CN103499671A - 一种现场测试火电厂scr系统脱硝催化剂活性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性的方法，该方法包括以下步骤：（1）测定平均脱硝效率。（1.1）测得即时脱硝效率η₁。（1.2）测得即时脱硝效率η₂。（1.3）计算平均脱硝效率η；（2）测定活性常数。（2.1）测定每层NOx递减量Mx。（2.2）测定氨的消耗量。（2.3）测定氨氮摩尔比。（2.4）计算活性常数。（3）获得SCR系统脱硝催化剂活性现场评价参数。本方法：1、能在主机不停运的情况下进行催化剂活性的现场检测；确保测试数据的准确性和代表性。有利实时掌握变化情况，及时调整SCR系统的运行工况。2、无需改装SCR反应器，操作简单方便。

Description

一种现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性的方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种现场测试火电厂SCR（英文全称为“Selective Catalitic Reaction”的缩写，中文译文为“烟气选择性催化还原反应”。）系统脱硝催化剂活性的方法，该方法适用于火电厂SCR系统中对脱硝催化剂品质的现场检定。

背景技术

以燃煤为能源的火电厂烟气中NOx（英文“Nitrogen Oxide”的缩写，中文译文为“氮氧化物”。）排放控制的主流工艺为SCR脱硝工艺，占已投运机组配套的烟气脱硝工程的90%以上。SCR系统的核心技术是催化剂，其成分组成、结构、活性、寿命及相关参数直接影响该系统的脱硝效率。然而，由于我国煤炭种类复杂、煤质波动大、灰分含量变化快，以及运行管理不善等问题，SCR催化剂的活性变化较快，影响了烟气中NOx的达标排放及氨逃逸率的增加，因此，催化剂活性的检测是SCR系统安全经济运行的重要保障手段。而已知的SCR催化剂活性检测方法存在以下缺陷：一是定期从SCR反应器中取出催化剂测试模块进行实验室检测，实施这种方法需主机停运后才能取样，操作复杂，耗时长，受到锅炉运行的限制。同时，由于采取的是选择性抽样检测，其检测数据不具备代表性；二是采用在线分析仪器直接测定SCR脱硝系统进口和出口的NOx浓度，来计算脱硝效率，并以脱硝效率为单一评价参数，同时，该方法受到SCR反应器入口和出口测试点位置及数量的限制，无法反映各催化剂层的活性变化情况；三是以CH₄（甲烷）为示踪气体将其加入烟道，通过在线烟气测试仪器对进口和出口烟气中NOx浓度与CH₄浓度进行测试，步骤繁琐，可操控性差，同时在300～380℃烟道中加入烷烃作为示踪气体，具有极大的安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的缺陷，提供一种改进的现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性的方法。该方法简单易行，并可客观评价催化剂活性的变化情况。

本发明的技术方案是，所提供的一种现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性的方法包括以下步骤：

（1）测定平均脱硝效率。配备烟气分析仪一台。稳定拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉锅炉负荷，统计拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉NH₃（液氨）贮罐中的NH₃量。使用常规方法取该NH₃贮罐中的NH₃与空气混合制成NH₃含量为3～5vol%（体积比）的NH₃与空气的混合物，将所得NH₃含量为3～5vol%的NH₃与空气的混合物均匀喷射入拟现场测试火电厂SCR系统的脱硝反应器中，待所述SCR系统工况趋于稳定，开始现场测试该SCR系统中各层SCR脱硝催化剂活性。

（1.1）使用常规方法，通过所备烟气分析仪，对拟现场测试火电厂SCR系统中各层SCR脱硝催化剂的催化剂模块进行烟气中NOx浓度测试，得该催化剂模块的即时脱硝效率η₁。

（1.2）使用常规网络布点法，对拟现场测试的火电厂SCR系统中各层SCR脱硝催化剂的多个催化剂模块进行烟气中NOx浓度测试，得该多个催化剂模块的即时脱硝效率η₂。

（1.3）根据步骤（1.1）～（1.2）所得通过各催化剂模块的烟气中NOx浓度及O₂（氧气）浓度，按下式（1-1）计算各层催化剂的平均脱硝效率η。

式（1-1）中，η为平均脱硝效率，C_NO出口为含氧量6%条件下各层催化剂出口的NOx浓度，C_NO入口为含氧量6%条件下各层催化剂出口的NOx浓度；

（2）测定活性常数。使用常规方法统计出所述NH₃贮罐中的NH₃变化量，从而获得进入所述SCR系统的第一层催化剂的氨的量。

（2.1）测定所述SCR系统中的通过每层催化剂后烟气中递减的NOx的量。统计步骤（1）的测试过程中NH₃的射入量，采用常规方法测试所述第一层催化剂入口和出口NOx的浓度以及烟气流量Q，按照式（2-1）计算出所述第一层NOx递减的量M1，所述第一层催化剂出口的NOx的量即是所述第二层催化剂入口的NOx的量，使用常规方法测试该第二层催化剂出口NOx浓度，从而计算出第二层NOx递减的量M2，以此类推，获得每层NOx递减的量Mx。

