CN107402278B - Scr脱硝催化剂的性能中试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SCR脱硝催化剂的性能中试装置，包括烟气模拟装置、脱硝反应装置及检测装置，烟气模拟装置的出口与进气母管相连，进气母管的出口与脱硝反应装置的入口相连，脱硝反应装置的出口与主排气管相连，烟气模拟装置包括基础烟气管、污染物进气管、水蒸气进气管、氨气进气管和气体混合罐，基础烟气管的出口通过气体混合罐与进气母管的入口相连；污染物进气管的出口与进气母管的入口段相连；水蒸气进气管的出口与进气母管的中段相连；氨气进气管的出口与进气母管的尾段相连；进气母管的出口与依次通过静态混合器和电加热器与脱硝反应装置的入口相连。该装置能模拟烟气流量以及组成的波动，在实际工作状态下测试脱硝催化剂的性能。

Description

SCR脱硝催化剂的性能中试装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，特别涉及一种SCR脱硝催化剂的性能中试装置，属于脱硝催化剂试验设备技术领域。

背景技术

国家要求燃煤电厂必须在2020年前全面实施超低排放和节能改造，其中要求氮氧化物的排放浓度必须低于50mg/m³。目前控制氮氧氧化物排放的主流技术为选择性催化还原(SCR)技术，SCR脱硝技术是指在催化剂作用下采用还原剂（如氨、尿素以及氨水等）直接把烟气中的氮氧化物转化为无污染的水和氮气。脱硝催化剂性能的优劣直接影响到SCR法的脱硝效果。

随着环保要求的日渐严格，对脱硝催化剂的性能提出了更高的要求。因此催化剂生产厂家需要通过催化剂中试装置来检测催化剂性能，同时针对不同的设计要求对工况进行模拟，从而根据实际模拟结果优化催化剂设计，并提供个性化的催化剂设计方案，使得催化剂性能能够得到最大程度的发挥。

目前已有的中试装置按照烟气产生方式可分为采用实际烟气、钢瓶配气模拟烟气和燃烧天然气模拟烟气这三种方式。考虑到催化剂厂家对中试装置使用频繁，模拟的工况也千差万别，因此采用钢瓶配气模拟烟气较为经济与方便。

现有技术中，采用钢瓶配气模拟烟气的催化剂中试装置主要存在以下几点问题。

1、无法模拟烟气流量以及组成波动对于催化剂的影响。现有采用钢瓶配气的中试装置，烟气流量以及组成稳定，不容易进行改变，无法模拟烟气波动对催化剂的影响。

2、无法充分利用烟气。现有装置将反应后的烟气直接排放，仅对烟气热量进行回用，烟气由钢瓶配气而产生，直接排放会导致运行成本的大幅度增加。

3、烟气流场分布不均。由于中试装置受限于空间的限制，无法设置正常的整流以及气体均布装置，导致进入反应器内部的气体分布与组成不均，氨气与烟气混合不均匀，影响中试装置检测结果的准确性。

4、中试装置无法根据实际工况进行变换。实际生产中，通常反应器内部安装有一层、两层、三层乃至于多层催化剂的情况，中试装置的适用范围大大缩小。

5、适用的温度范围比较窄，现有装置仅适用300~400℃的温度区间。目前低温、中温、高温催化剂应用范围越来越广。对于中试装置，温度区间也随着扩大。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种SCR脱硝催化剂的性能中试装置，能够模拟烟气流量以及组成的波动，在接近实际工作状态下测试脱硝催化剂的性能。

为解决以上技术问题，本发明的一种SCR脱硝催化剂的性能中试装置，包括烟气模拟装置、脱硝反应装置及检测装置，所述烟气模拟装置的出口与进气母管相连，所述进气母管的出口与所述脱硝反应装置的入口相连，所述脱硝反应装置的出口与主排气管相连，所述烟气模拟装置包括基础烟气管、污染物进气管、水蒸气进气管、氨气进气管和气体混合罐，所述基础烟气管的出口与所述气体混合罐的进气口相连，所述气体混合罐的排气口与所述进气母管的入口相连；所述污染物进气管的出口通过污染物均布装置与所述进气母管的入口段相连；所述水蒸气进气管的出口通过水蒸气均布装置与所述进气母管的中段相连；所述氨气进气管的出口通过氨气均布装置与所述进气母管的尾段相连；所述进气母管的出口与静态混合器的入口相连，所述静态混合器的出口与电加热器的入口管道相连，所述电加热器的出口管道与所述脱硝反应装置的入口相连，所述脱硝反应装置的出口与主排气管相连。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：基础烟气的成分包括二氧化碳、氮气和空气，从基础烟气管进入气体混合罐混合均匀后，进入进气母管；污染物成分从污染物进气管排出后通过污染物均布装置均匀布入进气母管的入口段；水蒸气从水蒸气进气管排出后，通过水蒸气均布装置均匀布入进气母管的中段；氨气从氨气进气管排出后通过氨气均布装置均匀布入进气母管的尾段。本发明采用基础烟气先进入进气母管，污染物首先与基础烟气混合，基础烟气和污染物均为常温，混合后需要进行加热，本发明利用系统自身的热量对基础烟气和污染物先进行预热；水蒸气在温度较高进气母管中段混入，避免水蒸气遇到低温烟气冷凝为液态。工业炉窑排放的烟气为基础烟气、污染物和水蒸气的混合物，氨气是在排烟后的脱硝装置中加入，目的是去除烟气中的氮氧化物，本发明在烟气配置好以后，再加入氨气，完全模拟烟气脱硝处理的真实状态。分别调节基础烟气管、污染物进气管、水蒸气进气管和氨气进气管的流量即可以模拟出各种工况下的烟气组分，使测试烟气与实际生产中待脱硝真实烟气的组分高度近似，以上气体经静态混合器均匀混合后，电加热器将混合烟气加热至与真实烟气接触脱硝催化剂时的实际温度完全一致，然后进入脱硝反应装置进行脱硝处理，脱硝后的烟气从主排气管排出。本发明首先模拟出真实的烟气组分，再模拟真实的脱硝步骤，并且将烟气加热至真实的工作温度，在与真实烟气高度近似的情况下，对烟气中的氮氧化物、氧气、水分含量及温度等进行测定，从而得到脱硝催化剂真实的性能指标。

