CN102662028B - 用于检测脱硝系统催化剂对单质汞氧化能力的装置和方法 - Google Patents

Abstract

用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞的装置：依次连接的配气系统、电加热器、第1-3催化剂罐、活性炭吸附、引风机、第一截止阀、废气处理装置和第一泄压阀；空压机通过两分支连在电加热器前后；各催化剂罐前后的进出口管道上设有烟气取样点，第一催化剂罐前管道上还设有第二泄压阀和气体成分检测表，气体成分检测表外连有计算机，第三催化剂罐前后的管道上设有旁路，旁路上设有第二旁路阀。本发明还涉及上述装置的使用方法。本发明可分析燃煤电厂脱硝系统催化剂把烟气中零价汞氧化成二价汞的能力，用来为评估燃煤电厂最终排放到空气中汞的浓度提高数据支持。可以定期开展催化剂氧化单质汞能力监测，为电厂制定汞减排和控制措施提供依据。

Description

用于检测脱硝系统催化剂对单质汞氧化能力的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞--把烟气中零价汞氧化成二价汞能力的装置。本发明还涉及使用上述装置用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞的方法。

背景技术

目前，国家环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准，标准确规定：自2015年1月1日起，燃煤锅炉执行文件中表1规定的汞及其化合物污染物排放限值（不超过30μg/Nm³）。因此，如何合理制定烟气中汞的减排措施对燃煤火力发电厂至关重要，关系到电厂经济性和环保特性。大部分燃煤机组都已经装备了脱硝系统或者准备安装脱硝系统，从目前国内外的研究成果来看，烟气脱硝系统的催化剂对烟气中的零价汞有氧化作用，可以把零价汞氧化成二价汞，通过烟气脱硫系统对二价汞的溶解可以减少电厂烟囱烟气中汞的排放。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞--把烟气中零价汞氧化成二价汞能力的装置。

解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞的装置，其特征是包括：

以管道依次连接的配气系统、电加热器、第一催化剂罐、第二催化剂罐、第三催化剂罐、活性炭吸附装置、引风机、第一截止阀、废气处理装置和第一泄压阀；

另有空压机经储气罐后通过两条分支分别连接在所述的电加热器前后的管道上，分支一上设有储灰箱和第一流量控制阀，分支二上设有第一旁路阀；

所述的各催化剂罐前后的进出口管道上设有烟气取样点，第一催化剂罐前管道上还设有第二泄压阀和气体成分检测表，气体成分检测表外连有计算机，第三催化剂罐前后的管道上设有旁路，旁路上设有第二旁路阀。

所述的配气系统包括有SO₂、N₂、O₂、NO、零价汞蒸气标准气体罐，各罐的出口管道上分别设有第二至第六流量控制阀，各出口管道最后汇成一配气总管并接有第八流量控制阀和压力表。

所述的空压机输出管道上设有第九流量控制阀，所述的分支一的入口处设有第十流量控制阀。

本发明的技术方案的原理，就是利用N₂、O₂、NO、SO₂、零价汞蒸气标准气体进行配气，并加入燃煤电厂取来的飞灰（飞灰利用时底部烟道开孔，用压缩空气吹入烟道的方法）；模拟燃煤锅炉烟气的真实组份，控制气体的流速在8-10m/s左右，混合气体中灰的浓度控制在10-12g/Nm³；然后让混合气体通过加热装置加热至330-350℃，加热后的混合气体依次通过2层催化剂，催化剂箱体共3层，2用1备，与电厂的真实情况保持一致。在每层催化剂进口和出口均布置烟气取样测孔，用来抽取烟气，分析烟气中汞的含量和价态的转化情况。

采用OHM方法测试各个取样点烟气中汞的含量（包括零价汞、二价汞、颗粒汞）。本装置设置压力在线监测装置，并安装了泄压阀，反应后的尾气通过废气回收装置吸收处理，确保了检测过程中安全、环保。

该装置能够实现如下功能：

（1）能够检测不同催化剂活性对零价汞氧化成二价汞的能力；

（2）能够检测不同催化剂层数对零价汞氧化成二价汞的能力；

（3）能够检测不同烟气温度对催化剂氧化零价汞的能力影响程度；

（4）能够检测不同烟气成份对催化剂氧化零价汞的能力影响程度；

（5）能够检测烟气中不同灰浓度对催化剂氧化零价汞的能力影响程度。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种使用上述装置用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞的方法，包括以下步骤：

