CN101185845A - 不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置 - Google Patents

Abstract

一种不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，在SCR反应器侧边整流器的下部合适的位置开孔预留烟气引出管组件和烟气返回管组件，需要时，通过不锈钢金属软管与烟气混合器组件、检验催化剂装承组件、出口烟气净化装置和引风装置连接，形成完整的采样系统旁路。装在检验催化剂装承组件中的检验催化剂与SCR反应器内实际运行的脱硝催化剂相同。该旁路可以随时关停，可以在不停机的情况下取出检验催化剂试样分析，了解催化剂的中毒情况和原因，从而为更换和添加催化剂提供更加及时、准确的信息。克服了现行只有当停炉检修时，才能取出试样进行分析，以致不能对脱硝催化剂中毒情况及原因作出及时判断的不足。

Description

不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置

技术领域

本发明涉及到一种电厂锅炉在不停炉情况下，即可实现脱硝催化剂采样的装置，使得所检验的脱硝催化剂与实际SCR反应器中脱硝催化剂相同，从而为更换和添加催化剂提供更加准确的信息。

背景技术

脱硝催化剂是电厂SCR脱硝的核心，对脱硝工程的造价和性能有举足轻重的影响。在脱硝催化剂投运后，由于中毒和老化等原因，催化剂活性会不断下降。为了满足脱硝的性能保证值，需适时了解脱硝催化剂的中毒情况和中毒原因，调整催化剂管理策略，及时更换或添加催化剂。在常规设计中，催化剂层中布置一定数量的检验催化剂试样。考虑到SCR催化剂通常布置在锅炉省煤器和空预器之间，对于不设旁路的SCR系统，只有当锅炉停炉检修时，才能取出检验催化剂试样进行分析，因此存在不能对脱硝催化剂的中毒情况及原因作出及时判断的不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有检验催化剂试样需要在锅炉停炉检修时才能取出进行分析检测的局限性而提供一种可以在不停炉的情况下取出检验催化剂，以便进行分析检验的装置。本发明的关键是保证检验脱硝催化剂的温度、压力、气流速度、烟气组成及粉尘浓度等运行条件与SCR反应器中的脱硝催化剂相同，通过适当的措施可以及时切换取出检验催化剂试样进行分析。

本发明的目的可以通过以下技术措施来达到，即这种不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，是在新设计的SCR反应器上、或者利用SCR脱硝系统停运期间，对脱硝系统作适当改造，在SCR反应器侧边整流器的下部合适的位置开孔预留烟气引出管组件和烟气返回管组件，并通过不锈钢金属软管与烟气混合器组件、检验催化剂装承组件、出口烟气净化装置和引风装置连接，形成完整的采样系统旁路。装在检验催化剂装承组件中的检验催化剂与SCR反应器内实际运行的脱硝催化剂相同。该旁路可以随时关停，可以在不停机的情况下取出试验催化剂试样分析，了解催化剂的中毒情况和中毒原因。此外，该方案还可以对不同于运行催化剂的形态结构和组成的催化剂进行考察，通过分析催化剂上下游的压差、脱硝率、SO2氧化率、氨气泄漏率和催化剂寿命等参数指标，与现行催化剂进行比较，为下一次更换催化剂提供指导信息。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来达到：一种不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，包括SCR反应器，在该SCR反应器中设置有整流器，装有催化剂，其特征在于：在所述整流器下方的SCR反应器侧壁上，其关键在于：在SCR反应器侧边整流器的下部位置开孔预留烟气引出管组件和烟气返回管组件，所述烟气返回管组件外端通过不锈钢金属软管与引风装置连接，所述烟气引出管组件通过不锈钢金属软管与烟气混合器组件、检验催化剂装承组件、出口烟气净化装置连接，该净化装置经管道与引风装置连接连通，形成完整的采样系统旁路。

在锅炉停运检修期间，在整流器下侧、第一层催化剂层的SCR反应器壁上打孔，安装烟气引出管；同理，在最下层催化剂之下安装烟气返回管。烟气引出管和返回管可以作为标准配置，在SCR反应器的设计阶段进行预留。在无需安装不停炉脱硝催化剂采样系统时，关闭烟气引出管和返回管的阀门，并使用法兰或堵头(根据不锈钢软管的连接方式而定)将系统密封。

