝效率，c1为入口nox体积分数，c2为出口nox体积分数。所述面速度的计算方法为：其中：av为面速度，q为设计烟气量，v为催化剂体积，ap为催化剂的几何比表面积。拟合脱硝装置性能曲线的具体步骤为：步骤3.1、根据活性衰减值，得到运行过程中各时间点的ki′；其中：ki为scr脱硝催化剂串联运行时检测计算得到的工况活性，ke为scr脱硝催化剂运行时的工况活性，k0为scr脱硝催化剂初始工况活性；步骤3.2、计算各层scr脱硝催化剂运行时的脱硝效率ηi′；其中：ki′为scr脱硝催化剂串联运行时的工况活性，av为面速度，ηi′为第i层scr脱硝催化剂运行时的脱硝效率，mri为第i层scr脱硝催化剂入口的nh3/nox；步骤3.3、脱硝效率计算公式逐层计算出口nox浓度，并得到整个脱硝装置的脱硝效率η总，最终拟合出一条脱硝效率与时间的变化曲线，即脱硝装置的性能曲线；具体将步骤3.1中各个时间点的ki代入步骤3.2中，可以得到若干个时间点对应的脱硝效率ηi′，将这若干个点连起来即为拟合的曲线；步骤3.4、利用scr脱硝催化剂全寿命周期内的抽样检测数据对拟合的脱硝装置性能曲线进行修正。各层scr脱硝催化剂的入口nh3/nox的计算方法为：其中：mri为第i层scr脱硝催化剂入口的nh3/nox；mri-1为第i-1层scr脱硝催化剂入口的nh3/nox；ηi-1为第i-1层scr脱硝催化剂的脱硝效率。所述催化剂换装方案选择前还可通过电厂的实时dcs数据、拟合脱硝效率实时曲线、实际工况下的理论脱硝性能曲线、理论nh3/nox和实际nh3/nox下的脱硝效率曲线等，比对脱硝性能修正曲线对脱硝过程中可能出现的风险进行预判，从而对选装方案进行优化。所述理论nh3/nox下的设计脱硝效率曲线的计算方法为：计算理论nh3/nox；其中：mr理论为运行过程中达到实际脱硝效率需要的理论nh3/nox；η为运行过程中的实际脱硝效率，为设计氨逃逸值，c1为运行过程中的入口nox浓度；计算理论nh3/nox下的脱硝效率η；其中：k为整体工况活性k，av为面速度，η为运行过程中的实际脱硝效率，mr为理论nh3/nox。本发明的有益效果为：本发明借助scr脱硝催化剂在实际运行过程中的dcs数据、定期抽样检测数据和现场勘查实况，建立一套基于大数据平台的scr脱硝催化剂全寿命管理系统。该系统根据scr脱硝催化剂的活性方程和失活模型推导建立了基于脱硝运行工况(氨氮摩尔比小于1)的催化剂寿命管理模型，该模型对各层催化剂的失活特点进行具体分析，分层计算催化剂入口的氨氮摩尔比，模型精确度较高。通过在线诊断和风险预测方法对脱硝系统运行过程出现的问题进行诊断分析，可以延长寿命到期但运行状况良好的催化剂，避免资源浪费；通过对脱硝系统进行运行风险评估预测，帮助电厂提前更换未到期但脱硝效率不达标的催化剂，避免环境污染；通过对scr脱硝催化剂提供换装方案，大大降低电厂脱硝催化剂的使用成本，在保证脱硝系统稳定运行的情况下使催化剂的利用价值最大化。附图说明图1为基于大数据的scr脱硝催化剂全寿命管理系统的流程图；图2为电厂scr脱硝装置剖视图；图3为两种换装方案的脱硝效率曲线图；图4为全尺寸scr脱硝催化剂检测平台的工艺流程图；图5为反应器压降随时间变化图；图6为空预器压降随时间变化图；图7为烟气so2浓度统计图；图8为实际与理论氨氮摩尔比关系图；图9为scr脱硝催化剂的寿命变化曲线图；图10为scr脱硝性能变化曲线图；图11为脱硝运行风险预判相关变化曲线图；图12为scr脱硝催化剂的换装指导。