CN101109742B - 分仓式脱硝催化剂测试分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分仓式脱硝催化剂测试分析方法，包括以下步骤：步骤1，设置分仓式测试反应器(3)；步骤2，装入催化剂；步骤3，接入烟气进行测试；步骤4，取出催化剂测试；从而可以对催化剂作出综合评价，得到最适合催化剂。本发明提供的分仓式脱硝催化剂测试分析方法可以在相同烟气条件下同时对多种不同规格和类型的脱硝催化剂进行性能比较和测试的方法，可以对多种催化剂进行优选比较，大大节约分析测试时间，增加可比性，不但可用于已建SCR脱硝装置电厂优选更合适催化剂，也可用于待建SCR脱硝工程的电厂对多种催化剂进行比较，还可用于脱硝催化剂生产厂商对待选备用催化剂进行优选。

Description

分仓式脱硝催化剂测试分析方法

技术领域

本发明涉及到一种电厂SCR脱硝催化剂采样分析检测方法，具体地说，涉及一种可以在相同的烟气条件对不同类型和规格的催化剂进行性能比较的分仓式脱硝催化剂测试分析方法。

背景技术

脱硝催化剂是电厂SCR脱硝的核心，其性能对脱硝工程的性能有举足轻重的影响。催化剂的选择不合理，不但会造成脱硝的脱硝率等指标达不到保证值，还会造成催化剂的堵塞和压降增加，造成锅炉运行故障，此外，如果催化剂选择不当，还可能造成催化剂的中毒、磨损和老化加速，达不到预期的使用寿命，需要提前更换催化剂。所以不管是脱硝催化剂生产厂商、工程设计方，还是使用脱硝催化剂的电厂业主均需要对脱硝催化剂进行测试比较。

目前脱硝催化剂生产厂商在催化剂性能检验检测都是一次对一种类型和规格催化剂进行比较，当需要对多种脱硝催化剂适合性和优良情况的测试比较时，必须把每一种催化剂在相同的烟气条件下对脱硝率、SO2氧化率、氨气逃逸率和压降损失等分别进行测试，如果需要对催化剂中毒情况、中毒原因以及机械强度、磨损率等进行判断时，需要使用相同的测试时间和烟气条件，在停机时取出送到实验室进行分析，作出综合判断。所以目前的脱硝催化剂厂商的测试方法对多种催化剂进行比较时，不仅需要多次测试，花费时间较长，没有一种方法能对脱硝催化剂的中毒情况及原因作出及时判断，特别是对多种脱硝催化剂适合性和优良情况的测试比较，而且还会由于锅炉排出烟气各种参数的变动，使每一种催化剂所处的环境有变化，导致试验结果的可比性较差。

发明内容

本发明提供了一种可以采用多分仓的分析测试方法，可以在相同的烟气条件对不同类型和规格的催化剂进行性能比较的方法，为优选合适催化剂提供准确有效的信息。

本发明的技术方案如下：

步骤1，设置分仓式测试反应器，该分仓式测试反应器的上、下端分别与烟气混合组件和烟气出口净化装置连通，所述烟气混组件上端连通烟气引入管；所述烟气出口净化装置下端连通引风装置；所述分仓式测试反应器内腔由分仓板分隔为至少两个空腔，在每一个空腔中部设置有一个催化剂篮；该催化剂篮由主管和筛网组成，在该催化剂篮上设置吊孔，通过催化剂篮支撑框架将催化剂篮搁于分仓式测试反应器内；所述空腔上下口部与催化剂篮之间为每个空腔分别设置有上、下游测温测压取样口，所述分仓板通过分仓板支撑框架搁于分仓式测试反应器内，位于分仓板支撑框架下方设有下游总测温测压取样口；

步骤2，装入催化剂，在分仓式测试反应器内每一个催化剂篮中装入不同的催化剂，催化剂上端面距离分仓板上沿保持一定的距离；

步骤3，接入烟气测试，从烟气引入管引入烟气，经烟气混合组件将烟气充分混合均匀，烟气进入分仓式测试反应器，经过在每个空腔中催化剂篮的催化剂，通过催化剂上游的测温测压取样口测试经过催化剂前烟气的压力、温度和烟气成分(包括O2、H2O、SO2、NOx、SO3和粉尘浓度等)；再分别测试经过每个催化剂后下游的压力、烟气流速、氮氧化物浓度、氨气逃逸值和SO3浓度，可以对每一个测试催化剂模块的压损、脱硝率、SO2氧化率和氨逃逸率进行判断；

