一种活性焦脱硫脱硝性能表征测试方法及其装置
技术领域
本发明属于大气污染控制技术领域,主要涉及用于燃煤电厂烟气、有色金属冶炼尾气、烧结尾气及其他烟气中二氧化硫、氮氧化物、重金属和其它污染物的脱除过程中的吸附、催化剂的脱硫脱硝性能评价测试方法和装置。
背景技术
活性焦干法脱硫脱硝技术近年来因为其集成、宽谱净化、不耗水、硫资源能回收综合利用等特点在国内外发展很快。活性焦作为活性焦干法脱硫脱硝的吸附剂和催化剂在这一工艺过程中起着关键作用。作为活性焦干法烟气净化的核心材料,其质量优劣直接关系到活性焦干法烟气净化技术的设计、建造、运行及维护成本。因此采用何种装置,如何对其质量进行表征与评判,特别是脱硫脱硝性能的评价与表征,则成为了活性焦干法烟气净化技术的关键之一。
众所周知,国内外烟气脱硫脱硝用活性焦产品技术内容和试验方法随其产品的开发和对市场的应用同步进行,主要依托各活性焦干法脱硫脱硝装置厂家的要求而定。煤炭科学研究总院根据其开发的活性焦干法烟气脱硫脱硝技术,制定了活性焦饱和硫容测试方法,并形成了煤炭行业标准MTMT998-2006。该方法主要对脱硫用的活性焦/炭的饱和硫容即活性焦/炭的一次硫酸增重量进行测试,没有客观、真实的表达出活性焦的脱硫性能。专利号/专利号:200910113055.2一种用于烟气脱硝催化剂活性剂检测的方法和装置。该专利主要用于SCR脱硝催化剂的活性评价,不适合与烟气净化活性焦的脱硫脱硝性能进行表征与评价。专利号/专利号:201210001373.1一种用于烟气污染物吸附剂评价的装置及其应用。该专利提供了一种方便快速地评价各种吸附剂对燃煤电站锅炉烟气污染物去除效果的装置及其应用,特别是对燃煤烟气中汞的吸附评价,该装置为了保证吸附剂有良好的吸附效果,采用了大量填充填料与吸附剂进行混装再进行吸附的办法,不能真实模拟烟气净化商业化应用中活性焦作为吸附材料运行的真实状态,难以真正模拟工业化应用状态,难以达到模拟评价效果。专利号/专利号:201020139307.7模拟气体分析系统。该专利提供了一种可通过试验对各种活性炭处理锅炉、热窑排出的烟气的效果进行检测,提高试验的工作效率的模拟气体分析系统。但该专利存在系统结构复杂,操作难度大,试验周期长,试验用料量大,测试成本高昂等缺点,难以普及,实用性不强。专利号/专利号:CN201310228085.4一种同时脱硫脱硝除汞装置。该专利目的在于提供一种稳定可靠、方便实用的一种同时脱硫脱硝除汞装置。该专利采用离子体氧化-活性炭吸附联用以达到其对污染物的净化效果,工艺技术路线相对复杂,技术相对不成熟,没有成熟的商业化应用,仅能作为一种实验室条件下的模拟试验系统。
同时,上述几种污染物评价及处理装置,大多采用人工测定方法,且对测量人员的技术要求非常高,需要专业的技术人员才能实现。测试过程费时费力,效率不高,且测量重复性难以保证,无法准确表征活性焦脱硫脱硝性能,为活性焦烟气净化技术在商业化应用中提供相关的数据技术支持的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种活性焦脱硫脱硝性能表征测试方法及其装置。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:
一种活性焦脱硫脱硝性能表征测试装置,包括模拟气源系统1、模拟烟气自动配气系统5、加热反应炉模拟反应器系统、烟气监测及尾气处理系统以及计算机自动显示控制系统7,所述模拟气源系统1与模拟烟气自动配气系统5之间由管路连接,所述模拟烟气自动配气系统5、加热反应炉模拟反应器系统和烟气监测及尾气处理系统,分别由管路与计算机自动显示控制系统7连接,其中,所述模拟气源系统1包括气瓶组和蒸馏水储罐18;所述模拟烟气自动配气系统5包括配气模块2、模拟烟气加湿模块3和模拟烟气定湿模块4;所述配气模块2由电磁阀、高精度数字式质量流量计(MFC)、单向阀及管路组成;所述模拟烟气加湿模块3由超级恒温水浴锅、密封不锈钢洗气瓶、数字式液位计、蠕动泵组成;所述模拟烟气定湿模块由超级恒温水浴锅、高精度温湿度传感器组成;所述加热反应炉模拟反应器系统由连接管路中的管路伴热模块、电加热反应炉8和放置在所述加热反应炉8中的模拟反应器一10及模拟反应器二13组成;所述管路伴热模块由直流自发热式不锈钢管路(或调节式电伴热带)及温度传感器组成;所述加热反应炉8由立式侧开门电加热反应炉组成;所述模拟反应器10、13由进气段,布气段、反应段、排气段以及监测热电阻组成;所述烟气监测及尾气处理系统由烟气监测仪器、管路、电动阀以及尾气吸收处置瓶组成;