作为本发明的改进，还包括基础烟气产生装置，所述基础烟气产生装置包括二氧化碳气瓶、氮气瓶和风机，所述二氧化碳气瓶的出口通过二氧化碳流量控制器与所述基础烟气管的入口相连，所述氮气瓶的出口通过氮气流量控制器与所述基础烟气管的入口相连，所述风机的出风口通过空气过滤器及空气流量控制器与所述基础烟气管的入口相连。空气由风机引入，经空气过滤器过滤后，由空气流量控制器控制空气的流量；二氧化碳和氮气分别由气瓶供气，分别由二氧化碳流量控制器控制二氧化碳的流量，由氮气流量控制器控制氮气的流量，这样既可以改变基础烟气的整体流量，又可以对基础烟气自身三种成分的比例进行调整，可以模拟出不同种类炉窑的基础烟气，或者同一种炉窑基础烟气的波动。

作为本发明的进一步改进，还包括污染物产生装置，所述污染物产生装置包括氨气瓶、氧气瓶、二氧化硫气瓶和一氧化氮制备装置，所述氨气瓶的出口通过氨气流量控制器一与所述一氧化氮制备装置的入口相连，所述氧气瓶的出口通过氧气流量控制器也与所述一氧化氮制备装置的入口相连，所述一氧化氮制备装置的出口通过一氧化氮流量控制器与所述污染物进气管的入口相连；所述二氧化硫气瓶的出口通过二氧化硫流量控制器也与所述污染物进气管的入口相连。污染物的成分包括一氧化氮和二氧化硫，其中一氧化氮由氨气瓶和氧气瓶供气，分别由氨气流量控制器控制氨气的流量，由氧气流量控制器控制氧气的流量，氨气和氧气的摩尔比为5：4，该比例的氨气和氧气进入一氧化氮制备装置发生催化反应生产一氧化氮，一氧化氮流量控制器可以调节一氧化氮注入基础烟气的流量。二氧化硫直接由气瓶供气，由二氧化硫流量控制器控制其流量。这样既保证氨气和氧气完全发生反应，由可以调节污染物的成分，以便模拟出不同种类炉窑的污染物，或者同一种炉窑污染物的波动。

作为本发明的进一步改进，所述水蒸气进气管的入口与蒸汽发生器的出口相连，所述蒸汽发生器的入口与止回阀的出口相连，所述止回阀的入口通过水流量控制器与水源管相连；所述氨气进气管的入口通过氨气流量控制器二与所述氨气瓶的出口相连。真实烟气中含有水蒸气，由水流量控制器控制水的流量，由蒸汽发生器将水加热蒸发成为水蒸气。