具体实施方式以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。本发明提供了一种基于大数据平台的scr脱硝催化剂的全寿命管理系统，主要用于电厂脱硝运行过程中的风险预判、各层scr脱硝催化剂的寿命预测以及寿命末期的换装指导。本发明的流程图如图1所示，步骤如下：首先，建立包含scr脱硝催化剂的检测数据、dcs数据和现场勘查数据的脱硝大数据平台；然后，利用全尺寸中试装置检测各层scr脱硝催化剂的工况活性，计算衰减系数，拟合并修正各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线；然后，利用全尺寸中试装置检测各层scr脱硝催化剂的脱硝效率，结合计算出的修正衰减系数，拟合并修正scr脱硝装置的性能变化曲线；再者，通过实时dcs数据，拟合脱硝效率实时曲线、实际工况下的理论脱硝性能曲线、理论nh3/nox、实际nh3/nox下的脱硝效率曲线，比对脱硝性能修正曲线，结合scr进出口压降、空预器压降、氨逃逸、入口so2浓度、nh3/nox变化情况，进行风险预判；最后，基于各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线和脱硝装置性能曲线的拟合计算模型，对不同换装方式的脱硝效率保证时长进行计算，比较时长大小，结合现场勘查情况作出换装指导。该发明根据全尺寸scr脱硝催化剂检测平台的检测结果，综合考虑了反应器入口nh3/nox以及反应器内部各层催化剂入口的nh3/nox变化，对scr脱硝催化剂的全寿命进行管理，精确度较高，同时优化了脱硝运行方式，保障了脱硝安全稳定运行。本发明的具体实施方式为：(1)收集脱硝数据，建立电厂脱硝大数据平台；建立电厂脱硝大数据平台是进行scr脱硝催化剂全寿命管理的基础，脱硝大数据平台是脱硝相关数据信息的集合，具体包括三方面的信息：第一方面：scr脱硝催化剂全寿命周期内的检测数据。scr脱硝催化剂全寿命周期一般包含一次新购检测和若干次在运检测，检测数据分为三类：一般类数据，如：孔容、v2o5、比表面积；成分类数据，如：tio2、moo3/wo3、sio2、cao、al2o3、fe、k、na、p、mg、as；安全和性能类，如：抗压强度/粘附强度、磨损强度/耐磨强度、工况活性、so2/so3转化率、氨逃逸。检测数据体现scr脱硝催化剂自身性质，通过分析活性成分含量、中毒程度、机械强度等参数对寿命的预测有重要价值。第二方面：电厂脱硝的实时dcs数据，包括负荷、入口烟气量(a侧/b侧)、入口nox(a侧/b侧)、出口nox(a侧/b侧)、fgd出口nox、反应器入口温度(a侧/b侧)、反应器差压(a侧/b侧)、氨耗量(a侧/b侧)、反应器o2含量(a侧/b侧)、氨逃逸(a侧/b侧)、空预器差压(a侧/b侧)、fgd入口so2、fgd入口烟尘。电厂脱硝的实时dcs数据受运行工况的影响变化较大，单个时间点的数据代表性差，但时间段内的数据趋势变化对脱硝的风险预判有重要的借鉴意义。第三方面：现场抽取试样的过程中对反应器现场状况的勘查数据，主要是对反应器内催化剂的积灰、磨损、堵塞、坍塌的程度和范围进行统计。现场勘查数据存在一定的主观局限性，当scr脱硝催化剂的寿命预测数据无法提供换装指导需要的数据支撑时，现场勘查结果往往能起到关键作用。(2)各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线的拟合与修正；一般情况下，电厂scr脱硝催化剂的布置方式为2+1或3+1，即scr脱硝催化剂安装层数最多为4层，最后一层为备用层。