所述计算机自动显示控制系统7,包括自动配气单元和脱硫脱硝效率自动计算显示模块,所述自动配气单元用于对系统内各传输的信号进行反馈并与各个测控点进行联动控制,根据需要对模拟烟气配气系统的气源进行管理,对模拟烟气配气系统组分内的配气进行自由组合,根据设定值自动调节模拟烟气加湿、定湿及管路伴热模块的工作状态,根据电加热反应炉设定温度值对其自动调节;所述脱硫脱硝效率自动计算显示模块,用于监测活性焦反应层的温度,实时动态显示系统测试状态,实时自动计算活性焦样品的脱硫及脱硝效率并显示数据。
进一步,所述气瓶包括NO气瓶、O2气瓶、NH3气瓶、SO2气瓶、CO气瓶、CO2气瓶、高纯N2气瓶或普N2气瓶。
进一步,所述烟气监测仪可根据烟气采样点的要求而移动,可连续24小时对SO2、NO、NO2、CO、CO2、NH3、H2O、O2及烟温、流速进行测定。
进一步,所述尾气吸收处置瓶由n个不同的尾气吸收瓶组成,所述吸收瓶中吸收液根据试验测试要求选用NaOH溶液、H2O2溶液或其它相似性质的碱性或强氧化性化学试剂及其溶液。
进一步,所述计算机自动显示控制系统7可以实时显示系统状态、脱硫脱硝效率、可保存、查询历史测试数据。
进一步,所述管路之间通过电控阀门连接和三通或多通接头进行连接。
进一步,所述管路为316L不锈钢管路。
一种活性焦脱硫脱硝性能表征测试方法,用于对烟气脱硫脱硝用的活性焦进行脱硫脱硝性能进行表征测试,包括步骤如下:
步骤1,安装连接好如权利要求1至7其一所述的测试装置,并进行系统、设备和管路气密性检查,确保系统内各设备及管路为致密,启动计算机自动控制显示系统7;
步骤2,将已装填好待测样品的模拟反应器10、13安装至加热反应炉8中,并与模拟烟气自动配气系统5进出口管路进行连接;
步骤3,设置加热反应炉8的温度,开启模拟烟气加湿模块3,设置模拟烟气中的水分含量在4%-12%,设置模拟烟气定湿模块4温度为45℃-80℃;待模拟烟气定湿模块4达到预设的温度后,开启模拟气源系统1;
步骤4,关闭进气阀门k1、k2,开启测试阀门k3、k4、k5,用烟气分析仪6测定模拟烟气中各组分浓度,由模拟烟气自动配气系统5对模拟烟气中各组份气体的流量和浓度进行修正,直到模拟烟气中各组份浓度达到脱硫或者脱硝预设的浓度指标值;
步骤5,待模拟反应器10、13中的焦/炭层温度达到预设温度,模拟烟气组份浓度稳定后,关闭测试阀门k3、k4、k5,打开反应进气阀门k1、k2,打开阀门k9、k10、k6、k7,关闭阀门k8、k11、k12,连通模拟烟气管路与模拟反应器,阀门状态转换完成后,开始在计算机自动显示控制系统7上记录反应时间及测试数据并开始形成测试曲线;
步骤6,确保模拟烟气稳定的配气状态,并保持进气状态,直至反应时间达到预设时间,关闭模拟烟气自动配气系统5的配气,并依次关闭加热反应炉8、模拟烟气自动配气系统5的模拟烟气加湿模块3和模拟烟气定湿模块4;
步骤7,取下模拟反应器10、13,取出测试样品,将样品取出,再将模拟反应器10、13重新装入到加热炉8中,设置模拟气源系统1为吹扫模式,吹扫气为普N2,吹扫流量按照所需的试验条件设置对测试状态下管路系统进行吹扫;然后关闭阀门k1、k2、k6、k7,打开阀门k3、k4、k5。
进一步,在所述步骤7中,均用烟气分析仪6对模拟烟气管路吹扫尾气进行检测,直至吹扫尾气中腐蚀性气体浓度低于3ppm为止。
进一步,所述监测烟气的SO2、NO及NH3采用DOAS原理,监测烟气的CO2采用NDIR原理,监测烟气的H2O采用湿敏电容法;所述监测的响应时间均小于等于90秒。
本发明的上述技术方案的有益效果如下:
本发明提供一种操作简单、快速、便捷、准确的活性焦脱硫脱硝等性能表征的一种技术方法和装置。能对活性焦干法烟气净化用的活性焦(炭)产品的脱硫脱硝等性能指标进行快速、准确的表征。本发明减少试验评价过程中的人为因素的干扰,提高试验的工作效率。从本发明能及时了解和评估活性焦干法烟气净化技术运行前、运行中以及运行后的活性焦脱硫脱硝性能的变化特征,为活性焦干法烟气净化工程设计、运行提供技术数据支撑。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述。
如图1所示,一种活性焦脱硫脱硝性能表征测试装置,用于对活性焦的脱硫脱硝性能进行表征测试,包括模拟气源系统1、模拟烟气自动配气系统5、加热反应炉模拟反应器系统、烟气监测及尾气处理系统以及计算机自动显示控制系统7。
所述模拟气源系统1与模拟烟气自动配气系统5之间由管路连接,所述模拟烟气自动配气系统5、加热反应炉模拟反应器系统和烟气监测及尾气处理系统,分别由管路与计算机自动显示控制系统7连接。
所述模拟气源系统1包括气瓶组和蒸馏水储罐(含定量的蠕动泵)18。蒸馏水罐用于模拟烟气中水蒸汽的来源,为模拟烟气中提供连续的补水,保证模拟烟气中水蒸汽足够,所述气瓶包括NO气瓶、O2气瓶、NH3气瓶、SO2气瓶、CO气瓶、CO2气瓶、高纯N2气瓶或普N2气瓶。
所述模拟烟气自动配气系统5包括配气模块2、模拟烟气加湿模块3和模拟烟气定湿模块4。
其中,所述配气模块2由电磁阀、高精度数字式质量流量计(MFC)、单向阀及管路组成。
所述模拟烟气加湿模块3由超级恒温水浴锅、密封不锈钢洗气瓶、数字式液位计、蠕动泵组成。
所述模拟烟气定湿模块由超级恒温水浴锅、高精度温湿度传感器组成。
所述加热反应炉模拟反应器系统由连接管路中的管路伴热模块、电加热反应炉8和放置在所述加热反应炉8中的模拟反应器一10及模拟反应器二13组成。
所述管路伴热模块由直流自发热式不锈钢管路(或调节式电伴热带)及温度传感器组成。
所述加热反应炉8由立式侧开门电加热反应炉组成,炉膛内部为圆管式,炉膛底部及顶部均有隔热封堵,炉膛内部保温材料由晶体氧化铝纤维组成,炉体上中下部三段嵌入式插入热电阻,分别控制炉膛温度,确保炉膛各个部分温度的一致性。
所述模拟反应器10、13由进气段,布气段、反应段、排气段以及监测热电阻组成,待测活性焦测试样品11、14填装在所述的模拟反应器一10和模拟反应器二13中。加热反应炉模拟反应器系统中的9、12为热电偶,用于温度测试与控制。
所述烟气监测及尾气处理系统由烟气监测仪、管路、电动阀以及尾气吸收处置瓶15、16、17组成。所述烟气监测仪为可移动在线连续式检测仪,可根据烟气采样点的要求而移动,可连续24小时对SO2、NO、NO2、CO、CO2、NH3、H2O、O2及烟温、流速进行测定。尾气吸收处置瓶可以根据需要随意组合,如:处置瓶15、处置瓶16、处置瓶17,或由上述三者中的两者或三者组合完成。所述尾气吸收处置瓶中吸收液根据试验测试要求选用NaOH溶液、H2O2溶液或其它相似性质的碱性或强氧化性化学试剂及其溶液。
所述计算机自动显示控制系统7,可以实时显示系统状态、脱硫脱硝效率、可保存、查询历史测试数据。其包括自动配气单元和脱硫脱硝效率自动计算显示模块,所述自动配气单元主要为了模拟烟气配置中软件控制部分,用于对系统内各传输的信号进行反馈并与各个测控点进行联动控制,根据需要对模拟烟气配气系统的气源进行管理,对模拟烟气配气系统组分内的配气进行自由组合,根据设定值自动调节模拟烟气加湿、定湿及管路伴热模块的工作状态,根据电加热反应炉设定温度值对其自动调节;所述脱硫脱硝效率自动计算显示模块,用于监测活性焦反应层的温度,实时动态显示系统测试状态,实时自动计算活性焦样品的脱硫及脱硝效率并显示数据。
所述烟气净化活性焦脱硫性能模拟烟气组成及试验测试条件如下:
模拟烟气总流量为0.5-50L/min(标准状况),其中SO2体积分数为0.05-2%(干);O2体积分数为4-12%(干);CO2体积分数1-10%;H2O体积分数为3-14%;其余为N2。吸附反应温度70-180℃±5℃。吸附反应时间为0.5-24h。