作为本发明的进一步改进，还包括热量回用装置，所述热量回用装置包括换热器一和换热器二，换热器一的上端冷侧入口安装有阀门二，换热器一的下端冷侧出口安装有阀门五；换热器二的下端冷侧入口安装有阀门六，换热器二的上端冷侧出口安装有阀门四；阀门二的入口与所述进气母管的前段相连，阀门四的出口与所述进气母管的中段相连且位于所述水蒸气均布装置的上游，阀门二入口与阀门四出口之间的进气母管上安装有阀门三；阀门五的出口与阀门六的入口通过联通管实现串联；所述主排气管的入口段安装有阀门十，阀门十的入口通过三通与阀门七的入口相连，阀门七的出口与换热器二的下端热侧入口相连，换热器二的上端热侧出口通过阀门八与换热器一的上端热侧入口相连，换热器一的下端热侧出口通过阀门九与所述主排气管的出口段相连。基础烟气和污染物为常温，需要加热至脱硝反应装置的工作温度，中试装置要求的温度范围比较宽，如果仅依靠电加热器加热，不但负荷过大，能耗过高，而且电加热器体积会很大，不切合实际；而从主排气管排出的烟气温度非常高，蕴含着巨大的热量，利用主排气管排放的烟气对基础烟气和污染物的混合烟气进行预热，不仅实现了排放烟气的余热回收，而且大大提高了混合烟气的温度，降低了电加热器的负荷，使得装置的总体能耗比较低，测试效率比较高。当脱硝反应装置的工作温度为高温时，例如为600℃的工作温度，打开阀门二、阀门四、阀门五、阀门六、阀门七、阀门八和阀门九，关闭阀门三、阀门十和阀门十一，混合烟气经阀门二先进入换热器一的冷侧，再经阀门五和阀门六进入换热器二的冷侧，从阀门四回到进气母管中；高温排烟经阀门七先进入换热器二的热侧，再经阀门八进入换热器一的热侧，从阀门九排出，混合烟气受到两级预热，且全流程均与高温排烟进行逆流换热，始终保持很高的换热效率，大大拓宽了检测装置的检测范围。

作为本发明的进一步改进，所述进气母管的入口段通过三通连接有阀门一，阀门一的出口通过进气超越管与所述阀门六的入口相连；换热器二的上端热侧出口通过阀门十一与所述主排气管的出口段相连。当脱硝反应装置的工作温度为中低温时，例如为180～250℃的工作温度，可以仅投用一个换热器。例如关闭阀门二、阀门三、阀门五、阀门八、阀门九和阀门十，打开阀门四、阀门六、阀门七和阀门十一；混合烟气经阀门一和阀门六进入换热器二的冷侧，从阀门四回到进气母管中，高温排烟从阀门七进入换热器二的热侧，从阀门十一回到主排气管中，混合烟气受到一级预热，与高温排烟也是进行逆流换热，保持很高的换热效率。

作为本发明的进一步改进，所述主排气管的出口与气体吸收装置的下部进气口相连，所述气体吸收装置的顶部排口通过文丘里流量计与三通调节阀的入口相连，所述三通调节阀的上部出口与大气相通，所述三通调节阀的中部出口与所述气体混合罐的烟气回流口相连；所述三通调节阀的回流比受控于所述文丘里流量计测得的烟气流量。基础烟气的耗量比较大，均采用各气瓶提供气源制取测试用基础烟气，成本比较高，耗能也比较大。经过热量回收后的排烟进入气体吸收装置中，除少量一氧化氮外，烟气中的氨气、二氧化硫、水和三氧化硫等均被填料吸收，使得气体吸收装置出口的气体成分与基础烟气基本相同，在去除一氧化氮以外的杂质气体后，作为回用烟气进入气体混合罐，回用的比例由三通调节阀根据文丘里流量计的读数控制，多余的烟气排入大气。如此实现了烟气的回收利用，大大降低了测试成本。

作为本发明的进一步改进，所述脱硝反应装置包括四个反应单元，各反应单元的上端入口分别通过各反应单元入口阀与所述进气母管相连，各反应单的下端出口分别通过各反应单元出口阀与所述主排气管相连；前一个反应单元的出口还分别通过跨越阀与后一个反应单元的入口相连；各反应单元的出口分别连接有取样阀，各所述取样阀的出口分别与排气取样管相连，所述排气取样管的出口与所述检测装置的入口相连。四个反应单元通过反应单元入口阀、反应单元出口阀与跨越阀的切换可以实现多种测试形式，例如一、各反应单元入口阀和反应单元出口阀均打开，各跨越阀全部关闭，四个反应单元实现全部并联，测试催化剂为一层时的性能参数。二、反应单元一与反应单元二串联为一组，反应单元三与反应单元四串联为二组，一组与二组之间的跨越阀关闭，两组实现并联，测试催化剂为两层时的性能参数。三、反应单元一、反应单元二与反应单元三串联为一组，反应单元四独立使用，测试催化剂为三层时的性能参数，并与一层催化剂进行对比。

作为本发明的进一步改进，所述水蒸气均布装置与所述氨气均布装置之间的进气母管上连接有进气母管取样管，所述进气母管取样管的出口与所述检测装置的入口相连。水蒸气均布装置与氨气均布装置之间的烟气与脱硝前的真实烟气高度近似，从此处取样分析可以得到脱硝前烟气的真实数据，以便与脱硝后的数据进行对比分析。

作为本发明的进一步改进，所述气体吸收装置的顶部排口连接有回流烟气取样管，所述回流烟气取样管的出口与所述检测装置的入口相连。在回流烟气取样管的出口取样检测，可以监控回流烟气的成分，防止脱硝反应装置出现异常。