第一步，对各层scr脱硝催化剂的历次抽取试样进行活性检测，构成scr脱硝催化剂全寿命周期内的数据体系。scr脱硝催化剂的活性检测数据需要反映现场的实际运行状况，所以对活性检测应该有三方面的要求：①检测装置为全尺寸的脱硝性能检测平台，即scr脱硝催化剂不做切割按原尺寸进行检测②检测采用的工况为脱硝设计运行工况，包括：烟气量、入口nox浓度、运行烟温、o2浓度、h2o含量、so2浓度、nh3/nox(一个寿命周期内的设计运行工况应唯一，不同层可不同)③在运试样的预处理，清除孔中堵灰。通过检测得到各层scr脱硝催化剂出口nox浓度，计算脱硝效率：其中：η—脱硝效率，单位为％；c1—入口nox体积分数，单位为μl/l；c2—出口nox体积分数，单位为μl/l。计算面速度：其中：av—面速度，单位为m/h；q—设计烟气量，单位为nm3/h；v—催化剂体积，单位为m3；ap—催化剂的几何比表面积，单位为m2/m3。计算各层的工况活性k：其中：k—催化剂工况活性，单位为m/h；mr—设计nh3/nox。第二步，结合设计燃煤煤质分析影响scr脱硝催化剂活性的主要因素，计算当前运行状态下scr脱硝催化剂的失活因子，确定活性衰减系数。scr脱硝催化剂失活分为化学失活和物理失活。物理失活主要有孔道堵塞、飞灰磨损等，一方面可以通过优化scr脱硝催化剂的设计与优化反应器的流场来降低物理失活影响，另一方面通过现场勘查数据体现对寿命的影响。本发明主要考虑scr脱硝催化剂的化学失活，一种是运行过程中的高温烧结；一种是燃煤煤质中的毒性物质(k2o、na2o等)引起催化剂的中毒。失活因子与运行温度、燃煤煤质中的毒性物质(k、na、ca等)的含量相关。一般情况下，通过实验室状态下定量分析失活物质对scr脱硝催化剂活性的影响，并综合多种失活物质的影响得到失活因子：其中：f(θ)—失活因子；qi—失活物质的影响系数；f(t)—运行温度的影响系数。活性衰减系数与失活因子、运行时间三者之间呈现指数函数关系：ke/k0＝e-f(θ)×(t)(5)其中：ke/k0—活性衰减系数；k0—scr脱硝催化剂的初始活性，单位为m/h；ke—scr脱硝催化剂运行一段时间后对应的活性，单位为m/h；t—对应的scr脱硝催化剂运行的时间，单位为h；当工况活性检测结果与工况活性预测值存在差异时，需要利用数学的手段对拟合的预测曲线进行修正，通过把差值分散到各时间点与多次修正的方法将scr脱硝催化剂寿命预测曲线的误差降到最低：其中：ke'—scr脱硝催化剂工况活性预测值的修正值，单位为m/h；ke—scr脱硝催化剂工况活性预测值，单位为m/h；k—scr脱硝催化剂工况活性，单位为m/h；t—scr脱硝催化剂的运行时间，单位为h；δt—scr脱硝催化剂预测的运行时间，单位为h。将式(5)代入式(6)即为修正后的scr脱硝催化剂寿命预测曲线，下面以一个scr脱硝催化剂的全寿命周期为例：表1scr脱硝催化剂的全寿命周期(1)运行时间t0t1t2t3状态投运抽检在运抽检在运抽检换装，投运抽检活性检测值k1k2k3k4t0—t1之间的寿命曲线函数：ke＝k1×e-f(θ)×(δt)；(7)t1—t2之间的修正寿命曲线函数：t2—t3之间的修正寿命曲线函数：t3时催化剂换装，重新进行新的全寿命周期：ke＝k4×e-f(θ)×(δt)(10)(3)脱硝装置性能曲线的拟合、修正；脱硝装置性能曲线即脱硝效率的变化曲线，直接体现脱硝是否能够达标排放，也是scr脱硝催化剂换装的参考指标。