CN105353071A - 脱硝催化剂的性能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脱硝催化剂的性能检测装置，包括配气系统、加热系统和检测系统，配气系统包括配气罐体和进气管路，配气罐体用于混合气体原料从而模拟电厂烟气，配气罐体通过进气管路连接所述加热系统，加热系统包括预热炉和反应炉，预热炉连接所述进气管路，反应炉和检测系统配套，在混合气体通过所述脱硝催化剂时向其供热，确保催化剂完全反应。本发明设计了催化剂固定架，解决了催化剂形状和反应器形状不适配的问题，在更好地固定了催化剂的同时，确保催化剂能够完全反应，使得检测结果更为精准。

Description

脱硝催化剂的性能检测装置

技术领域

本发明涉及脱硝催化剂的工艺特性指标检测技术领域。

背景技术

燃煤发电厂选用的SCR脱硝催化剂的使用原理，是烟气中的NO和NH₃在脱硝催化剂存在的条件下，在一定的温度下发生反应生成没有污染性的N₂和H₂O，反应原理为：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O，

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O。

但是在反应过程中脱硝效率和很多因素有关，反应温度对脱硝率的影响、烟气流量对脱硝率的影响、NO浓度对脱硝率的影响、水含量对脱硝率的影响等，不同条件下催化剂的活性不尽相同，尤其是烟气温度对脱硝催化剂的活性有很大影响，一般性能检测装置在检测催化剂活性时，不能精准地控制烟气流过催化剂孔道的温度，同时很难保证催化剂在反应器内的反应温度的均匀性,还有一个缺陷就是反应器密封性不够好，容易气体泄漏，造成检测数据不准确，且有毒气体泄漏到空气中对人体造成危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种脱硝催化剂的性能检测装置，能克服背景技术中存在的问题，准确检测脱硝催化剂在各个条件下的性能指标，环保实用。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：脱硝催化剂的性能检测装置，包括配气系统、加热系统和检测系统，所述配气系统包括配气罐体和进气管路，所述配气罐体用于混合气体原料从而模拟电厂烟气，所述配气罐体通过进气管路连接所述加热系统，所述加热系统包括预热炉和反应炉，所述预热炉连接所述进气管路，所述反应炉和所述检测系统配套，在混合气体通过所述脱硝催化剂时向其供热，确保催化剂完全反应。

在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

所述配气罐体内设有混合器，所述混合器用于配置来自标准钢瓶的气体，所述来自标准钢瓶的气体包括氧气、氮气、一氧化氮气体和二氧化硫气体，所述混合器包括管状本体，管状本体的一端设有进气口，另一端设有出气口，所述进气口和管状本体之间通过密封塞密封，所述进气口的外端设有固定环，所述管状本体内设有沿气体流动方向均布的折流片。

所述折流片的周边与所述管状本体的内壁接触，所述折流片沿45°方向扭曲，所述折流片的扭曲方向朝向所述管状本体的出口方向，所述折流片沿所述气体流动方向依次排列。

所述进气管路包括连接所述混合器出口和所述加热系统的混合气体管路以及氨气的进气管路，所述混合气体管路连接至所述加热系统，所述混合气体管路上设有流量计、单向阀和控制阀，所述混合气体管路的前端设有减压器，所述氨气的进气管路连接至检测系统，所述氨气的进气管路上设有流量计。

所述预热炉包括炉体，炉体内设有沿其长度方向盘绕的盘管，所述盘管的入口连接至所述混合气体管路，所述盘管的出口连接至反应炉的入口，所述盘管和所述预热炉的炉体之间填充保温棉，所述预热炉的入口、炉体中部和出口处均设有用于检测气体温度的热电偶，所述预热炉的炉体通过竖向支架安装固定。

所述检测系统包括检测装置，所述检测装置套设在所述反应炉内，所述检测装置包括反应器，反应器的中部设有催化剂固定架，催化剂安装在所述催化剂固定架内，所述反应器的上部设有气体入口，混合后的气体从反应器的气体入口进入反应器内部，经过脱硝催化剂后从所述反应器的气体出口处流出，所述反应器的气体出口连接烟气分析仪。

所述反应器的两端设有快速接头，所述快速接头通过快速接头锁紧块与所述反应器固定连接。

所述催化剂固定架的外围呈圆柱形，所述催化剂固定架的内部形成长方体的空间，其形状与催化剂的外形相适配，所述催化剂固定架的纵截面呈工字型。

所述反应器的内壁设有催化剂固定架的安装结构，所述安装结构为沿所述反应器的内壁设置的支撑架，所述支撑架的上部的内壁形状与所述催化剂固定架的外围形状一致，所述支撑架下部的内壁直径介于催化剂固定架的外围直径和催化剂固定架的内壁尺寸之间。