所述烟气净化活性焦脱硝性能模拟烟气组成及试验测试条件如下:
模拟烟气总流量为0.5-60L/min(标准状况),其中NO体积分数为100-1000ppm(干);NH3体积分数为100-1000ppm(干),CO体积分数50-500ppm;O2体积分数为4-12%(干),H2O体积分数为3-14%,其余为N2。反应温度60-180℃。反应时间为2-72h。
实施例1
取某活性焦厂生产的直径为9mm的活性焦样,对其进行脱硫性能表征与测试:在模拟气源系统1中添加气体,在模拟烟气自动配气系统5调整模拟烟气总流量为0.5L/min(标准状况),其中SO2体积分数为0.05%(干);O2体积分数为4%(干);CO2体积分数1-10%;H2O体积分数为3%;其余为N2。将称取好的活性焦样放入加热反应炉模拟反应器系统中进行吸附反应,温度70℃,吸附反应时间为0.5h。同一样品平行测试其平均脱硫效率为94%。
实施例2
取某活性焦厂生产的直径为9mm的活性焦样,对其进行脱硫性能表征与测试:在模拟气源系统1中添加气体,在模拟烟气自动配气系统5调整模拟烟气总流量为50L/min(标准状况),其中SO2体积分数为2%(干);O2体积分数为12%(干);CO2体积分数1-10%;H2O体积分数为14%;其余为N2。将称取好的活性焦样放入加热反应炉模拟反应器系统中进行吸附反应,温度180℃,吸附反应时间为24h。同一样品平行测试其平均脱硫效率为94%。
实施例3
取某活性焦厂生产的直径为5mm的活性焦样,对其进行脱硝性能表征与测试:调整模拟烟气总流量为0.5L/min(标准状况),其中NO体积分数为100ppm(干);NH3体积分数为100ppm(干),CO体积分数50ppm;O2体积分数为4%(干),H2O体积分数为3%,其余为N2。反应温度60℃。反应时间为2h。同一样品平行测试其脱硝效率为84.7%。
实施例4
取某活性焦厂生产的直径为5mm的活性焦样,对其进行脱硝性能表征与测试:调整模拟烟气总流量为60L/min(标准状况),其中NO体积分数为1000ppm(干);NH3体积分数为1000ppm(干),CO体积分数500ppm;O2体积分数为12%(干),H2O体积分数为14%,其余为N2。反应温度180℃。反应时间为72h。同一样品平行测试其脱硝效率为84.7%。
实施例5
取某电厂烟气活性焦干法脱硫中试工程直径为5mm的活性焦样,同时分别对其进行脱硫性能及脱硝性能进行表征。设置反应测试温度70℃,反应测试时间10h。脱硫测试模拟烟气总流量为0.5L/min(标准状况),其中SO2体积分数为0.05%(干);O2体积分数为4%(干);CO2体积分数1%;H2O体积分数为3%;其余为N2。其平均脱硫效率为98.1%。脱硝测试模拟烟气总流量为0.5L/min(标准状况),其中NO体积分数为100ppm(干);NH3体积分数为100ppm(干),CO体积分数50ppm;O2体积分数为4%(干),H2O体积分数为3%,其余为N2。其脱硝效率为82.3%。
实施例6
取某电厂烟气活性焦干法脱硫中试工程直径为5mm的活性焦样,同时分别对其进行脱硫性能及脱硝性能进行表征。设置反应测试温度180℃,反应测试时间12h。脱硫测试模拟烟气总流量为50L/min(标准状况),其中SO2体积分数为2%(干);O2体积分数为12%(干);CO2体积分数10%;H2O体积分数为14%;其余为N2。其平均脱硫效率为98.1%。脱硝测试模拟烟气总流量为60L/min(标准状况),其中NO体积分数为1000ppm(干);NH3体积分数为1000ppm(干),CO体积分数500ppm;O2体积分数为12%(干),H2O体积分数为14%,其余为N2。其脱硝效率为82.3%。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明所述原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。