Mx=Q×(C_NH3入口-C_NH3出口)/30(2-1)

式（2-1）中，Mx为每层NOx递减的量，C_NO出口为各层催化剂出口的NOx浓度，C_NO入口为各层催化剂出口的NOx浓度。

（2.2）测定氨的消耗量。根据步骤（2.1）所得每层NOx递减的量Mx，按照式（2-2）计算出每层催化剂上未参与SCR催化反应的氨的量，该未参与所述SCR系统催化反应的氨的量，即为所述各层催化剂层出口NH₃的量。该各层催化剂层出口NH₃的量，亦即下层催化剂入口NH₃的量。

n_NH3=n_NH3入口-Mx（2-2）

式（2-2）中，Mx为每层NOx递减的量，n_NH3入口为上层催化剂入口的NH₃浓度，n_NH3为下层催化剂入口NH₃浓度。

（2.3）测定氨氮摩尔比。统计SCR系统中每层催化剂入口NH₃的量以及所述SCR系统中的每层催化剂入口NOx浓度，按照式（2-3）计算出所述SCR系统中的每层催化剂的NH₃/NOx氨氮摩尔比α。

$\mathrm{\α}=n_{\mathrm{NH}3}/n_{{\mathrm{NO}}_x}---(2-3)$

式（2-3）中，α为每层催化剂的NH₃/NOx氨氮摩尔比，n_NH3为各层催化剂入口的NH₃浓度，n_NOx为各层催化剂入口的NOx浓度。

（2.4）计算活性常数。按照下式（2-4）计算出所述SCR系统中的每层催化剂表观活性常数K。

$K=-\frac{1}{V_{\mathrm{cat}}}\·\frac{V_{\mathrm{RF}}}{A}1n(1-\mathrm{\η}/\mathrm{\α})---(2-4)$

式（2-4）中，K为活性常数；V_cat为催化剂体积，单位为m³；V_RF为烟气湿基流量，单位为m³/h；A为催化剂生产厂家提供的催化剂比表面积，单位为m²/m³，η为脱硝效率，α为NH₃/NOx氨氮摩尔比；

（3）获得SCR系统脱硝催化剂活性现场评价参数。根据催化剂生产厂家提供的催化剂的设计参数，按照上述式（2-4）计算出K₀的值，并以此值为依据求出作为拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性现场评价参数K/K₀的值。

本发明的核心是：在保证该测试过程中烟气参数稳定的前提下，利用拟现场测试火电厂的SCR脱硝反应器上每个催化剂层入口和出口设置的烟气测孔，采用同点同时对同一模块进行烟气中NOx浓度测试，复利用SCR系统中上层催化剂模块出口相当于下层催化剂模块入口，获得该模块的即时脱硝效率，同时采用网络布点法，获得该层催化剂的平均脱硝效率；统计测试催化剂层NH₃射入量及入口NOx的量，获得该催化剂层的氨氮比，依据催化原理计算获得表观活性K/K₀，并以其为催化剂的活性评价参数，对催化剂活性变化进行客观评估。

本发明的有益效果是：1、能保证在主机不停运的情况下进行催化剂活性的现场检测；采用网络布点进行测试，确保测试数据的准确性和代表性。有利于电厂工作人员实时掌握催化剂活性变化的真实情况，及时调整SCR系统的运行工况。2、本发明采用常规的烟气分析仪器，无需对SCR反应器的测孔进行改装，操作简单方便，有利于现场检测的实际应用，实用性极强。

具体实施方式

实施例1：

（1）测定平均脱硝效率。配备中国青岛崂应公司生产的3012型烟气分析仪一台。稳定拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉锅炉负荷，统计拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉NH₃贮罐中的NH₃量。使用常规方法取该NH₃贮罐中的NH₃与空气混合制成NH₃含量为3vol%的NH₃与空气的混合物，将所得NH₃含量为3vol%的NH₃与空气的混合物均匀喷射入拟现场测试火电厂SCR系统的脱硝反应器中，待所述SCR系统工况趋于稳定，开始现场测试该SCR系统中各层SCR脱硝催化剂活性。