所述反应器的入口处设有热电偶套管，所述热电偶固定安装在所述热电偶套管上，其端部伸入催化剂中心的孔道内。

本发明的有益效果是：本发明通过配气系统模拟电厂排放的待处理烟气，将性状稳定的的氧气、氮气、二氧化硫和一氧化碳气体先按照比例进行混合，性状相对比较不稳定的氨气直接通入反应系统中，配气系统中各个成份的气体均设计有独立的进气管路，并配有流量计和控制阀，可以改变烟气的流量，烟气中各个成份的浓度、水分含量等，准确检测脱硝催化剂在各个条件下的性能指标，并且在检测装置中所使用的NH₃、NO、SO₂等危险气体，容易粘附在管道和流量计内部，本发明的独立的N₂进气回路可以作为整个装置的吹扫管路，用干净的N₂对管道和流量计进行吹扫，延长了流量计的使用寿命。另外，催化剂的外形为方形，而反应器的内壁为圆形，通入气体时有部分气体会从催化剂两侧漏出，不能够完全反应，会影响催化剂的性能检测，本发明设计了催化剂固定架，解决了催化剂形状和反应器形状不适配的问题，在更好地固定了催化剂的同时，确保催化剂能够完全反应，使得检测结果更为精准，并且，为了使催化剂与反应器之间有良好的密封性，反应器内部设计为比催化剂宽度略大的方形，催化剂在装入反应器前用耐高温陶瓷纤维棉缠绕，保证了催化剂与反应器之间的密封性，使气体不会从催化剂侧面泄漏，反应器上部法兰处使用耐高温石墨密封，方便拆卸、耐高温且密封性好。为了使反应器内部加热均匀，反应器外部圆形与内部方形的连接设计为空体，保证了反应器内部催化剂整体温度的均匀性。

附图说明

图1为本发明的整体结构图。

图2是本发明的反应器的结构图。

图3是本发明的混合器的结构图。

图4是图3的另一个角度的示意图。

图5是本发明的流程图。

具体实施方式

参照附图。

本发明的脱硝催化剂的性能检测装置，包括配气系统、加热系统和检测系统，所述配气系统包括配气罐体1和进气管路2，配气罐体1用于混合气体原料从而模拟电厂烟气，配气罐体通1过进气管路2连接加热系统，加热系统包括预热炉3和反应炉4，预热炉3连接进气管路2，反应炉4和检测系统配套，在混合气体通过脱硝催化剂时向其供热，确保催化剂完全反应。

配气罐体1内设有混合器5，混合器5用于配置来自标准钢瓶的气体，来自标准钢瓶的气体包括氧气、氮气、一氧化氮气体和二氧化硫气体，混合器5包括管状本体6，管状本体6的一端设有进气口7，另一端设有出气口8，进气口7和管状本体6之间通过密封塞9密封，进气口7的外端设有固定环10，管状本体6内设有沿气体流动方向均布的折流片11。

折流片11的周边与管状本体6的内壁接触，折流片11的周边为弧形，折流片11沿45°方向扭曲或弯折，折流片11的扭曲（或弯折）方向朝向管状本体6的出口方向，多个折流片沿气体流动方向依次排列，这样折流片11的扭曲或弯折方向形成了沿管状本体6的入口向出口方向的曲折的气体流经通道，一方面能够确保气体在曲折的通道中充分混合，另一方面可以防止气体回流。

进气管路2包括连接混合器5出口和加热系统的混合气体管路14以及氨气的进气管路15，混合气体管路连接至加热系统，混合气体管路上设有流量计、单向阀27和控制阀28，所述混合气体管路的前端设有减压器，氨气的进气管路连接至检测系统，氨气的进气管路上设有流量计，混合气体管路包括分别对应O₂、N₂、NO以及SO₂的各个单气体通道，各个单气体通道上均设有流量计、单向阀和控制阀，各个单气体通道连接至混合器，从而形成检测所需的混合气体，进气管路还包括纯净水进料通道和预留气体进料通道，混合气体进气管路上还设有过滤器30，防止气体中的固体颗粒进入检测系统，影响催化剂的性能。

预热炉3包括炉体12，炉体12内设有沿其长度方向盘绕的盘管13，盘管13的入口连接至混合气体管路14，盘管13的出口连接至反应炉4的入口，盘管13和预热炉的炉体12之间填充保温棉，预热炉的入口、炉体中部和出口处均设有用于检测气体温度的热电偶，预热炉的炉体12通过竖向支架16安装固定。

检测系统包括检测装置17，检测装置17套设在反应炉4内，检测装置17包括反应器18，反应器18的中部设有催化剂固定架19，脱硝催化剂安装在催化剂固定架19内，反应器18的上部设有气体入口20，混合后的气体从反应器18的气体入口20进入反应器内部，经过脱硝催化剂后从反应器18的气体出口21处流出，反应器的气体出口21连接烟气分析仪。