在需要安装不停炉脱硝催化剂采样系统时，保持烟气引出管和返回管的阀门保持关闭状态，连接好烟气混合器组件、检验催化剂装承件、烟气净化装置、引风装置和不锈钢金属软管连成一个完整的系统。

本发明与现有技术相比，提供了一种可以让检验催化剂与真实运行催化剂在相同的烟气条件下运行，烟气垂直通过检验催化剂单元，故检验催化剂可以与运行催化剂同步中毒、催化剂活性劣化；在催化剂活性下降、需要分析催化剂中毒的原因时，可以不等到停炉随时将旁路切换，取出其中的检验催化剂，通过实验室分析，了解催化剂活性下降的原因，及时调整催化剂管理方案，延长催化剂使用寿命。此外，该装置还可以对不同于运行催化剂的形态结构和组成的催化剂进行考察，通过分析催化剂上下游的压差、脱硝率、SO2氧化率、氨气泄漏率和催化剂寿命等参数指标，了解其他催化剂块的脱硝性能，选择适合该烟气条件的最优催化剂。与现行催化剂进行比较，为下一次更换和添加催化剂提供更加准确的信息。

附图说明：

以下将结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

图1是本发明的系统流程图；

图2是本发明的烟气引出管组件结构图；

图3是本发明的烟气混合器组件结构图；

图4是本发明的催化剂装承件结构图；

图5是图4A-A剖面图；

图6是图4B-B剖面图；

图7是图4C-C剖面图；

图8是本发明的出口烟气净化装置组成图；

图9是本发明的引风装置结构图；

图10是本发明的烟气返回装置结构图；

具体实施方式

参见图1，本发明一种不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，在该SCR反应器中设置有整流器8，装有催化剂，在所述整流器8下方的SCR反应器侧壁上开孔预留烟气引出管组件1和烟气返回管组件6，所述烟气返回管组件6外端通过不锈钢金属软管7与引风装置5连接，所述烟气引出管组件1通过不锈钢金属软管7与烟气混合器组件2、检验催化剂装承组件3、出口烟气净化装置4连接，该净化装置4经管道与引风装置5连接连通，形成完整的采样系统旁路。

检验催化剂采用的截面为150×150mm的脱硝催化剂单元，长度与实际运行的单层催化剂相同。

下面结合附图分别对各组成部分做进一步的说明。

一、烟气引出管(见图2)

烟气引出管组件1的作用是将省煤器后端(SCR催化剂整流器8之后)的含尘烟气通过管道引入旁路催化剂中。

为了使得旁路催化剂中的流速与实际运行的催化剂的流速相同，入口段的截面积需与旁路催化剂段的面积相同。在单催化剂单元(截面150×150mm)测试系统中，入口段的内截面为直径200mm的圆，而烟气引出管主体管道1-3为内径100mm的不锈钢管，所以入口段为φ200×φ100的不锈钢大小头1-2。为防止爆米花飞灰进入采样系统，造成采样系统管道的堵塞，在大小头的顶端设置筛孔为2mm左右的不锈钢筛网1-1。为了观察和清理筛网上可能的爆米花灰，在入口管同一高度设置观察清理孔1-8。

为了防止锅炉的壁面效应，入口大小头1-2与SCR反应器内壁9的距离保持在500mm以上。烟气引出管主体管道1-3应保持较大角度(与水平方向角度需要保持在45度以上)，以防止飞灰的沉积、堵塞，并有利于飞灰的排出；同时弯管半径是所述烟气引出管主体管道(1-3)直径的两倍。为了便于操作，引出管的出口段与SCR反应器的外保温层1-7的距离保持在200mm以上。

为了能够在SCR催化剂运行的过程中随时进行切换，取出催化剂进行分析测试，在引出管出口段设置截止阀1-6。引出管下端设置连接短管1-5，连接短管1-5的出口采用螺纹或法兰形式(视不锈钢金属软管的连接方式而定)。

旁路催化剂未投入使用时，关闭阀门，并采用螺纹堵头1-4(或法兰盲板，视金属软管的连接方式而定)将引出管的下端面封闭。

烟气引出管可以在SCR系统设计阶段作为标准件设计，固定在SCR反应器上。整个烟气引出管采用不锈钢制作。

烟气引出管与SCR反应器进行密封。为了防止温度下降，烟气引出管在SCR反应器之外的部分采用外保温，如果温度下降较多，可设置电加热进行温度补偿。

二、烟气混合器组件2(参见图3)