作为本发明的进一步改进，所述检测装置包括烟气过滤器、冷却器、气液分离罐、气体干燥装置、蠕动泵和检测分析仪，所述进气母管的出口通过所述烟气过滤器与所述冷却器的烟气入口相连，所述冷却器的烟气出口与所述气液分离罐的进气口相连，所述气液分离罐的顶部排气口与所述气体干燥装置的入口相连，所述气体干燥装置的出口管道通过所述蠕动泵与所述检测分析仪的入口相连。取样烟气经烟气过滤器去除杂质后，在冷却器中由冷却水对其进行冷却，使其完全符合检测分析仪所需要的温度，然后烟气经过气液分离罐除去液滴，再经气体干燥装置干燥后，由蠕动泵送入检测分析仪进行检测，判断催化剂的脱硝性能。

作为本发明的进一步改进，所述污染物均布装置、水蒸气均布装置和氨气均布装置分别包括位于所述进气母管横截面上的四根呈十字形连接的布气支管，每根布气支管上沿圆周及轴向均匀分布有多个布气小孔，四根布气支管的中心分别与各自的气源管相连。污染物、水蒸气或氨气先分别进入四根布气支管的中心，沿四根布气支管呈放射状向外流动，并且从各布气小孔均匀布入布气支管中，在进入静态混合器前，各烟气就已经基本实现了均匀混合。

附图说明

图1为本发明SCR脱硝催化剂的性能中试装置实施例一的流程图。

图2为图1中污染物均布装置、水蒸气均布装置或氨气均布装置的放大图。

图3为图2的截面放大图。

图4为图1中脱硝反应装置的流程图。

图5为安装板式及波纹板式催化剂的脱硝反应器结构示意图。

图6为安装蜂窝催化剂的脱硝反应器结构示意图。

图7为图1中检测装置的工作原理图。

图8为本发明SCR脱硝催化剂的性能中试装置实施例二的流程图。

图9为本发明SCR脱硝催化剂的性能中试装置实施例三的流程图。

图中：1.蒸汽发生器；2.一氧化氮制备装置；3.止回阀；4.空气过滤器；5.气体混合罐；6.静态混合器；7.电加热器；8.脱硝反应装置；8-1.反应单元一；8-2.反应单元二；8-3.反应单元三；8-4.反应单元四；8a.整流格栅；8b.连接法兰；8c.催化剂试样；8d.支撑格栅网；9.检测装置；9a.烟气过滤器；9b.冷却器；9c.气液分离罐；9d.气体干燥装置；9e.蠕动泵；9f.检测分析仪；10.气体吸收装置；11.文丘里流量计；12.布气支管；12a.布气小孔；E1.换热器一；E2.换热器二；L1.氨气流量控制器一；L2.水流量控制器；L3.氨气流量控制器二；L4.氧气流量控制器；L5.一氧化氮流量控制器；L6.二氧化硫流量控制器；L7.二氧化碳流量控制器；L8.氮气流量控制器；L9.空气流量控制器；G1.氨气进气管；G2.水蒸气进气管；G3.污染物进气管；G4.基础烟气管；G5.进气母管；G6.主排气管；G7.联通管；G8.进气超越管；G9.排气取样管；G10.进气母管取样管；G11.回流烟气取样管；V1.阀门一；V2.阀门二；V3.阀门三；V4.阀门四；V5.阀门五；V6.阀门六；V7.阀门七；V8.阀门八；V9.阀门九；V10.阀门十；V11.阀门十一；V12.三通调节阀；V13.阀门十三；V14.阀门十四；V15.阀门十五；V16.阀门十六；V17. 阀门十七；V18.阀门十八；V19.阀门十九；V20.阀门二十；V21.阀门二十一；V22.阀门二十二；V23.阀门二十三；V24.阀门二十四；V25.阀门二十五；V26.阀门二十六；V27.阀门二十七；V28.阀门二十八；V29.阀门二十九；V30.阀门三十；V31.阀门三十一；PI.压力传感器；TI.温度传感器。

实施方式

如图1所示，本发明SCR脱硝催化剂的性能中试装置包括烟气模拟装置、脱硝反应装置8及检测装置9，烟气模拟装置的出口与进气母管G5相连，进气母管G5的出口与脱硝反应装置8的入口相连，脱硝反应装置8的出口与主排气管G6相连，烟气模拟装置包括基础烟气管G4、污染物进气管G3、水蒸气进气管G2、氨气进气管G1和气体混合罐5，基础烟气管G4的出口与气体混合罐5的进气口相连，气体混合罐5的排气口与进气母管G5的入口相连；污染物进气管G3的出口通过污染物均布装置与进气母管G5的入口段相连；水蒸气进气管G2的出口通过水蒸气均布装置与进气母管G5的中段相连；氨气进气管G1的出口通过氨气均布装置与进气母管G5的尾段相连；进气母管G5的出口与静态混合器6的入口相连，静态混合器6的出口与电加热器7的入口管道相连，电加热器7的出口管道与脱硝反应装置8的入口相连，脱硝反应装置8的出口与主排气管G6相连。