第一步，对scr脱硝催化剂的抽取试样进行检测，检测数据需要反映现场的实际运行状况，所以对检测操作应该有三方面的要求：①检测装置为全尺寸的脱硝性能检测平台，按反应器中的实际布置方式进行scr脱硝催化剂串联检测②检测采用的工况为脱硝设计运行工况，包括：烟气量、入口nox浓度、运行烟温、o2浓度、h2o含量、so2浓度、nh3/nox③在运试样的预处理，清除孔中堵灰④各层催化剂出口预留测点，利用傅里叶红外烟气分析仪测量各出口nox浓度。通过检测得到串联各层scr脱硝催化剂出口nox浓度，利用式(1)计算各层脱硝效率ηi，再通过式(3)计算各层运行工况下的活性ki。其中，各层scr脱硝催化剂的入口nh3/nox可以通过物料守恒的原理获得，一般情况下，scr脱硝反应中反应掉的nox与消耗掉的nh3的比例为1:1：其中：mri—第i层scr脱硝催化剂入口的nh3/nox；mri-1—第i-1层scr脱硝催化剂入口的nh3/nox；ηi-1—第i-1层scr脱硝催化剂的脱硝效率。第二步，结合各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线拟合与修正过程中得出的活性衰减值，可以得到运行过程中各时间点的ki'：其中：ki—scr脱硝催化剂串联运行时检测计算得到的工况活性，单位为m/h；ke—scr脱硝催化剂运行时的工况活性，单位为m/h；k0—scr脱硝催化剂初始工况活性，单位为m/h。第三步，计算各层scr脱硝催化剂运行时的脱硝效率ηi′：其中：ki′—scr脱硝催化剂串联运行时的工况活性，单位为m/h；av—面速度，单位为m/h；ηi′—第i层scr脱硝催化剂运行时的脱硝效率，单位为％；mri—第i层scr脱硝催化剂入口的nh3/nox。利用式(1)逐层计算出口nox浓度，得到整个脱硝装置的脱硝效率η总，最终拟合出一条脱硝效率与时间的变化曲线，即脱硝装置的性能曲线。第四步，利用scr脱硝催化剂全寿命周期内的其他抽样检测数据重复以上步骤对拟合的脱硝装置性能曲线进行修正，包括修正衰减系数与ki′。下面以一个scr脱硝催化剂的全寿命周期(三层催化剂布置)为例：表2scr脱硝催化剂的全寿命周期(2)t0—t1之间的性能曲线函数：η总＝1-(1-η11′)(1-η12′)(1-η13′)(14)其中：同理，求得η12′，η13′；t1—t2之间的修正性能曲线函数：η总＝1-(1-η21′)(1-η22′)(1-η23′)(15)其中：同理，求得η22′，η23′；t2—t3之间的修正性能曲线函数：η总＝1-(1-η31′)(1-η32′)(1-η33′)(16)其中：(t0时的k1)同理，求得η32′，η33′；t3时催化剂换装，重新进行新的全寿命周期。对于scr脱硝催化剂运行周期内存在多次工况变化的情况，每次修正性能曲线函数时，在各层的脱硝效率ηi上要得到体现。(4)脱硝运行过程的风险预判；通过电厂的实时dcs数据，拟合脱硝效率实时曲线、实际工况下的理论脱硝性能曲线、理论nh3/nox和实际nh3/nox下的脱硝效率曲线，比对脱硝性能修正曲线，结合scr进出口压降、空预器压降、氨逃逸、入口so2浓度、nh3/nox变化情况对脱硝过程中可能出现的风险进行预判。第一步，拟合脱硝效率实时曲线。将dcs数据中入口nox浓度、出口nox浓度代入式(1)计算，可以得到一条脱硝效率与运行时间一一对应的实时曲线。参考氨逃逸、nh3/nox的变化可以对脱硝过程中是否过量喷氨、氨逃逸是否超标等情况作出判断。