步骤1：装置严密性检查，利用压缩空气，使装置压力升高至0.1MPa，利用肥皂泡进行查漏；

步骤2：通压缩空气，并投入加热装置，加热至330℃-350℃，并维持稳定；进行热态严密性检查；

步骤3：根据不同试验要求进行配气，并从在线监测仪表中实时读数，通过调整标准气体气瓶出口的针形阀调整气体流量，从而改变混合气体中该组份气体的浓度，控制气体的流速在8-10m/s，混合气体中灰的浓度控制在10-12g/Nm³；然后让混合气体通过加热装置加热至330-350℃；

步骤4：待气体浓度稳定后，从催化剂进出口烟气取样点取样，测试烟气中汞的含量（包括零价汞、二价汞、颗粒汞）；

步骤5：测试结束后，首先停止烟气加热器供电，并关闭所有标准气体储气罐出口的阀门，同时停止飞灰供给，装置通入压缩空气吹扫直至加热器出口温度低于40℃，停止压缩空气供应；装置使用完毕。

计算方法：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{total}}=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-3\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-1\mathrm{in}}}$

${\mathrm{\η}}_1=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-1\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-1\mathrm{in}}}$

${\mathrm{\η}}_2=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-2\mathrm{out}}-{\mathrm{Hg}}_{2-1\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-2\mathrm{in}}}$

${\mathrm{\η}}_3=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-3\mathrm{out}}-{\mathrm{Hg}}_{2-2\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-3\mathrm{in}}}$

其中：

η_total—表示烟气经过3层催化剂后零价汞转化为二价汞的总转化率，%；

η₁—表示烟气经过第一层催化剂后零价汞转化为二价汞的转化率，%；

η₂—表示烟气经过第二层催化剂后零价汞转化为二价汞的转化率，%；

η₃—表示烟气经过第二层催化剂后零价汞转化为二价汞的转化率，%；

Hg_0-1in—表示第一层催化剂入口零价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_0-2in—表示第二层催化剂入口零价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_0-3in—表示第三层催化剂入口零价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_2-1out—表示第一层催化剂出口二价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_2-2out—表示第二层催化剂出口二价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_2-3out—表示第三层催化剂出口二价汞的浓度，mg/Nm³。

有益效果：本装置和方法可用于分析燃煤电厂脱硝系统催化剂把烟气中零价汞氧化成二价汞的能力，用来为评估燃煤电厂最终排放到空气中汞的浓度提高数据支持。通过使用本方法和装置，可以定期开展催化剂氧化单质汞能力监测，为电厂制定汞减排和控制措施提供依据。

附图说明

附图为本发明的用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞的装置实施例的组成结构示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明的用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞的装置，包括以管道依次连接的配气系统1、电加热器2、第一催化剂罐3、第二催化剂罐4、第三催化剂罐5、活性炭吸附装置6、引风机7、第一截止阀8、废气处理装置9和第一泄压阀10。

配气系统1包括有SO₂、N₂、O₂、NO、零价汞蒸气标准气体罐，各罐的出口管道上分别设有第二至第六流量控制阀23、24、25、26、27，流量控制阀各出口管道最后汇成一配气总管并接有第八流量控制阀28和压力表29。

另有空压机11经储气罐12后通过两条分支分别连接在电加热器2前后的管道上，分支一上设有储灰箱13和第一流量控制阀14，分支二上设有第一旁路阀15。

各催化剂罐前后的进出口管道上设有烟气取样点16、17、18、32，第一催化剂罐前管道上还设有第二泄压阀19和气体成分检测表20，气体成分检测表外连有计算机21，第三催化剂罐前后的管道上设有旁路，旁路上设有第二旁路阀22。空压机输出管道上设有第九流量控制阀30，分支一的入口处设有第十流量控制阀31。

使用上述装置用于检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞的方法，包括以下步骤：

步骤1：装置严密性检查，利用压缩空气，使装置压力升高至0.1MPa，利用肥皂泡进行查漏；

步骤2：通压缩空气，并投入加热装置，加热至330℃-350℃，并维持稳定；进行热态严密性检查；

步骤3：根据不同试验要求进行配气，并从在线监测仪表中实时读数，通过调整标准气体气瓶出口的针形阀调整气体流量，从而改变混合气体中该组份气体的浓度，控制气体的流速在8-10m/s，混合气体中灰的浓度控制在10-12g/Nm³；然后让混合气体通过加热装置加热至330-350℃；

