CN102103047B - 一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法和装置，属于环境工程大气污染控制技术领域。该方法采用数控流量计精确调整模拟烟气的主要组份，经高效的旋流混合器后，模拟烟气进入装有待测催化剂的方形不锈钢反应器，采用开式、方形腔体结构的三段炉恒温加热和嵌入式测温装置实时监测烟温的变化，引入还原剂气态NH3，通过烟气分析仪检测反应器前后烟气的NO浓度变化，可得催化剂的活性。本发明装置系统简单，参数调整精确，运行可靠，实验效率高，可动态模拟检测不同运行工况下催化剂的活性，填补了国内烟气脱硝催化剂检测技术的空白。

Description

一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法和装置
技术领域
本发明属于环境工程大气污染控制技术领域，是一种对运行使用过程中烟气脱硝催化剂活性进行检测的方法和装置。
背景技术
近几年来，我国燃煤电站氮氧化物(NOx)的排放量不断上升，2008年前NOx排放总量已增至840万吨，约占全国NOx排放量的40％，并对我国的大气环境与生态安全造成了重大的危害。“十二五”计划中，国家将把NOx的减排作为约束性的考核指标，目前也正在抓紧制定更加严格的火电厂烟气污染物(包括NOx)排放标准。
在经济发达地区和环境敏感区的燃煤电厂，已经开始采用高效的烟气脱硝技术-选择性催化还原法(Selective catalytic reduction，SCR)工艺。SCR法脱硝的原理是向锅炉排放烟气中喷入NH3等还原剂，在催化剂作用下与烟气中的NOx生成无害的N2和H2O。至2008年底，我国已投运的烟气脱硝机组约19620MW，占煤电机组容量的3.4％。目前在建的脱硝装置近100台。预计到2010年底，我国建成的烟气脱硝发电机组容量将在1亿kW以上，占燃煤电厂的12％以上。
为保证烟气流通的顺畅，脱硝催化剂均采用规整块状催化剂，型式主要有蜂窝式和平板式，主要成份可表示为V2O5(WO3)/TiO2，其中，V2O5是活性组份，TiO2是催化剂载体，WO3则为催化助剂。烟气脱硝催化剂的活性是指催化NH3与NOx化学反应的综合能力。与其他催化剂一样，脱硝催化剂在运行过程存在着活性下降的问题，造成脱硝催化剂失活的原因很多，有燃料、设备以及运行等方面的原因。烟气飞灰中许多化合物都是潜在的催化剂毒害物质，其中的砷、碱金属、碱土金属及金属氧化物所具有的毒害作用最为明显。这些存在于煤中的物质是在燃烧过程中释放出来的，并以气态氧化物的形式存在于烟气中。在烟气温度下降时，它们会凝结在飞灰颗粒上，特别是容易凝结在细小颗粒上，当随着这些飞灰沉积在催化剂上以后，就可能与催化剂中的酸性中心发生化学反应，从而破坏催化剂的活性。另外，烟气中温度波动对催化剂的物理损伤也都会引起催化剂活性降低。
催化剂的活性直接关系到烟气的脱硝效率等问题，因此，开展催化剂的活性检测，掌握运行催化剂的性能变化特征，对保证烟气NOx的达标排放、制定催化剂寿命管理与更换计划以及促进脱硝系统的运行优化均具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、能对烟气脱硝催化剂活性进行有效检测的方法和装置，从而及时了解与评估运行中脱硝催化剂性能的变化特征。
本发明的技术方案是由动态模拟烟气组份的气瓶组、气体混合与预热器、反应器以及烟气分析仪等组成活性检测装置。把待测催化剂置于模拟反应器中，当反应器温度上升到设定值后，通入模拟烟气，并引入脱硝还原剂气态NH3，通过烟气分析仪检测反应器前后烟气的NOx浓度，可获得催化剂对烟气的脱硝效率，并根据下式计算催化剂的活性常数(K)：
K＝-AV·In(1-η)
式中：AV为模拟烟气的速率，m/h；η为脱硝效率，η＝(C1-C2)/C1，其中C1、C2分别为模拟反应器入口、出口处NOx浓度(mg/m3)。
通过与同类新鲜催化剂的活性常数相比，即可获得运行催化剂的活性(K/K0)
本发明装置的构造如说明书附图1所示。气瓶组(1)动态模拟烟气中的主要组份，包括NO、SO2、O2、N2等气体，通过质量流量计(3)来精确调整各组份的浓度，模拟烟气通过混合加热器(4)来实现气体的均匀混合与升温。模拟反应装置(5)包括反应炉和反应器，其中反应炉用于加热催化剂反应温度，炉腔为方形，以满足整体块状脱硝催化剂的形状要求，采用三段式加热，以保证80cm左右的催化剂在长度方向上受热均匀。反应器为方形结构，为催化反应提供场所，催化剂先置于方形反应器内部，反应器再置于反应炉中，三段式反应炉由多组热电偶等构成的温控器(6)来调节，反应器烟气进出口端盖均设有内嵌式的测温点。还原剂由NH3气瓶(2)提供，催化反应器前后的烟气组份通过烟气分析仪(7)在线监测，实验最终排放的气体由净化器(8)进行处理后排放。
本发明的操作过程是：将待测催化剂放入模拟反应器内，并确保催化剂与反应器内壁之间密封良好。将烟气混合器和反应炉预热至设定的温度点后，调整模拟烟气的空间速率以及各组份的浓度符合实验设定值，待气流稳定后，整个模拟系统静置一定时间。之后通入还原剂NH3，调整NH3/NO的摩尔比，开启烟气分析仪测试功能，待读数稳定后，记录数据。
本发明的特点主要为：
(1)采用数控质量流量计，可精确地调节气体组份的比例与浓度，实现烟气的动态模拟。
(2)采用旋流式气体混合加热器，有效地提高模拟烟气混合的均匀性，同时确保模拟烟气进入催化反应器之前基本达到相应的实验温度，从而减少模拟烟气温度波动对催化剂性能发挥的影响。
(3)采用三段式开式加热炉，催化反应温度可稳定地控制在±1℃内，避免普通管式炉在长度方向上存在温差的缺点。
(4)反应器烟气进出口端盖设有内嵌式的测温点，可及时了解模拟烟气催化反应前后的温差及与炉温的差异，避免出现炉温与烟温间的差异。
(5)根据规整块状脱硝催化剂的形状特点，设计出方便催化剂装卸的方形反应器，避免模拟烟气在反应器中出现偏流或股流现象。
(6)实验所需的催化剂用量可灵活调整，一般小于500cm3，极大地减少因实验给运行催化剂带来的破坏性影响。
总体上讲，该检测系统简单，参数调整精确，运行可靠，实验效率高，可动态模拟检测不同运行工况下催化剂的活性，填补了国内烟气脱硝催化剂检测的技术空白。
附图说明
说明书附图1烟气脱硝催化剂活性实验装置示意图
具体实施方式
实施例1：
分别取新鲜及运行8000h的规整块状脱硝催化剂各250cm3分次置于模拟反应炉中，确保催化剂与反应器内壁之间密封良好。调整模拟烟气的反应温度在280～380℃，空间速度为SV＝5000～60000h-1，烟气组份中NO为300～700mg/m3、SO2为1200～1800mg/m3、O2为2～6％、NH3/NOx为0.5～1.1，获得的催化剂活性指标(K/K0)为0.90。
实施例2：
分别取新鲜及运行14400h的规整块状脱硝催化剂各250cm3分次置于模拟反应炉中，确保催化剂与反应器内壁之间密封良好。调整模拟烟气的反应温度在280～380℃，空间速度为SV＝5000～60000h-1，烟气组份中NO为300～700mg/m3、SO2为1200～1800mg/m3、O2为2～6％、NH3/NOx为0.5～1.1，获得的催化剂活性指标(K/K0)为0.81。
实施例3：
分别取新鲜及运行25400h的规整块状脱硝催化剂各250cm3分次置于模拟反应炉中，确保催化剂与反应器内壁之间密封良好。调整模拟烟气的反应温度在280～380℃，空间速度为SV＝5000～60000h-1，烟气组份中NO为300～700mg/m3、SO2为1200～1800mg/m3、O2为2～6％、NH3/NOx为0.5～1.1，获得的催化剂活性指标(K/K0)为0.71。