实际nh3/nox计算：其中：mr实际—运行过程中的实际nh3/nox；wa—运行过程中的实际氨耗量，单位为kg/h；q—运行过程中的实际烟气量，单位为nm3/h；c1—运行过程中的入口nox浓度，单位为mg/nm3。第二步，拟合实际工况下的理论脱硝性能曲线。参照脱硝装置性能曲线的拟合与修正步骤，代入dcs数据中入口nox浓度、入口烟气量、入口温度、入口o2含量，可以得到一条实际工况下的理论脱硝性能曲线，实际脱硝效率应不低于实际工况下的理论效率，如果偏差较大，说明存在脱硝运行风险。第三步，拟合理论、实际nh3/nox下的设计脱硝效率曲线。理论nh3/nox计算：其中：mr理论—运行过程中达到实际脱硝效率需要的理论nh3/nox；η—运行过程中的实际脱硝效率，单位为％；—设计氨逃逸值，单位为μl/l；c1—运行过程中的入口nox浓度，单位为mg/nm3。面速度的计算：其中：av为面速度，单位为m/h；q—实际烟气量，单位为nm3/h；v—催化剂体积，单位为m3；ap—催化剂的几何比表面积，单位为m2/m3。计算整体工况活性k：其中：k—整体工况活性k，单位为m/h；mr—理论nh3/nox；η—运行过程中的实际脱硝效率，单位为％。计算理论nh3/nox下的脱硝效率η：其中：k—整体工况活性k，单位为m/h；av—面速度，单位为m/h；η—运行过程中的实际脱硝效率，单位为％；mr—理论nh3/nox。实际nh3/nox下的脱硝效率曲线的拟合同理论nh3/nox下脱硝效率曲线的拟合步骤。一般情况，理论nh3/nox下的脱硝效率曲线处于设计工况理论脱硝效率曲线之上，实际nh3/nox下的脱硝效率曲线处于设计工况理论脱硝效率曲线之下，两者均低于脱硝效率实时曲线。如果实际nh3/nox下的脱硝效率曲线与脱硝效率实时曲线差距较大，说明过量喷氨情况严重；如果两者的距离逐渐缩小且脱硝效率实时曲线有往设计工况理论脱硝效率曲线之下变化的趋势，说明此时的脱硝运行存在问题，应该进行问题排查。(5)scr脱硝催化剂的换装指导；在燃煤电厂中，新鲜催化剂从开始运行到最终无法使用，寿命约为24000小时，此时应该进行scr脱硝催化剂的更换。scr脱硝催化剂的更换应该基于三种情况：第一种，修正后的脱硝装置性能曲线显示的脱硝效率和现场试样串联实验结果都已经不满足设计要求(以现场试样串联实验结果优先)，此时考虑各层的工况活性和运行时间进行酌情更换；第二种，修正后的脱硝装置性能曲线显示的脱硝效率和现场试样串联实验结果都满足设计要求(以现场试样串联实验结果优先)，但现场勘查情况出现大面积的堵塞、积灰、磨损、坍塌现象，此时应该考虑对出现上述情况的催化剂层酌情更换；第三种，修正后的脱硝装置性能曲线显示的脱硝效率和现场试样串联实验结果都满足设计要求(以现场试样串联实验结果优先)，现场勘查情况良好，未出现大面积的堵塞、积灰、磨损、坍塌现象，在达到催化剂化学寿命周期时应该建议逐层更换或者定期抽检，跟踪运行状况。基于各层scr脱硝催化剂寿命变化曲线和脱硝装置性能曲线的拟合计算模型，本发明通过对催化剂寿命进行计算，进一步对催化剂更换或加装的方案进行分析比较。下面以一个scr脱硝催化剂的全寿命周期(2+1布置)内的换装情况为例，当两层催化剂由于失活不能满足电厂脱硝排放要求时，一般采用进一步加装第三层(备用层)催化剂的办法提高反应器脱硝效率；而当备用层催化剂投入使用后再次不满足脱硝要求时，必须更换其中某一层催化剂，以后继续更换不同的催化剂层以确保脱硝性能。