步骤4，取出催化剂测试，关闭上下游的阀门后，催化剂篮可使用吊钩向上吊，将催化剂篮装有的各分仓中的测试催化剂模块取出，进行物理化学性能实验室测试，可以判断氮氧化物耐中毒、机械强度、耐磨损能力和寿命等，从而可以对催化剂作出综合评价。

烟气引入管上设有入口截止阀；所述烟气混合组件上端为连接圆管，该圆管顶部配有螺纹或法兰，所述连接圆管通过方变圆与不锈钢管连通；该不锈钢管内壁焊有微型混合器，在微型混合器下方伸入有压缩空气喷射系统的喷管，位于该喷管上向下设置有喷嘴，所述烟气混合器组件下端设有方法兰。分仓式测试反应器是截面为正方形的柱状结构，上端采用方法兰连接，下端通过方变圆连通下接管采用圆法兰连接。所述烟气出口净化装置设有用来除尘的漏斗形旋风除尘器，该旋风除尘器与烟气气量的调节阀一端连接，调节阀的另一端与进行计量的流量计连接；旋风入口管上端设有与分仓式测试反应器相连接的法兰，其下端插入旋风除尘器中；所述旋风除尘器的侧壁上装有料位计，下端装有排空阀和排空管。引风装置的主体是一个引风机，引风机入口管通过不锈钢金属软管与出口烟气出口净化装置的出口管连通；引风机出口管与三通相连，该三通的一个出口端接排空阀；另一出口端为烟气返回接管，其上设有出口截止阀。

根据仓式测试反应器上下游的压力差判断催化剂的堵塞程度，及时开启压缩空气吹灰系统，对催化剂进行清洁。从测试反应器出来的烟气经旋风分离器除尘后经引风机引风后直接排空或返回烟道。在旋风分离器后通过调节阀对进入系统中的烟气流量进行控制。

本发明采用的催化剂单元均为150×150mm，对于蜂窝状催化剂这是标准设计，对于板式催化剂和波纹板式催化剂，将其加工到150×150的规格，测试催化剂的长度与SCR反应器中运行催化剂长度相同或待选催化剂的长度。在每一个催化剂空间中，催化剂测试单元置于催化剂篮中，催化剂篮最大可承测试催化剂长度1.5m。催化剂篮可使用吊钩将其取出，更换测试催化剂模块。催化剂篮底部焊有十字支撑钢架支撑测试催化剂单元。催化剂篮置于各个分隔的小型支撑钢架之上，小型钢架可以采用小型角钢制作，直接焊在反应器及分仓板上。所有的催化剂篮和分仓板置于一个较大的框架结构上支撑。

分仓板的上下沿均距离催化剂保持足够的距离。催化剂上端面距离分仓板上沿保持在600mm左右，以确保有足够长的混合段保证进达到催化剂表面的烟气均匀一致，在其中300mm左右设置测压点和风速测点；催化剂下端面距离下隔板保持在600mm左右，其中在距离催化剂的下端面300mm的位置，设置烟气测速点、测温点、测压点和取样点(分析氮氧化物、SO2、NH3等浓度)，对每一个催化剂单元的压降、脱硝率、SO2的氧化率、氨气逃逸率等指标在相同的烟气条件下进行比较，并对不同催化剂的抗毒性和寿命进行综合比较，通过尽可能少的试验次数寻找出最合适的催化剂类型和催化剂规格。

为了防止热量损失及烫伤操作人员，所有高温部件均需要设置保温装置。为了系统的安全，需要根据现场情况在合适的位置设置平台和固定支撑装置等。

对于无SCR反应器的分仓式脱硝催化剂分析测试方法，由于烟气中无还原剂氨气，需要配备氨气发生、计量和喷射系统。由于氨气的喷射量需要根据下游的氮氧化物浓度、氨气逃逸率和总烟气流量进行控制，所以在下游静态混合器对其下游的氮氧化物浓度、氨气逃逸值和压力进行测试，根据测试信号对氨气喷射量进行调节控制。