为了确保进入检验催化剂中烟气和粉尘均匀，设置微型混合器2-5。微型混合器焊在不锈钢管2-4内壁。

不锈钢管的直径与催化剂装承件相同，催化剂装承管为方管，故需要设置锥形管2-3。

在组件的上端为连接圆管2-1，圆管顶部配有螺纹(或法兰，视不锈钢软管而定)。连接圆管2-1中部设置三根或四根吹扫管2-2，吹扫管上设置阀门开关2-7，可以对催化剂和混合器进行吹扫。吹扫管与入口连接圆管2-1轴向角度30度。吹扫气为压缩空气(或氮气)。

混合器组件下端面设置方法兰2-6，与催化剂装承件3法兰连接。

连接圆管采用不锈钢制作，吹扫管可采用紫铜管制作，与烟气引出管类似，需要设置外保温，如果温度下降较多，可设置电加热进行温度补偿。

三、催化剂装承件3(见图4、图5、图6和图7)

催化剂装承件3是采样系统的核心组件。催化剂装承件上端和下端均采用法兰连接。在更换和取出催化剂时，打开上端法兰3-1。催化剂装载提篮中，提篮设置吊孔，采用拉钩取出。在催化剂的上下侧均设有多个温度、压力测点及多个取样点。

检测催化剂试样3-10与运行催化剂单元的长度、孔径和壁厚相同，催化剂单元的尺寸为150mm×150mm(以蜂窝状催化剂为例，如果是板式催化剂或波纹板式催化剂，则切割出150mm×150mm的催化剂单元)。

催化剂篮由不锈钢筛网和催化剂篮主管等组成，检验催化剂试样置于催化剂篮3-3中。在催化剂篮上设置吊孔3-2，在更换催化剂时，使用把手将催化剂篮3-3采用拉钩整体性吊出。不锈钢筛网3-9具有一定的机械强度、孔径比催化剂孔径略小，其与催化剂篮主管采用焊接连接方式。检验催化剂试样与催化剂篮的密封3-15采用耐高温的玻璃纤维布等惰性材料，密封的高度低于催化剂篮吊孔。

催化剂篮搁于焊外套管的不锈钢催化剂篮支撑板3-4上，不锈钢催化剂篮支撑板上的孔比催化剂篮的孔略小。

检验催化剂的上下游分别设立测压口3-13、测温口3-14和烟气进口取样口3-12、出口取样口3-8，测试反应温度、催化剂压力降，从抽气采样口取样，测试催化剂的脱硝率、SO2的氧化率和氨气逃逸率等。进口测试采样口距催化剂篮上沿100mm以上，出口测试取样口3-8距催化剂篮支撑板下沿100mm以上。

为了保证运行温度与催化剂相近，需要设置外保温。如果温度下降太大，需要设置电加热装置进行温度补偿。在温度过高时，需要及时切断进入烟气，防止催化剂烧结。

催化剂装承件的下接管3-5为内径100mm的圆管，与外套管3-11的连接采用方变圆3-7连接。下接管采用法兰3-6与出口净化烟气装置连接。

在安装检验催化剂时，注意采用的检验催化剂的形态结构、组成及长度与运行催化剂相同。检验催化剂装承在催化剂篮中。为了防止烟气短路，催化剂单元包裹有惰性的耐高温的玻璃纤维棉保证催化剂单元与催化剂篮之间的密封。在将催化剂篮放入催化剂装承件时，也需要使用惰性的耐高温的玻璃纤维棉3-16保持催化剂篮与装承件外套管之间的密封。催化剂篮置于催化剂篮支撑板3-4上。

四、出口烟气净化装置(见图8)

烟气出口净化装置4采用旋风除尘器4-3除尘，除尘后的烟气经调节阀4-7调节气量，并采用流量计4-8进行计量。旋风入口管4-2与催化剂装承组件3采用法兰4-1连接。灰仓中设立料位计4-6，观察灰仓的运行情况。定期将灰仓中停留的飞灰通过开启排空阀4-5，从设在底部的排空管4-4出口排出。旋风出口管上设立调节阀和流量计，控制通过检验催化剂单元的烟气流量。出口管4-9通过不锈钢金属软管7与引风装置5连接，采用螺纹连接或法兰连接(取决于不锈钢金属软管的接口类型)。