寿命管理方案为(本发明规定第一层、第二层和第三层(备用层)催化剂分别用字母a、b和c表示，催化剂位置变化时相应改变字母顺序，催化剂位置变化的那一层则在字母后添加“′”表示)：表3催化剂管理方案催化剂的换装存在若干可能的组合方案，在本发明中，对前两步方案进行分析：①加装第三层催化剂②而后更换其中一层催化剂，后续的方案可参照上述步骤进行操作。失活层的位置不变(即失活层处于第一和第二层)，可操作的换装方案有两种。方案一：首先在第三层加装备用层，进一步的当脱硝排放不达标时更换第一层催化剂；方案二：首先在第三层加装备用层，进一步的当脱硝排放不达标时更换位于第二层的催化剂，两种方案的脱硝效率曲线如图3所示。以各层scr脱硝催化剂工况活性值为基础，利用脱硝装置性能曲线的拟合计算模型对方案一进行计算，首先计算第三层(备用层)投入使用后的催化剂失活时间如下：解方程组可得当脱硝效率降为设计值时的运行时间δt1。在此基础上，进一步计算更换第一层催化剂后的失活时间如下：解方程组可得δt2，计算δt1与δt2的和δt总。方案二的计算步骤参照方案一，通过比较两种方案的计算结果δt总得出最佳换装方案即时间最长的换装方案。上述两种管理方法对失活层的位置都不作改变，若考虑改变失活层位置(即处于第一和第二层的失活层和新加装层位置均可调整)，则存在若干可操作的换装方案。失活速率随着催化剂位置的变化而变化，因此对换装调整后的催化剂活性需重新计算，具体参照scr脱硝催化剂寿命预测中的方法进行计算。实施例下面以某电厂#2机组330mw亚临界固态排渣粉煤锅炉的a侧脱硝反应器为例，介绍基于大数据平台的scr脱硝催化剂的全寿命管理系统的运行步骤。该机组脱硝装置于2012年12月建成投运，内部2+1布置蜂窝式催化剂，第三层为备用层催化剂(如图2所示)。初装两层脱硝催化剂于2013年6月投运；2015年11月，#2机组进行脱硝超低改造，增加备用层脱硝催化剂，并更换第一层脱硝催化剂；2017年11月，更换第二层脱硝催化剂。其中，2017年11月进行了新购抽检，2018年10月进行了在运抽检。scr脱硝催化剂的全寿命管理系统需要对抽取的催化剂试样的工艺检测和理化检测结果进行获取，对实时的dcs数据进行收集，以及对现场的反应器实际情况进行勘察统计，整个全寿命管理的核心目的有三个：各层催化剂的寿命预测、脱硝风险预判和换装指导，参考图1的流程示意图，步骤如下：(1)收集脱硝数据，建立脱硝大数据平台；首先，scr脱硝催化剂理化特性和工艺特性检测数据的整理。利用相关仪器对试样进行检测，如：恒应力压力试验机检测催化剂试样的抗压强度；磨损试验台检测催化剂试样的磨损强度；x射线荧光光谱仪检测催化剂试样的主要成分tio2、v2o5、wo3、sio2、cao、al2o3；电感耦合等离子体光谱发生仪检测催化剂试样的微量元素fe、k、na、p、mg、as；全自动压汞仪检测催化剂试样的孔容；全自动比表面积和孔结构分析仪检测催化剂试样的比表面积；全尺寸的scr脱硝催化剂性能检测平台(如图4所示)检测催化剂试样的脱硝效率、so2/so3转化率、氨逃逸。