对于无SCR反应器的分仓式脱硝催化剂分析测试方法其基本原理与有SCR反应器的相同，在设置方面是将烟气从锅炉中的省煤器之后、空气预热器之前的烟道引出，由于氨气的喷射量需要根据下游的氮氧化物浓度、氨气逃逸率和总烟气流量进行控制，所以在下游静态混合器对其下游的氮氧化物浓度、氨气逃逸值和压力进行测试，根据测试信号对氨气喷射量进行调节控制。最后烟气直接排空或返回锅炉烟道。

为了防止烟气短路，在催化剂测试单元与催化剂篮之间以及催化剂篮与分仓板及反应器套管之间，采用惰性的耐高温的玻璃纤维密封。

在分仓板之上设总的测温点、测压点和取样口(测试O2、H2O蒸汽、SO2、氮氧化物及粉尘浓度等)。对于无运行SCR反应器的分仓式测试系统，需要根据出口氮氧化物浓度、总烟气流量和氨气逃逸值对喷氨量进行控制调节，所以在反应器催化剂下游设置设置静态混合器和取样口，将不同反应通道反应后的烟气混合均匀，测试其中的氮氧化物浓度和氨气逃逸值等，根据后测试混合后出口烟气的氮氧化物、氨气逃逸值及总流量控制氨气的喷射量。对于已建SCR反应器的测试系统，由于上游已有氨气反应剂，所以无需根据出口NOx浓度对喷氨量进行调节，可以不设催化剂下游静态混合器，也无需测量总的氮氧化物浓度。对于两种状态，在分仓之后均需要设置测压点，根据主通道的压降判断何时开启压缩空气吹灰器，对催化剂进行吹扫。

测试反应器与上游组件采用法兰连接，下游设置方变圆后，与圆管连接，圆管与下游的旋风分离器采用法兰连接。

在关闭上下游的阀门后，可以取出的催化剂模块，返回催化剂生产厂商或者送入实验室进行分析，观察催化剂的机械强度、寿命及中毒情况，根据活性测试、压降损失、机械强度、耐中毒情况、寿命和烟气适应性作出综合评价，优选出合适的催化剂类型和规格。

有益效果：本发明提供的分仓式脱硝催化剂测试分析方法可以在相同烟气条件下同时对多种不同规格和类型的脱硝催化剂进行性能比较和测试的方法，可以对多种催化剂进行优选比较，大大节约分析测试时间，增加可比性，不但可用于已建SCR脱硝装置电厂优选更合适催化剂，也可用于待建SCR脱硝工程的电厂对多种催化剂进行比较，还可用于脱硝催化剂生产厂商对待选备用催化剂进行优选。

附图说明

图1是分仓式脱硝催化剂测试分析方法流程图；

图2是烟气引入管1和烟气混合组件2连接结构示意图；

图3是分仓式测试反应器结构示意图；

图4是图3的A-A剖视图；

图5是图3的F-F剖视图；

图6是烟气出口净化装置4结构示意图；

图7是引风装置5结构示意图；

图8是实施例2的流程图；

图9是实施例2烟气引入管1和烟气混合组件2连接结构示意图；

图10是实施例2分仓式测试反应器结构示意图。

具体实施方式

实施例1

请参见图1、图2、图3、图4、图5。例1为有SCR反应器的电厂甲对候选催化剂进行比较的分仓式脱硝催化剂测试分析方法，包括以下步骤：

步骤1，系统连接：从SCR反应器的飞灰整流器的下游设置烟气引出管1，引出管上设置截止阀门1-1。将烟气引出管1、烟气混合组件2、分仓式测试反应器3、烟气出口净化装置4、引风装置5连成一个整体，引风装置的中的烟气返回管5-6从空气预热器上方返回SCR反应器，烟气返回管5-6上设置截止阀5-7。在烟气混合组件2中含有静态混合器2-4、压缩空气喷射系统2-5和上游总测温测压取样口2-7。在系统启动之前保持烟气引出管截止阀门1-1和烟气返回管截止阀门5-7处于关闭状态。