整个系统采用不锈钢制作，并采用外保温防止散热和烫伤。

五、引风装置(见图9)

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净化装置4的出口管4-9连接。出口管5-3与三通5-2相连，三通的一个出口端接排空阀5-1，可以直接排空；另一出口端5-6与返回SCR反应器的金属软管7连接，其上设有截止阀5-7。

六、烟气返回管(见图10)

烟气返回管6固定在SCR反应器上。引风机出来的烟气经不锈钢金属软管与烟气返回管6-2返还，烟气返回管与水平方向的角度保持45度以上，烟气返回管的安装位置位于最下层催化剂之下。

为了能够在SCR催化剂运行的过程中可以随时进行切换，取出催化剂进行测试，在返回管的入口段设置一个截止阀6-1。与引风装置5之间采用不锈钢金属软管7连接。配有连接短管，短管配有螺纹或法兰(与不锈钢金属软管配对)。

烟气返回管可以作为SCR系统设计时的标准配件进行设计，固定在SCR反应器6-3上。在旁路SCR催化剂不投入使用时，可以采用螺纹堵头(或法兰盲板)将返回管的上端面封闭。

注意保持返回管与SCR反应器之间的密封。烟气返回管需要保温。为了便于操作，截止阀距离SCR反应器外壁保温层200mm以上。

七、不锈钢金属连接软管7。

在烟气引出管组件1和烟气混合器组件6之间、出口烟气净化装置4和引风装置5之间以及引风装置5与烟气返回管6之间采用不锈钢金属连接软管7，不锈钢金属连接管与组件之间采用法兰连接或螺纹连接，方便移动采样装置的位置移动和调整。不锈钢金属软管尽量保持较大角度，防止粉尘在其中累积。

八、固定支撑装置

设置平台和固定装置将测样系统固定支撑，烟气引出管和烟气返回管与SCR反应器也需要固定支撑，并采取密封措施防止烟气泄漏。

九、保温和加热装置

整个采样系统需要全程保温。如果烟气温度下降太多，则在催化剂装承件上游部件(包括装承件)需要设置电加热组件来进行温度补偿。

按照上述组装而成的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，在运行时，打开烟气引出管和返回管的阀门，启动引风机，使烟气流经检验催化剂。由于取自真实烟气，而且经过了烟气混合器，所以到达检验催化剂各处的烟气成分(包括粉尘浓度)与SCR反应器内部的运行催化剂是相同的。通过了解检验催化剂的中毒情况和原因，就可以了解SCR反应器脱硝催化剂的中毒情况。

在运行中采用外保温，并使用电加热进行温度补偿保持烟气的温度与SCR反应器内部相同，如果烟气温度太高，超过检验催化剂的承受温度的上限，则关闭整个不停炉脱硝催化剂采样系统旁路。

为了减少粉尘对引风机的磨损和系统堵塞的风险，使用旋风分离器进行除尘。观察料位计中积灰的高度，及时打开底部排空阀将飞灰排出。

为了保持烟气流速与催化剂相同，使用调节阀进行烟气调节，并使用流量计进行计量。

在运行过程中，当混合器和催化剂发生灰堵时，需要关闭引风机、烟气引出管阀门和返回管阀门，使用吹扫管进行吹扫。在吹扫时关闭旋风分离器出口阀门，打开灰斗排空管阀门，将其中灰斗中积灰排空。开启吹扫管阀门进行高速吹扫，直到吹扫干净。

在催化剂性能下降时，需要对催化剂中毒情况和中毒原因进行分析时，关闭引风机、烟气引出管阀门和返回管阀门，采用排灰堵相同的措施进行吹扫，排出其中的残留的飞灰，并将温度降至常温。待检验催化剂冷却后，打开检验催化剂装承件上部法兰，使用催化剂篮吊钩将催化剂取出，取出后注意保持催化剂的干燥。将取出的检验催化剂单元送回催化剂生产厂商或者实验室进行检验，了解催化剂的中毒情况和中毒原因，及时调整催化剂管理策略，延长催化剂使用寿命。在对其他不同类型催化剂进行性能比对试验时，可以采用不同孔径、壁厚和类型的催化剂进行试验，对于蜂窝状催化剂仍采用150×150的催化剂单元，对于板式催化剂和波纹板式催化剂，则将催化剂切割成150×150的截面积，长度与运行催化剂相同。在运行的过程中，通过催化剂上下游的压力测点和取样口进行取样，了解催化剂的压降和催化剂堵塞情况。由于烟气中已经喷入NH3，所以测试催化剂的脱硝率、SO2氧化率和NH3逃逸率，了解催化剂的活性随时间的变化，判断催化剂的寿命，在停运时观察待选催化剂的耐磨损性和机械性能，对催化剂进行综合比较，为添加和更换催化剂提供更加准确的信息。