2018年10月的在运抽检相关数据如下：表4取样单元物理特性指标项目单位上层样品中层样品下层样品国标要求轴向抗压强度mpa1.72.51.1≥2.0径向抗压强度mpa1.10.70.8≥0.4非硬化端磨损率％/kg0.040.040.04≤0.15比表面积m2/g656158≥40表5取样单元化学特性指标项目单位上层样品中层样品下层样品参考值v2o5wt％0.180.310.18-tio2wt％868587≥84wo3wt％4.75.64.9≥4.5caowt％1.21.11.2-kmg/kg265273354≤400namg/kg369299435≤600femg/kg182202203≤400表6整体三层工艺特性指标其中，整体三层工艺特性指标采用上层、中层、下层样品串联进行，工况为设计运行工况，见表7：表7工艺性能测试工况项目参数单位备注空速比1416h-1/so21240μl/l标态，湿基，实际氧o23.26％vol湿基温度420℃/nox482μl/l标态，湿基，实际氧h2o7％vol实际氧nh3/nox(mr)0.96--/其次，电厂脱硝实时dcs数据的收集。相关参数如负荷、入口烟气量、入口nox、出口nox、fgd出口nox、反应器入口温度、反应器压差(如图5)、氨耗量、反应器o2含量、氨逃逸、空预器差压(如图6)、fgd入口so2(如图7)、fgd入口烟尘，计算理论nh3/nox和实际nh3/nox(如图8)。最后，脱硝反应器现场勘查情况的统计。根据现场实际情况对催化剂模块的磨损、堵塞、积灰、坍塌的程度和范围进行统计，如表8：表8催化剂现场勘查问题汇总表(2)拟合并修正scr脱硝催化剂的寿命变化曲线；根据第一次抽取试样的活性拟合各层scr脱硝催化剂的寿命变化曲线(工况见表7)，利用第二次抽取试样的工况活性对各层scr脱硝催化剂的寿命变化曲线进行修正，如图9，可以发现：第一层催化剂的衰减速率最快，第三层的衰减速率最慢。(3)拟合并修正scr脱硝催化剂的寿命变化曲线；根据第一次抽取的试样在全尺寸scr脱硝催化剂性能检测平台上串联检测得到的各层脱硝效率(工况见表7)，结合scr脱硝催化剂的活性衰减系数拟合scr脱硝催化剂的寿命变化曲线，利用第二次抽取试样的各层脱硝效率检测结果与修正后的活性衰减系数对scr脱硝催化剂的寿命变化曲线进行修正，如图10。(4)脱硝的风险进行预判；通过实时dcs数据，拟合脱硝效率实时曲线、实际工况下的理论脱硝性能曲线、理论nh3/nox和实际nh3/nox下的脱硝效率曲线，如图11，可以发现：①实际脱硝效率曲线和实际nh3/nox下的脱硝效率曲线间的距离大，说明脱硝运行过程中存在严重过量喷氨现象，与图8反映的情况一致②实际脱硝效率曲线应不低于理论nh3/nox下的脱硝效率曲线，脱硝装置运行3000h后明显存在氨利用率不高的问题③脱硝装置运行3500h—5500h时，实际脱硝效率基本低于实际工况下的理论效率，部分低于设计工况下的理论效率，当前脱硝装置存在排放不达标的风险④表8反映现场积灰情况严重，体现在图5中反应器压降高于一般水平⑤图7和图8可以发现，入口so2浓度高于设计值，同时过量喷氨严重，造成铵盐的累积量增大，体现在图6中空预器的压降较大，给脱硝系统的稳定运行带来风险。(5)scr脱硝催化剂的换装指导；根据以上分析，当前反应器的脱硝性能良好，能够满足当前的排放标准要求，但是第一、三层的抗压强度已经不满足要求，现场勘查发现第三层存在坍塌模块，同时两层催化剂运行时间接近化学寿命周期24000h。因此，建议对这两层催化剂进行更换，换装方式有三种：①更换当前第一、三层，保留第二层不变②当前第二层移至第一层，第二、三层换装新催化剂③当前第二层移至第三层，第一、二层换装新催化剂。根据初始工况活性(假设新装催化剂初始工况活性为28m/h)与各层的衰减系数计算达到寿命保证周期时的时间长短，如图12，可以发现：方案②优于方案③，方案③优于方案①。最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。当前第1页12