步骤4：待气体浓度稳定后，从催化剂进出口烟气取样点取样，测试烟气中汞的含量（包括零价汞、二价汞、颗粒汞）；

步骤5：测试结束后，首先停止烟气加热器供电，并关闭所有标准气体储气罐出口的阀门，同时停止飞灰供给，装置通入压缩空气吹扫直至加热器出口温度低于40℃，停止压缩空气供应；装置使用完毕。

计算方法：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{total}}=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-3\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-1\mathrm{in}}}$

${\mathrm{\η}}_1=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-1\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-1\mathrm{in}}}$

${\mathrm{\η}}_2=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-2\mathrm{out}}-{\mathrm{Hg}}_{2-1\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-2\mathrm{in}}}$

${\mathrm{\η}}_3=\frac{{\mathrm{Hg}}_{2-3\mathrm{out}}-{\mathrm{Hg}}_{2-2\mathrm{out}}}{{\mathrm{Hg}}_{0-3\mathrm{in}}}$

其中：

η_total—表示烟气经过3层催化剂后零价汞转化为二价汞的总转化率，%；

η₁—表示烟气经过第一层催化剂后零价汞转化为二价汞的转化率，%；

η₂—表示烟气经过第二层催化剂后零价汞转化为二价汞的转化率，%；

η₃—表示烟气经过第二层催化剂后零价汞转化为二价汞的转化率，%；

Hg_0-1in—表示第一层催化剂入口零价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_0-2in—表示第二层催化剂入口零价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_0-3in—表示第三层催化剂入口零价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_2-1out—表示第一层催化剂出口二价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_2-2out—表示第二层催化剂出口二价汞的浓度，mg/Nm³；

Hg_2-3out—表示第三层催化剂出口二价汞的浓度，mg/Nm³。

Claims (4)

1.一种用于检测脱硝系统催化剂氧化单质汞的装置，其特征是：包括以管道依次连接的配气系统、电加热器、第一催化剂罐、第二催化剂罐、第三催化剂罐、活性炭吸附装置、引风机、第一截止阀、废气处理装置和第一泄压阀；

另有空压机（11）经储气罐（12）后分为两条分支分别连接在电加热器（2）输出端和输入端的管道上，连接在电加热器（2）输出端的分支一上设有储灰箱（13）和第一流量控制阀（14），连接在电加热器（2）输入端的分支二上设有第一旁路阀（15）；

所述的各催化剂罐前后的进出口管道上设有烟气取样点，第一催化剂罐前管道上还设有第二泄压阀和气体成分检测表，气体成分检测表外连有计算机，第三催化剂罐前后的管道上设有旁路，旁路上设有第二旁路阀。

2.根据权利要求1所述的用于检测脱硝系统催化剂氧化单质汞的装置，其特征是：所述的配气系统包括有SO₂、N₂、O₂、NO、零价汞蒸气标准气体气瓶，各瓶的出口管道上分别设有第二至第六流量控制阀，各出口管道最后汇成一配气总管并接有第八流量控制阀和压力表。

3.根据权利要求2所述的用于检测脱硝系统催化剂氧化单质汞的装置，其特征是：所述的空压机输出管道上设有第九流量控制阀，所述的分支一的入口处设有第十流量控制阀。

4.一种使用如权利要求2所述的装置的检测燃煤电厂脱硝系统催化剂氧化单质汞能力的方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：装置严密性检查，利用压缩空气，使装置压力升高至0.1MPa，利用肥皂泡进行查漏；

步骤2：通压缩空气，并投入电加热器，加热至330℃-350℃，并维持稳定；进行热态严密性检查；

步骤3：根据不同试验要求进行配气，并从在线监测仪表中实时读数，通过调整标准气体气瓶出口的流量控制阀调整气体流量，从而改变混合气体中该组份气体的浓度，控制气体的流速在8-10m/s，混合气体中灰的浓度控制在10-12g/Nm³；然后让混合气体通过电加热器加热至330-350℃；

步骤4：待气体浓度稳定后，从催化剂进出口烟气取样点取样，测试烟气中汞的含量：包括零价汞、二价汞、颗粒汞；

步骤5：测试结束后，首先停止烟气电加热器供电，并关闭所有标准气体气瓶出口的流量控制阀，同时停止飞灰供给，装置通入压缩空气吹扫直至电加热器出口温度低于40℃，停止压缩空气供应；装置使用完毕。

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