Claims (9)

1.一种不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，包括SCR反应器，在该SCR反应器中设置有整流器(8)，装有催化剂，其特征在于：在所述整流器(8)下方的SCR反应器侧壁上开孔预留烟气引出管组件(1)和烟气返回管组件(6)，所述烟气返回管组件(6)外端通过不锈钢金属软管(7)与引风装置(5)连接，所述烟气引出管组件(1)通过不锈钢金属软管(7)与烟气混合器组件(2)、检验催化剂装承组件(3)、出口烟气净化装置(4)连接，该净化装置(4)经管道与引风装置(5)连接连通，形成完整的采样系统旁路。

2.根据权利要求1所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，其特征在于：所述的烟气引出管组件(1)有一根烟气引出管主体管道(1-3)，该引出管主体管道的入口段为不锈钢大小头(1-2)，在大小头的顶端设有不锈钢筛网(1-1)；在SCR反应器壁上与引出管主体管道(1-3)入口的同一高度设有观察清理孔(1-8)，在引出管主体管道(1-3)出口段设置截止阀(1-6)，其下端设置连接短管(1-5)。

3.根据权利要求1或2所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，其特征在于：所述的烟气引出管主体管道(1-3)的轴心线与水平方向角度需要保持在45-90度，同时弯管半径是所述烟气引出管主体管道(1-3)直径的两倍，引出管的出口段与SCR反应器的外保温层(1-7)的距离保持在200mm以上，入口大小头(1-2)与SCR反应器的内壁(9)的距离保持在500mm以上；烟气引出管在SCR反应器之外的部分采用外保温。

4.根据权利要求1所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，其特征在于：所述的烟气混合器组件(2)的上端为连接圆管(2-1)，该圆管顶部配有螺纹或法兰，连接圆管(2-1)中部设置三根或四根吹扫管(2-2)，在吹扫管上设置阀门开关(2-7)，该吹扫管与入口连接圆管(2-1)轴向角度30度，在连接圆管(2-1)与不锈钢管(2-4)之间，设有锥形管(2-3)；微型混合器(2-5)焊在不锈钢管(2-4)内壁，烟气混合器组件下端设有方法兰(2-6)。

5.根据权利要求1所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，其特征在于：所述的催化剂装承件上端和下端均采用法兰连接，催化剂篮(3-3)由不锈钢筛网和催化剂篮主管组成；检验催化剂试样(3-10)置于催化剂篮(3-3)中；在催化剂篮(3-3)上设置吊孔(3-2)，不锈钢筛网(3-9)的孔径比催化剂孔径小；检验催化剂试样与催化剂篮的密封(3-15)采用耐高温的玻璃纤维布等惰性材料，密封的高度低于催化剂篮吊孔(3-2)；催化剂篮(3-3)搁于焊外套管的不锈钢催化剂篮支撑板(3-4)上，该支撑板(3-4)上的孔比催化剂篮的孔小；检验催化剂的上下游分别设立测压口(3-13)、测温口(3-14)和烟气进口取样口(3-12)、出口取样口(3-8)；催化剂装承件的下接管(3-5)与外套管(3-11)的连接采用锥形管(3-7)连接。

6.根据权利要求5所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，其特征在于：检测催化剂试样(3-10)与SCR反应器中催化剂的长度、孔径和壁厚相同。

7.根据权利要求1所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，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)上端设有与催化剂装承组件(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)。

8.根据权利要求1所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，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净化装置(4)的出口管(4-9)连接；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(5-6)与返回SCR反应器的金属软管(7)连接，其上设有截止阀(5-7)。

9.根据权利要求1所述的不停炉即可实现脱硝催化剂采样的装置，其特征在于：烟气返回管(6)固定在SCR反应器上，其底端位于最下层催化剂之下，与水平方向的夹角保持45度以上；在返回管(6-2)的入口段设有一个截止阀(6-1)。

Images