步骤2，设置分仓式测试反应器3(以四分仓测试反应器为例说明)：所述分仓式测试反应器3内腔由分仓板3-1分隔为四个空腔3-2，在每一个空腔3-2中部设置有一个催化剂篮3-3；该催化剂篮3-3由主管和筛网组成，在该催化剂篮3-3上设置吊孔，通过催化剂篮支撑框架3-5将催化剂篮3-3搁于分仓式测试反应器3内；所述空腔3-2上下口部与催化剂篮之间为每个空腔3-2分别设置有上、下游测温测压取样口3-10、3-11，所述分仓板3-1通过分仓板支撑框架3-4搁于分仓式测试反应器3内，位于分仓板支撑框架3-4下方设有下游总测温测压取样口3-12；

步骤3，催化剂的安装：打开烟气混合组件2和分仓式测试反应器3之间的法兰2-8和3-9，使用吊钩取出催化剂篮3-3。在催化剂篮中分别按照要求装入不同的催化剂。催化剂的标准为150mm×150mm，对于蜂窝状催化剂可以直接使用催化剂单元，对于板式催化剂和波纹板式催化剂切割成150mm×150mm的截面，长度与SCR反应器中催化剂单层长度相同。在催化剂装入过程中使用耐高温的惰性玻璃纤维棉密闭催化剂篮与催化剂之间的缝隙。将催化剂篮连同催化剂分别置于不同的分仓中，同样使用耐高温的惰性玻璃纤维棉将催化剂篮与反应器外壁密封。注意催化剂篮的上沿与分仓板的上沿保持300mm以上的距离。关上打开烟气混合组件2和分仓式测试反应器3之间的法兰2-8和3-9。将所有的设备连成密闭系统。在系统启动之前，打开压缩空气进行系统检漏。

步骤4，系统启动：依次打开烟气引出管截止阀、烟气出口净化装置截止阀、烟气返回管的阀门，打开引风机，调节烟气净化装置调节阀门，使得烟气流速    与SCR反应器相同。烟气从SCR反应器中经过烟气引入管、烟气混合组件的静态混合器、催化剂、烟气出口净化装置、引风装置和返回系统，返回SCR反应器空气预热器的上游。等系统稳定半个小时候进行测试。当温度不满足脱硝催化剂运行温度时，关闭烟气引出管的阀门。

步骤5，测试：在催化剂上游的混合烟气段测试总烟气的温度、粉尘浓度、压力和各组分浓度(包括O2、NO、SO2、SO3等)，在各分仓的上游分别测试分仓的压力和烟气流速，在各分仓的下游测试内容包括NO、SO3、NH3浓度和压力，通过上下游的压力差和组分浓度计算各催化剂压损、脱硝率、SO2氧化率和氨气逃逸率，为了判断系统的堵塞程度，需要测试催化剂下游总的压力，所以在分仓板下游的当需要测试脱除总的压损、脱硝率、SO2氧化率和氨气逃逸率，可以在分仓板下游的总取样口进行取样测试；

步骤6，压缩空气吹扫：在运行中，注意观察粉仓中的粉尘的料位，当料位超过设定值时，打开排灰阀进行排灰；当分仓板上下游总压损大于临界值(说明催化剂堵塞)，关闭烟气引出管阀门和旋风分离器下游的截止阀，关闭引风机。排出灰斗中的飞灰，保持排灰管阀门的开启，打开压缩空气吹扫系统的阀门进行吹扫，直到压力重新返回正常值。关闭压缩空气吹扫系统和排灰阀，重新启动系统。

步骤7，取出催化剂测试：当达到一定的测试时间，或者催化剂活性下降，需要分析判断中毒原因时，关闭烟气引出管的阀门、引风机和烟气返回管的阀门。采用步骤6进行吹扫、降温，等吹扫干净，催化剂达到常温后，打开分仓式反应器上游的法兰，催化剂篮可使用吊钩向上吊，将催化剂篮装有的各分仓中的测试催化剂模块取出，进行物理化学性能实验室测试，可以判断氮氧化物耐中毒、机械强度、耐磨损能力和寿命等，从而可以对催化剂作出综合评价。