反应器18的两端设有快速接头22，快速接头22通过快速接头锁紧块23与反应器18固定连接。

催化剂固定架19的外围呈圆柱形，催化剂固定架19的内部形成长方体的空间，其形状与催化剂的外形相适配，催化剂固定架19的纵截面呈工字型。

反应器18的内壁设有催化剂固定架19的安装结构，安装结构为沿反应器18的内壁设置的支撑架24，支撑架24的上部的内壁形状与催化剂固定架19的外围形状一致，支撑架24下部的内壁直径介于催化剂固定架19的外围直径和催化剂固定架19的内壁尺寸之间。

反应器18的入口处设有热电偶套管25，热电偶26固定安装在热电偶套管25上，其端部伸入催化剂中心的孔道内。

反应器18套设在反应炉4内，反应器18的外围通过炉瓦29包裹，炉瓦29和反应炉4的内壁之间通过保温棉填充，反应炉4主要为脱硝催化剂所在的这一段供热，确保反应温度。

各个物料的进料速率为：

钢瓶N₂进料：0.~20L/min±1%F.S

钢瓶O₂进料：0.1~2L/min±1%F.S

钢瓶SO₂进料：0.~200mL/min±0.5%F.S

钢瓶NO进料：0.~200mL/min±0.5%F.S

钢瓶NH₃进料：0.05~200mL/min±0.5%F.S

纯净水进料：0~25mL/min±1%F.S

预留气体进料0.1~5NL/min±1%F.S

根据模拟烟气的运行速度和烟气成分，根据试验脱硝催化剂体积计算烟气标准状态下的总流量，通过质量流量计控制实验过程中的各个气体和水蒸汽的流量。

本套脱硝性能检测装置中使用的NH₃、NO、SO₂为危险气体，且容易粘附在管道和流量计内部，故设计吹扫管路，用干净的N₂对三路管道和流量计进行吹扫，延长了流量计的使用寿命，吹扫气体通过N₂质量流量计控制总流量，在分路上安装浮子流量计调节进入各个管路的气体流量。

本发明还设计了超温报警，自动断电等保护线路。

微型活性试验装置参数要求：

温度控制：0~600℃±1℃

反应压力：微正压（0~0.1MPa±0.05）

本发明的预热炉和反应炉之间的连接管采用保温棉缠绕，防止气体流动过程中有温度损失，预热炉内采用炉体加热，内部为直径10mm的盘管，缠绕炉膛内部60圈，盘管总长度为19m,保证预热炉出口温度达到设计温度。反应炉内为50mm×50mm×800mm的不锈钢反应器，加热方式为炉体整体电加热，烟气预热炉将烟气加热至一定温度后进入反应炉。预热炉的入口、炉体中部、出口处设有热电偶检测气体温度，加热炉气体入口处、炉体上部、中部、下部设有热电偶检测炉内温度。催化剂孔道温度为真正的反应温度，为了准确检测催化剂内部的温度，在反应器上部正中心焊接一根热电偶套管，套管长度为400mm，催化剂安装于反应器中部，刚好为反应器的中部，长度为300mm，热电偶套管插入催化剂中心孔道中，热电偶插入套管中，热电偶传输的温度为SCR脱硝催化剂反应的实际温度。

催化剂尺寸为35mm×35mm×300mm的长方体,反应器外部为圆柱型，为了使催化剂与反应器之间有良好的密封性，反应器内部设计为比催化剂宽度略大的方形，通常来说，反应器内部的尺寸为50mm×50mm×755mm，催化剂在装入反应器前用耐高温陶瓷纤维棉缠绕，保证了催化剂与反应器之间的密封性，使气体不会从催化剂侧面泄漏，反应器上部法兰处使用耐高温石墨密封，方便拆卸、耐高温且密封性好。为了使反应器内部加热均匀，反应器外部圆形与内部方形的连接设计为空体，保证了反应器内部催化剂整体温度的均匀性。

本发明的检测流程如图4所示，在试验开始之前准备好试验所需的气体O₂、NO、SO₂、N₂、NH₃，气体管线接入装置入口前需将减压器阀门关闭，开启钢瓶后用试漏液检查接头是否漏气。将试验催化剂放入反应器内，用耐高温陶瓷棉包裹，确保催化剂与反应器内壁之间密封良好，连接系统管路。计算各个气体流量，设置氮气流量为气体总流量，设置温度为360℃，打开预热器和加热器升温，直到温度稳定。在软件中对应输入各个气体的设计数值，打开O₂、N₂、NO、SO₂气瓶减压器，并调节压力至0.5-0.6MPa，打开O₂、NO、SO₂气体进入装置的阀门，调节脱硝装置上的减压器压力至0.3MPa，打开软件中的流量计，开始分析初始数据,烟气分析仪中数据稳定30min后记录初始值数据。