（1.1）使用常规方法，通过所备烟气分析仪，对拟现场测试火电厂SCR系统中各层SCR脱硝催化剂的催化剂模块进行烟气中NOx浓度测试，得该催化剂模块的即时脱硝效率η₁。

（1.2）使用常规网络布点法，对拟现场测试的火电厂SCR系统中各层SCR脱硝催化剂的多个催化剂模块进行烟气中NOx浓度测试，得该多个催化剂模块的即时脱硝效率η₂。

（1.3）根据步骤（1.1）～（1.2）所得通过各催化剂模块的烟气中NOx浓度及O₂（氧气）浓度，按下式（1-1）计算各层催化剂的平均脱硝效率η。

式（1-1）中，η为平均脱硝效率，C_NO出口为含氧量6%条件下各层催化剂出口的NOx浓度，C_NO入口为含氧量6%条件下各层催化剂出口的NOx浓度；

（2）测定活性常数。使用常规方法统计出所述NH₃贮罐中的NH₃变化量，从而获得进入所述SCR系统的第一层催化剂的氨的量。

（2.1）测定所述SCR系统中的通过每层催化剂后烟气中递减的NOx的量。统计步骤（1）的测试过程中NH₃的射入量，采用常规方法测试所述第一层催化剂入口和出口NOx的浓度以及烟气流量Q，按照式（2-1）计算出所述第一层NOx递减的量M1，所述第一层催化剂出口的NOx的量即是所述第二层催化剂入口的NOx的量，使用常规方法测试该第二层催化剂出口NOx浓度，从而计算出第二层NOx递减的量M₂，以此类推，获得每层NOx递减的量Mx。

Mx=Q×(C_NH3入口-C_NH3出口)/30   (2-1)

式（2-1）中，Mx为每层NOx递减的量，C_NO出口为各层催化剂出口的NOx浓度，C_NO入口为各层催化剂出口的NOx浓度。

（2.2）测定氨的消耗量。根据步骤（2.1）所得每层NOx递减的量Mx，按照式（2-2）计算出每层催化剂上未参与SCR催化反应的氨的量，该未参与所述SCR系统催化反应的氨的量，即为所述各层催化剂层出口NH₃的量。该各层催化剂层出口NH₃的量，亦即下层催化剂入口NH₃的量。

n_NH3=n_NH3入口-Mx（2-2）

式（2-2）中，Mx为每层NOx递减的量，n_NH3入口为上层催化剂入口的NH₃浓度，n_NH3为下层催化剂入口NH₃浓度。

（2.3）测定氨氮摩尔比。统计SCR系统中每层催化剂入口NH₃的量以及所述SCR系统中的每层催化剂入口NOx浓度，按照式（2-3）计算出所述SCR系统中的每层催化剂的NH₃/NOx氨氮摩尔比α。

$\mathrm{\α}=n_{\mathrm{NH}3}/n_{{\mathrm{NO}}_x}---(2-3)$

式（2-3）中，α为每层催化剂的NH₃/NOx氨氮摩尔比，n_NH3为各层催化剂入口的NH₃浓度，n_NOx为各层催化剂入口的NOx浓度。

（2.4）计算活性常数。按照下式（2-4）计算出所述SCR系统中的每层催化剂表观活性常数K。

$K=-\frac{1}{V_{\mathrm{cat}}}\·\frac{V_{\mathrm{RF}}}{A}1n(1-\mathrm{\η}/\mathrm{\α})---(2-4)$

式（2-4）中，K为活性常数；V_cat为催化剂体积，单位为m³；V_RF为烟气湿基流量，单位为m³/h；A为催化剂生产厂家提供的催化剂比表面积，单位为m²/m³，η为脱硝效率，α为NH₃/NOx氨氮摩尔比；

（3）获得SCR系统脱硝催化剂活性现场评价参数。根据催化剂生产厂家提供的催化剂的设计参数，按照上述式（2-4）计算出K₀的值，并以此值为依据求出作为拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性现场评价参数K/K₀的值。

实施例2：

（1）测定平均脱硝效率。配备中国青岛崂应公司生产的3012型烟气分析仪一台。稳定拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉锅炉负荷，统计拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉NH₃贮罐中的NH₃量。使用常规方法取该NH₃贮罐中的NH₃与空气混合制成NH₃含量为5vol%的NH₃与空气的混合物，将所得NH₃含量为5vol%的NH₃与空气的混合物均匀喷射入拟现场测试火电厂SCR系统的脱硝反应器中，待所述SCR系统工况趋于稳定，开始现场测试该SCR系统中各层SCR脱硝催化剂活性。

以下步骤（1.1）～（1.3）同实施例1；

步骤（2）～（3）同实施例1。

Claims (1)