常规监测内容包括总入口温度(判断入口引出管阀门的启闭)，总压降(判断何时进行吹灰)和分仓压降(计算催化剂的压损)，总流量和分仓流量(计算空速比)，总O2浓度(进行浓度校核)、各分仓和总脱硝率、SO2氧化率、氨气逃逸率，粉尘浓度和料位高度等。表1为实施过程的一张记录表格。

表1有SCR反应器常规监测记录表

测试时间	开始点	日时		结束点		日时		累积运行时间		时
											测试内容	总入口	分仓1		分仓2		分仓3		分仓4		总出口
催化剂A		催化剂B		催化剂C		催化剂D
								入口	出口	入口			出口	入口	出口	入口	出口
温度/℃	372
								压力/Pa	-62	-80	-360	-78	-372	-82	-378	-76	-368	-402
压损/Pa		280		294		296													292		340
								流量(m3/h)	2004	508		496		503		497
粉尘浓度(g/m3)	12.563
								O2/％	5.2
H2O/％	7.2
								NOx/ppm	650		102		76		88		80
脱硝率/％		84.3		88.31		86.46													87.69

SO2/ppm	3000
											SO3	54		68		80		76		83
SO2/SO3氧化率/％		0.47		0.87		0.73		0.97
											NH3/ppm			2.3		1.5		1.7		2.8
粉仓料位超限否	未超限

从表1中，可以发现在所有四种催化剂中，压损是C＞B＞D＞A，脱硝率是B＞D＞C＞A，SO2氧化率是D＞B＞C＞A，氨气逃逸率是D＞A＞C＞B，根据比较结果及时判断催化剂的能耗、抗堵性能、中毒情况和寿命等。

当完成活性测试或需要分析催化剂活性下降原因的时候，取出催化剂，在实验室对催化剂的磨损率(反应前后催化剂的重量和壁厚)、机械强度、各微观参数(包括反应前后的BET表面积、孔径分布、元素分析和晶相结构等，判断催化剂的中毒情况和原因)等进行分析比较判断。

根据以上的测试分析内容，选择最适合该电厂烟气条件的SCR脱硝催化剂。

实施例2

请参见图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10。对于无SCR反应器的电厂乙对候选催化剂进行比较，从省煤器和空预器之间合适的温度区间取适量的烟气从烟气引入管1引入烟气，分仓式脱硝催化剂测试分析方法相对实施例1所不同的是在烟气混合组件2上端伸入有氨气计量喷射系统的喷嘴2-1，分仓式测试反应器3内位于分仓板支撑框架下放焊接有静态混合器3-9。在无SCR脱硝反应器的情况下，需要喷入氨气才能在脱硝催化剂模块中发生脱硝反应。氨气的喷射量需要根据经过下游静态混合器混合后的NO浓度、NH3逃逸率和总烟气流量进行调节和控制。

测试内容与实施例1相同，只是多了总出口氮氧化物浓度及氨气逃逸率。所有常规测试项目见表2。

表2无SCR反应器常规监测记录表

测试时间	开始点	日时		结束点		日时		累积运行时间		时
											测试内容	总入口	分仓1		分仓2		分仓3		分仓4		总出口
催化剂A		催化剂B		催化剂C		催化剂D
								入口	出口	入口			出口	入口	出口	入口	出口
温度/℃	372
								压力/Pa	-62	-80	-360	-78	-372	-82	-378	-76	-368	-402
压损/Pa		280		294		296													292		340
								流量(m3/h)	2004	508		496		503		497
粉尘浓度(g/m3)	12.563
								O2/％	5.2
H2O/％	7.2
								NOx/ppm	650		102		76		88		80	93
脱硝率/％		84.3		88.31		86.46													87.69		85.69

SO2/ppm	3000
											SO3	54		68		80		76		83
SO2/SO3氧化率/％		0.47		0.87		0.73		0.97
											NH3/ppm			2.3		1.5		1.7		2.8	2.1
粉仓料位超限否	未超限

Claims (6)