本发明还包括基础烟气产生装置，基础烟气产生装置包括二氧化碳气瓶、氮气瓶和风机，二氧化碳气瓶的出口通过二氧化碳流量控制器L7与基础烟气管G4的入口相连，氮气瓶的出口通过氮气流量控制器L8与基础烟气管G4的入口相连，风机的出风口通过空气过滤器4及空气流量控制器L9与基础烟气管G4的入口相连。空气由风机引入，经空气过滤器4过滤后，由空气流量控制器L9控制空气的流量；二氧化碳和氮气分别由气瓶供气，分别由二氧化碳流量控制器L7控制二氧化碳的流量，由氮气流量控制器L8控制氮气的流量，这样既可以改变基础烟气的整体流量，又可以对基础烟气自身三种成分的比例进行调整，可以模拟出不同种类炉窑的基础烟气，或者同一种炉窑基础烟气的波动。

本发明还包括污染物产生装置，污染物产生装置包括氨气瓶、氧气瓶、二氧化硫气瓶和一氧化氮制备装置2，氨气瓶的出口通过氨气流量控制器一L1与一氧化氮制备装置2的入口相连，氧气瓶的出口通过氧气流量控制器L4也与一氧化氮制备装置2的入口相连，一氧化氮制备装置2的出口通过一氧化氮流量控制器L5与污染物进气管G3的入口相连；二氧化硫气瓶的出口通过二氧化硫流量控制器L6也与污染物进气管G3的入口相连。污染物的成分包括一氧化氮和二氧化硫，其中一氧化氮由氨气瓶和氧气瓶供气，分别由氨气流量控制器控制氨气的流量，由氧气流量控制器L4控制氧气的流量，氨气和氧气的摩尔比为5：4，该比例的氨气和氧气进入一氧化氮制备装置2发生催化反应生产一氧化氮，一氧化氮流量控制器L5可以调节一氧化氮注入基础烟气的流量。二氧化硫直接由气瓶供气，由二氧化硫流量控制器L6控制其流量。这样既保证氨气和氧气完全发生反应，由可以调节污染物的成分，以便模拟出不同种类炉窑的污染物，或者同一种炉窑污染物的波动。

水蒸气进气管G2的入口与蒸汽发生器1的出口相连，蒸汽发生器1的入口与止回阀3的出口相连，止回阀3的入口通过水流量控制器L2与水源管相连；氨气进气管G1的入口通过氨气流量控制器二L3与氨气瓶的出口相连。真实烟气中含有水蒸气，由水流量控制器L2控制水的流量，由蒸汽发生器1将水加热蒸发成为水蒸气。

如图2、图3所示，污染物均布装置、水蒸气均布装置和氨气均布装置分别包括位于进气母管横截面上的四根呈十字形连接的布气支管12，每根布气支管12上沿圆周及轴向均匀分布有多个布气小孔12a，四根布气支管12的中心分别与各自的气源管相连。污染物、水蒸气或氨气先分别进入四根布气支管12的中心，沿四根布气支管12呈放射状向外流动，并且从各布气小孔12a均匀布入布气支管12中，在进入静态混合器6前，各烟气就已经基本实现了均匀混合。

基础烟气的成分包括二氧化碳、氮气和空气，从基础烟气管G4进入气体混合罐5混合均匀后，进入进气母管G5；污染物成分从污染物进气管G3排出后通过污染物均布装置均匀布入进气母管G5的入口段；水蒸气从水蒸气进气管G2排出后，通过水蒸气均布装置均匀布入进气母管G5的中段；氨气从氨气进气管G1排出后通过氨气均布装置均匀布入进气母管G5的尾段。

本发明采用基础烟气先进入进气母管G5，污染物首先与基础烟气混合，基础烟气和污染物均为常温，混合后需要进行加热，本发明利用系统自身的热量对基础烟气和污染物先进行预热；水蒸气在温度较高进气母管中段混入，避免水蒸气遇到低温烟气冷凝为液态。工业炉窑排放的烟气为基础烟气、污染物和水蒸气的混合物，氨气是在排烟后的脱硝装置中加入，目的是去除烟气中的氮氧化物，本发明在烟气配置好以后，再加入氨气，完全模拟烟气脱硝处理的真实状态。

分别调节基础烟气管G4、污染物进气管G3、水蒸气进气管G2和氨气进气管G1的流量即可以模拟出各种工况下的烟气组分，使测试烟气与实际生产中待脱硝真实烟气的组分高度近似，以上气体经静态混合器6均匀混合后，电加热器7将混合烟气加热至与真实烟气接触脱硝催化剂时的实际温度完全一致，然后进入脱硝反应装置8进行脱硝处理，脱硝后的烟气从主排气管G6排出。本发明首先模拟出真实的烟气组分，再模拟真实的脱硝步骤，并且将烟气加热至真实的工作温度，在与真实烟气高度近似的情况下，对烟气中的氮氧化物、氧气、水分含量及温度等进行测定，从而得到脱硝催化剂真实的性能指标。