根据NO浓度和NH₃/NO摩尔比计算NH3流量并将数据输入软件，打开NH3气瓶，打开NH₃进入装置的阀门，减压器调节至0.3MPa，打开NH₃流量计，烟气分析仪中NO浓度会下降，等待NO数据稳定30min后记录数值，反应期间需保持烟气温度稳定，计算催化剂的脱硝性能。

脱硝率计算公式：

ηNO=（C_NOx，入口-C_NO，出口）/C_NO，入口×100%；

ηNO_x——催化剂的脱硝效率，%；

C_NO，入口——反应器入口NO浓度，PPM；

C_NO，出口——反应器出口NO浓度，PPM。

活性值计算公式：

K=0.5×Va×ln(MR/(MR-ηNO)/(1-ηNO))；

K——催化剂的活性值，m/h；

MR——氨氮摩尔比NH₃/NO_x；

Va——烟气通过催化剂的面速度，m/h。

试验结束后关闭NO、NH₃、O₂、SO₂，用N₂对NO、NH₃、SO₂管道和流量计进行吹扫，使管道内无残留的危险气体。吹扫完毕后依次关闭软件、电脑、电源，检测结束。

在试验过程中应注意，整个过程中吹扫使用的浮子流量计必须处于关闭状态，避免危险气体进入吹扫管道；质量流量计的入口与出口压差必须保证在一定范围当中，过大或过小都将影响流量计的使用寿命。

Claims (10)

1.脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述性能检测装置包括配气系统、加热系统和检测系统，所述配气系统包括配气罐体和进气管路，所述配气罐体用于混合气体原料从而模拟电厂烟气，所述配气罐体通过进气管路连接所述加热系统，所述加热系统包括预热炉和反应炉，所述预热炉连接所述进气管路，所述反应炉和所述检测系统配套，在混合气体通过所述脱硝催化剂时向其供热，确保催化剂完全反应。

2.如权利要求1所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述配气罐体内设有混合器，所述混合器用于配置来自标准钢瓶的气体，所述来自标准钢瓶的气体包括氧气、氮气、一氧化氮气体和二氧化硫气体，所述混合器包括管状本体，管状本体的一端设有进气口，另一端设有出气口，所述进气口和管状本体之间通过密封塞密封，所述进气口的外端设有固定环，所述管状本体内设有沿气体流动方向均布的折流片。

3.如权利要求2所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述折流片的周边与所述管状本体的内壁接触，所述折流片沿45°方向扭曲，所述折流片的扭曲方向朝向所述管状本体的出口方向，所述折流片沿所述气体流动方向依次排列。

4.如权利要求2所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述进气管路包括连接所述混合器出口和所述加热系统的混合气体管路以及氨气的进气管路，所述混合气体管路连接至所述加热系统，所述混合气体管路上设有流量计、单向阀和控制阀，所述混合气体管路的前端设有减压器，所述氨气的进气管路连接至检测系统，所述氨气的进气管路上设有流量计。

5.如权利要求1所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述预热炉包括炉体，炉体内设有沿其长度方向盘绕的盘管，所述盘管的入口连接至所述混合气体管路，所述盘管的出口连接至反应炉的入口，所述盘管和所述预热炉的炉体之间填充保温棉，所述预热炉的入口、炉体中部和出口处均设有用于检测气体温度的热电偶，所述预热炉的炉体通过竖向支架安装固定。

6.如权利要求1所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述检测系统包括检测装置，所述检测装置套设在所述反应炉内，所述检测装置包括反应器，反应器的中部设有催化剂固定架，催化剂安装在所述催化剂固定架内，所述反应器的上部设有气体入口，混合后的气体从反应器的气体入口进入反应器内部，经过脱硝催化剂后从所述反应器的气体出口处流出，所述反应器的气体出口连接烟气分析仪。

7.如权利要求6所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述反应器的两端设有快速接头，所述快速接头通过快速接头锁紧块与所述反应器固定连接。

8.如权利要求6所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述催化剂固定架的外围呈圆柱形，所述催化剂固定架的内部形成长方体的空间，其形状与催化剂的外形相适配，所述催化剂固定架的纵截面呈工字型。

9.如权利要求6所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述反应器的内壁设有催化剂固定架的安装结构，所述安装结构为沿所述反应器的内壁设置的支撑架，所述支撑架的上部的内壁形状与所述催化剂固定架的外围形状一致，所述支撑架下部的内壁直径介于催化剂固定架的外围直径和催化剂固定架的内壁尺寸之间。

10.如权利要求1所述的脱硝催化剂的性能检测装置，其特征在于：所述反应器的入口处设有热电偶套管，所述热电偶固定安装在所述热电偶套管上，其端部伸入催化剂中心的孔道内。