1.一种现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性的方法，该方法包括以下步骤：

（1）测定平均脱硝效率，配备烟气分析仪一台，稳定拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉锅炉负荷，统计拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性所涉NH₃贮罐中的NH₃量，使用常规方法取该NH₃贮罐中的NH₃与空气混合制成NH₃含量为3～5vol%的NH₃与空气的混合物，将所得NH₃含量为3～5vol%的NH₃与空气的混合物均匀喷射入拟现场测试火电厂SCR系统的脱硝反应器中，待所述SCR系统工况趋于稳定，开始现场测试该SCR系统中各层SCR脱硝催化剂活性，

（1.1）使用常规方法，通过所备烟气分析仪，对拟现场测试火电厂SCR系统中各层SCR脱硝催化剂的催化剂模块进行烟气中NOx浓度测试，得该催化剂模块的即时脱硝效率η₁，

（1.2）使用常规网络布点法，对拟现场测试的火电厂SCR系统中各层SCR脱硝催化剂的多个催化剂模块进行烟气中NOx浓度测试，得该多个催化剂模块的即时脱硝效率η₂，

（1.3）根据步骤（1.1）～（1.2）所得通过各催化剂模块的烟气中NOx浓度及O₂浓度，按下式（1-1）计算各层催化剂的平均脱硝效率η，

式（1-1）中，η为平均脱硝效率，C_NO出口为含氧量6%条件下各层催化剂出口的NOx浓度，C_NO入口为含氧量6%条件下各层催化剂出口的NOx浓度；

（2）测定活性常数，使用常规方法统计出所述NH₃贮罐中的NH₃变化量，从而获得进入所述SCR系统的第一层催化剂的氨的量，

（2.1）测定所述SCR系统中的通过每层催化剂后烟气中递减的NOx的量，统计步骤（1）的测试过程中NH₃的射入量，采用常规方法测试所述第一层催化剂入口和出口NOx的浓度以及烟气流量Q，按照式（2-1）计算出所述第一层NOx递减的量M1，所述第一层催化剂出口的NOx的量即是所述第二层催化剂入口的NOx的量，使用常规方法测试该第二层催化剂出口NOx浓度，从而计算出第二层NOx递减的量M2，以此类推，获得每层NOx递减的量Mx，

Mx=Q×(C_NH3入口-C_NH3出口)/30   (2-1)

式（2-1）中，Mx为每层NOx递减的量，C_NO出口为各层催化剂出口的NOx浓度，C_NO入口为各层催化剂出口的NOx浓度，

（2.2）测定氨的消耗量，根据步骤（2.1）所得每层NOx递减的量Mx，按照式（2-2）计算出每层催化剂上未参与SCR催化反应的氨的量，该未参与所述SCR系统催化反应的氨的量，即为所述各层催化剂层出口NH₃的量，该各层催化剂层出口NH₃的量，亦即下层催化剂入口NH₃的量，

n_NH3=n_NH3入口-Mx   （2-2）

式（2-2）中，Mx为每层NOx递减的量，n_NH3入口为上层催化剂入口的NH₃浓度，n_NH3为下层催化剂入口NH₃浓度，

（2.3）测定氨氮摩尔比。统计SCR系统中每层催化剂入口NH₃的量以及所述SCR系统中的每层催化剂入口NOx浓度，按照式（2-3）计算出所述SCR系统中的每层催化剂的NH₃/NOx氨氮摩尔比α，

$\mathrm{\α}=n_{\mathrm{NH}3}/n_{{\mathrm{NO}}_x}---(2-3)$

式（2-3）中，α为每层催化剂的NH₃/NOx氨氮摩尔比，n_NH3为各层催化剂入口的NH₃浓度，n_NOx为各层催化剂入口的NOx浓度，

（2.4）计算活性常数，按照下式（2-4）计算出所述SCR系统中的每层催化剂表观活性常数K，

$K=-\frac{1}{V_{\mathrm{cat}}}\·\frac{V_{\mathrm{RF}}}{A}1n(1-\mathrm{\η}/\mathrm{\α})---(2-4)$

式（2-4）中，K为活性常数；V_cat为催化剂体积，单位为m³；V_RF为烟气湿基流量，单位为m³/h；A为催化剂生产厂家提供的催化剂比表面积，单位为m²/m³，η为脱硝效率，α为NH₃/NOx氨氮摩尔比；

（3）获得SCR系统脱硝催化剂活性现场评价参数，根据催化剂生产厂家提供的催化剂的设计参数，按照上述式（2-4）计算出K₀的值，并以此值为依据求出作为拟现场测试火电厂SCR系统脱硝催化剂活性现场评价参数K/K₀的值。