本发明还包括热量回用装置，热量回用装置包括换热器一E1和换热器二E2，换热器一E1的上端冷侧入口安装有阀门二V2，换热器一E1的下端冷侧出口安装有阀门五V5；换热器二E2的下端冷侧入口安装有阀门六V6，换热器二E2的上端冷侧出口安装有阀门四V4；阀门二V2的入口与进气母管G5的前段相连，阀门四V4的出口与进气母管G5的中段相连且位于水蒸气均布装置的上游，阀门二V2入口与阀门四V4出口之间的进气母管G5上安装有阀门三V3；阀门五V5的出口与阀门六V6的入口通过联通管G7实现串联；主排气管G6的入口段安装有阀门十V10，阀门十V10的入口通过三通与阀门七V7的入口相连，阀门七V7的出口与换热器二E2的下端热侧入口相连，换热器二E2的上端热侧出口通过阀门八V8与换热器一E1的上端热侧入口相连，换热器一E1的下端热侧出口通过阀门九V9与主排气管G6的出口段相连。

基础烟气和污染物为常温，需要加热至脱硝反应装置8的工作温度，中试装置要求的温度范围比较宽，如果仅依靠电加热器7加热，不但负荷过大，能耗过高，而且电加热器体积会很大，不切合实际；而从主排气管G6排出的烟气温度非常高，蕴含着巨大的热量，利用主排气管G6排放的烟气对基础烟气和污染物的混合烟气进行预热，不仅实现了排放烟气的余热回收，而且大大提高了混合烟气的温度，降低了电加热器7的负荷，使得装置的总体能耗比较低，测试效率比较高。当脱硝反应装置8的工作温度为高温时，例如为600℃的工作温度，打开阀门二V2、阀门四V4、阀门五V5、阀门六V6、阀门七V7、阀门八V8和阀门九V9，关闭阀门三V3、阀门十V10和阀门十一V11，混合烟气经阀门二V2先进入换热器一E1的冷侧，再经阀门五V5和阀门六V6进入换热器二E2的冷侧，从阀门四V4回到进气母管G5中；高温排烟经阀门七V7先进入换热器二E2的热侧，再经阀门八V8进入换热器一E1的热侧，从阀门九V9排出，混合烟气受到两级预热，且全流程均与高温排烟进行逆流换热，始终保持很高的换热效率，大大拓宽了检测装置9的检测范围。

进气母管G5的入口段通过三通连接有阀门一V1，阀门一V1的出口通过进气超越管G8与阀门六V6的入口相连；换热器二E2的上端热侧出口通过阀门十一V11与主排气管G6的出口段相连。当脱硝反应装置8的工作温度为中低温时，例如为180～250℃的工作温度，可以仅投用一个换热器。例如关闭阀门二V2、阀门三V3、阀门五V5、阀门八V8、阀门九V9和阀门十V10，打开阀门四V4、阀门六V6、阀门七V7和阀门十一V11；混合烟气经阀门一V1和阀门六V6进入换热器二E2的冷侧，从阀门四V4回到进气母管G5中，高温排烟从阀门七V7进入换热器二E2的热侧，从阀门十一V11回到主排气管G6中，混合烟气受到一级预热，与高温排烟也是进行逆流换热，保持很高的换热效率。

主排气管G6的出口与气体吸收装置10的下部进气口相连，气体吸收装置10的顶部排口通过文丘里流量计11与三通调节阀V12的入口相连，三通调节阀V12的上部出口与大气相通，三通调节阀V12的中部出口与气体混合罐5的烟气回流口相连；三通调节阀V12的回流比受控于文丘里流量计11测得的烟气流量。基础烟气的耗量比较大，均采用各气瓶提供气源制取测试用基础烟气，成本比较高，耗能也比较大。经过热量回收后的排烟进入气体吸收装置10中，除少量一氧化氮外，烟气中的氨气、二氧化硫、水和三氧化硫等均被填料吸收，使得气体吸收装置10出口的气体成分与基础烟气基本相同，在去除一氧化氮以外的杂质气体后，作为回用烟气进入气体混合罐5，回用的比例由三通调节阀V12根据文丘里流量计11的读数控制，多余的烟气排入大气。如此实现了烟气的回收利用，大大降低了测试成本。

脱硝反应装置8包括四个反应单元，各反应单元的上端入口分别通过各反应单元入口阀与进气母管G5相连，各反应单的下端出口分别通过各反应单元出口阀与主排气管G6相连；前一个反应单元的出口还分别通过跨越阀与后一个反应单元的入口相连；各反应单元的出口分别连接有取样阀，各取样阀的出口分别与排气取样管G9相连，排气取样管G9的出口与检测装置9的入口相连。

四个反应单元通过反应单元入口阀、反应单元出口阀与跨越阀的切换可以实现多种测试形式，状态一：阀门十三V13、阀门十四V14、阀门十五V15、阀门十六V16、阀门二十V20、阀门二十一V21、阀门二十二V22和阀门二十三V23均打开，阀门十七V17、阀门十八V18和阀门十九V19全部关闭，四个反应单元实现全部并联，测试催化剂为一层时的性能参数。