Claims (2)

1.一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法，包括下述步骤：气瓶组(1)模拟烟气中的主要组份，即NO、SO2、O2、N2气体，通过数控流量计(3)调整来自气瓶组(1)的气体流量，准确实现所需的模拟组分配比，模拟烟气通过旋流混合加热器(4)来实现气体的均匀混合与预加热，之后进入模拟反应装置(5)，反应装置包括反应炉和反应器两部分，其中反应炉为开式炉，方形炉腔，采用三段加热的形式，保证催化反应温度的恒定性，反应器根据规整块状催化剂的外形特点设计成方形结构，催化剂先置于反应器内部，反应器再置于反应炉中，模拟反应装置的温度是由温控器(6)来调节与监测的，另外，反应器烟气进出口端盖设有内嵌式的测温点，以利烟温的观测，还原剂由NH3气瓶(2)提供，模拟烟气在反应器前后的组分浓度通过烟气分析仪(7)进行测试，模拟烟气最终由净化器(8)处理后排放。
2.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法，其特征在于：采用数控流量计精确配制模拟烟气组分，采用旋流混合加热器提高模拟气体的混合均匀性和气温，采用方形不锈钢反应器放置规整块状脱硝催化剂，采用嵌入式测温装置实时监测烟温的变化。
3. 根据权利要求1所述的用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法，其特征在于：所述的模拟烟气中主要组分的浓度为NO为300~700 mg/m3、SO2为1200~1800 mg/m3、O2为2~6%。
4. 根据权利要求1所述的用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法，其特征在于：所述的模拟烟气的空间速率(SV)为5000~60000 h-1。
5. 根据权利要求1所述的用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法，其特征在于：所述的模拟烟气催化反应温度在280~380℃。
6. 根据权利要求1所述的用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法，其特征在于：所述模拟烟气中NO与还原剂NH3的摩尔比为0.5~1.1。
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