1.一种分仓式脱硝催化剂测试分析方法，其特征在于按如下步骤进行：

步骤1，设置分仓式测试反应器(3)，该分仓式测试反应器(3)的上、下端分别与烟气混合组件(2)和烟气出口净化装置(4)连通，所述烟气混组件(2)上端连通烟气引入管(1)；所述烟气出口净化装置(4)下端连通引风装置(5)；所述分仓式测试反应器(3)内腔由分仓板(3-1)纵向分隔为至少两个空腔(3-2)，在每一个空腔(3-2)中部设置有一个催化剂篮(3-3)；该催化剂篮(3-3)由主管和筛网组成，在该催化剂篮(3-3)上设置吊孔，通过催化剂篮支撑框架(3-5)将催化剂篮(3-3)搁于分仓式测试反应器(3)内；所述空腔(3-2)上下口部与催化剂篮之间为每个空腔(3-2)分别设置有上、下游测温测压取样口(3-10、3-11)，所述分仓板(3-1)通过分仓板支撑框架(3-4)搁于分仓式测试反应器(3)内，位于分仓板支撑框架(3-4)下方设有下游总测温测压取样口(3-12)；

步骤2，装入催化剂，在分仓式测试反应器(3)内每一个催化剂篮(3-3)中装入不同的催化剂，催化剂上端面距离分仓板上沿保持一定的距离；

步骤3，接入烟气测试，从烟气引入管(1)引入烟气，经烟气混合组件(2)将烟气充分混合均匀，烟气进入分仓式测试反应器，经过在每个空腔(3-2)中催化剂篮(3-3)的催化剂，通过催化剂上游的测温测压取样口测试经过催化剂前烟气的压力、温度和烟气成分；再分别测试经过每个催化剂后下游的压力、烟气流速、氮氧化物浓度、氨气逃逸值和SO₃浓度，以此对每一个测试催化剂模块的压损、脱硝率、SO₂氧化率和氨逃逸率进行判断；

步骤4，取出催化剂测试，关闭上下游的阀门后，催化剂篮用吊钩向上吊，将催化剂篮装有的各分仓中的测试催化剂模块取出，进行物理化学性能实验室测试，以此判断氮氧化物耐中毒、机械强度、耐磨损能力和寿命等，从而对催化剂作出综合评价。

2.根据权利要求1所述分仓式脱硝催化剂测试分析方法，其特征在于：烟气引入管(1)上设有入口截止阀(1-1)。

3.根据权利要求1所述分仓式脱硝催化剂测试分析方法，其特征在于：所述烟气混合组件(2)上端为连接圆管(2-1)，该圆管(2-1)顶部配有螺纹或法兰，所述连接圆管(2-1)通过方变圆(2-2)与不锈钢管(2-3)连通；该不锈钢管(2-3)内壁焊有微型混合器(2-4)，在微型混合器(2-4)下方伸入有压缩空气喷射系统的喷管(2-5)，位于该喷管(2-5)上向下设置有喷嘴，所述烟气混合器组件(2)下端设有方法兰(2-6)。

4.根据权利要求1所述分仓式脱硝催化剂测试分析方法，其特征在于：分仓式测试反应器(3)是截面为正方形的柱状结构，上端采用方法兰(3-9)连接，下端通过方变圆(3-6)连通下接管(3-7)采用圆法兰(3-8)连接。

5.根据权利要求1所述分仓式脱硝催化剂测试分析方法，其特征在于：所述烟气出口净化装置(4)设有用来除尘的漏斗形旋风除尘器(4-3)，该旋风除尘器(4-3)与烟气气量的调节阀(4-7)一端连接，调节阀(4-7)的另一端与进行计量的流量计(4-8)连接；旋风入口管(4-2)上端设有与分仓式测试反应器(3)相连接的法兰(4-1)，其下端插入旋风除尘器(4-3)中；所述旋风除尘器(4-3)的侧壁上装有料位计(4-6)，下端装有排空阀(4-5)和排空管(4-4)。

6.根据权利要求1所述分仓式脱硝催化剂测试分析方法，其特征在于：引风装置(5)的主体是一个引风机(5-5)，引风机入口管(5-4)通过不锈钢金属软管与出口烟气出口净化装置(4)的出口管(4-9)连通；引风机出口管(5-3)与三通(5-2)相连，该三通的一个出口端接排空阀(5-1)；另一出口端为烟气返回接管(5-6)，其上设有出口截止阀(5-7)。

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