状态二：阀门十三V13、阀门十七V17和阀门二十一V21打开，阀门十四V14、阀门二十V20关闭使反应单元一8-1与反应单元二8-2串联，阀门十五V15、阀门十九V19和阀门二十三V23打开，阀门十六V16和阀门二十二V22关闭使反应单元三8-3与反应单元四8-4串联，一组与二组之间的跨越阀阀门十八V18关闭，两组实现并联，测试催化剂为两层时的性能参数。

状态三：阀门十三V13、阀门十七V17、阀门十八V18和阀门二十二V22打开，阀门十四V14、阀门十五V15、阀门十九V19、阀门二十V20和阀门二十一V21关闭，使反应单元一8-1、反应单元二8-2与反应单元三8-3串联为一组，阀门十六V16和阀门二十三V23打开，反应单元四8-4独立使用，测试催化剂为三层时的性能参数，并与一层催化剂进行对比。

反应单元一8-1的出口通过阀门二十八V28与排气取样管G9相连，通过阀门二十四V24通大气；反应单元二8-2的出口通过阀门二十九V29与排气取样管G9相连，通过阀门二十五V25通大气；反应单元三8-3的出口通过阀门三十V30与排气取样管G9相连，通过阀门二十六V26通大气；反应单元四8-4的出口通过阀门三十一V31与排气取样管G9相连，通过阀门二十七V27通大气。

水蒸气均布装置与氨气均布装置之间的进气母管G5上连接有进气母管取样管G10，进气母管取样管G10的出口与检测装置9的入口相连。水蒸气均布装置与氨气均布装置之间的烟气与脱硝前的真实烟气高度近似，从此处取样分析可以得到脱硝前烟气的真实数据，以便与脱硝后的数据进行对比分析。

气体吸收装置10的顶部排口连接有回流烟气取样管G11，回流烟气取样管G11的出口与检测装置9的入口相连。在回流烟气取样管G11的出口取样检测，可以监控回流烟气的成分，防止脱硝反应装置8出现异常。

图5所示为安装板式及波纹板式催化剂的脱硝反应器结构示意图，反应器与实际运行时同样竖直放置，反应器外壁设置有保温层，采用陶瓷棉作为主要保温材料，管道表层也设有保温层，减少热量损耗。在反应器单元的进出口均设置有压力传感器PI，检测压力数值以及反应单元的压降。催化剂试样8c的上方设有温度传感器TI，反应单元入口的下方设有整流格栅8a，反应单元上部设有连接法兰8b，反应单元的中部内腔安装有催化剂试样8c，催化剂试样8c为板式催化剂或波纹板式催化剂。板式或波纹板式催化剂为1*1布置，即可以放置一个小单体，在高度方向可以放置两个催化剂单体。催化剂试样8c的下方设有支撑格栅网8d。催化剂试样8c可以通过拆卸连接法兰8b放入。

图6为安装蜂窝催化剂的脱硝反应器结构示意图，催化剂试样8c为蜂窝催化剂，蜂窝催化剂为3*3布置，高度可以根据实际需求进行选择，高度范围可以从400mm到1200mm。安装蜂窝催化剂时，在催化剂底部的支撑格栅网8d上放置有催化剂内部支撑结构，该结构成“井”字状，高度在500mm左右，用来固定蜂窝催化剂。同时在催化剂顶部用陶瓷棉来固定催化剂以及填补催化剂与反应器之间的间隙，起到密封作用。

如图7所示，检测装置9包括烟气过滤器9a、冷却器9b、气液分离罐9c、气体干燥装置9d、蠕动泵9e和检测分析仪9f，进气母管G5的出口通过烟气过滤器9a与冷却器9b的烟气入口相连，冷却器9b的烟气出口与气液分离罐9c的进气口相连，气液分离罐9c的顶部排气口与气体干燥装置9d的入口相连，气体干燥装置9d的出口管道通过蠕动泵9e与检测分析仪9f的入口相连。取样烟气经烟气过滤器9a去除杂质后，在冷却器9b中由冷却水对其进行冷却，使其完全符合检测分析仪9f所需要的温度，然后烟气经过气液分离罐9c除去液滴，再经气体干燥装置9d干燥后，由蠕动泵9e送入检测分析仪9f进行检测，判断催化剂的脱硝性能。

图8为本发明SCR脱硝催化剂的性能中试装置实施例二的流程图，没有烟气回用装置，其余与实施例一相同。

图9为本发明SCR脱硝催化剂的性能中试装置实施例三的流程图，没有热量回用装置和烟气回用装置，其余与实施例一相同。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述。

Claims (12)

1.一种SCR脱硝催化剂的性能中试装置，包括烟气模拟装置、脱硝反应装置及检测装置，所述烟气模拟装置的出口与进气母管相连，所述进气母管的出口与所述脱硝反应装置的入口相连，所述脱硝反应装置的出口与主排气管相连，其特征在于：所述烟气模拟装置包括基础烟气管、污染物进气管、水蒸气进气管、氨气进气管和气体混合罐，所述基础烟气管的出口与所述气体混合罐的进气口相连，所述气体混合罐的排气口与所述进气母管的入口相连；所述污染物进气管的出口通过污染物均布装置与所述进气母管的入口段相连；所述水蒸气进气管的出口通过水蒸气均布装置与所述进气母管的中段相连；所述氨气进气管的出口通过氨气均布装置与所述进气母管的尾段相连；所述进气母管的出口与静态混合器的入口相连，所述静态混合器的出口与电加热器的入口管道相连，所述电加热器的出口管道与所述脱硝反应装置的入口相连，所述脱硝反应装置的出口与主排气管相连；

还包括基础烟气产生装置和污染物产生装置，基础烟气先进入进气母管，污染物首先与基础烟气混合，利用系统自身的热量对混合后的基础烟气和污染物进行预热后，水蒸气在温度较高进气母管中段混入，氨气是在排烟后的脱硝装置中加入；分别调节基础烟气管、污染物进气管、水蒸气进气管和氨气进气管的流量模拟各种工况下的烟气组分，使测试烟气与实际生产中待脱硝真实烟气的组分高度近似；在与真实烟气高度近似的情况下，对烟气中的氮氧化物、氧气、水分含量及温度进行测定，从而得到脱硝催化剂真实的性能指标；

还包括热量回用装置，利用所述主排气管排放的高温烟气对基础烟气和污染物的混合烟气进行预热，且全流程进行逆流换热，对排放烟气进行余热回收的同时，提高混合烟气的温度；

所述主排气管的出口与气体吸收装置的下部进气口相连，经过热量回收后的排烟进入气体吸收装置中，烟气中的氨气、二氧化硫、水和三氧化硫被填料吸收，使得气体吸收装置出口的气体在去除一氧化氮以外的杂质气体后，作为回用烟气进入所述气体混合罐。

2.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述基础烟气产生装置包括二氧化碳气瓶、氮气瓶和风机，所述二氧化碳气瓶的出口通过二氧化碳流量控制器与所述基础烟气管的入口相连，所述氮气瓶的出口通过氮气流量控制器与所述基础烟气管的入口相连，所述风机的出风口通过空气过滤器及空气流量控制器与所述基础烟气管的入口相连。

3.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述污染物产生装置包括氨气瓶、氧气瓶、二氧化硫气瓶和一氧化氮制备装置，所述氨气瓶的出口通过氨气流量控制器一与所述一氧化氮制备装置的入口相连，所述氧气瓶的出口通过氧气流量控制器也与所述一氧化氮制备装置的入口相连，所述一氧化氮制备装置的出口通过一氧化氮流量控制器与所述污染物进气管的入口相连；所述二氧化硫气瓶的出口通过二氧化硫流量控制器也与所述污染物进气管的入口相连。

4.根据权利要求3所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述水蒸气进气管的入口与蒸汽发生器的出口相连，所述蒸汽发生器的入口与止回阀的出口相连，所述止回阀的入口通过水流量控制器与水源管相连；所述氨气进气管的入口通过氨气流量控制器二与所述氨气瓶的出口相连。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述热量回用装置包括换热器一和换热器二，换热器一的上端冷侧入口安装有阀门二，换热器一的下端冷侧出口安装有阀门五；换热器二的下端冷侧入口安装有阀门六，换热器二的上端冷侧出口安装有阀门四；阀门二的入口与所述进气母管的前段相连，阀门四的出口与所述进气母管的中段相连且位于所述水蒸气均布装置的上游，阀门二入口与阀门四出口之间的进气母管上安装有阀门三；阀门五的出口与阀门六的入口通过联通管实现串联；所述主排气管的入口段安装有阀门十，阀门十的入口通过三通与阀门七的入口相连，阀门七的出口与换热器二的下端热侧入口相连，换热器二的上端热侧出口通过阀门八与换热器一的上端热侧入口相连，换热器一的下端热侧出口通过阀门九与所述主排气管的出口段相连。

6.根据权利要求5所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述进气母管的入口段通过三通连接有阀门一，阀门一的出口通过进气超越管与所述阀门六的入口相连；换热器二的上端热侧出口通过阀门十一与所述主排气管的出口段相连。

7.根据权利要求5所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述气体吸收装置的顶部排口通过文丘里流量计与三通调节阀的入口相连，所述三通调节阀的上部出口与大气相通，所述三通调节阀的中部出口与所述气体混合罐的烟气回流口相连；所述三通调节阀的回流比受控于所述文丘里流量计测得的烟气流量。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述脱硝反应装置包括四个反应单元，各反应单元的上端入口分别通过各反应单元入口阀与所述进气母管相连，各反应单的下端出口分别通过各反应单元出口阀与所述主排气管相连；前一个反应单元的出口还分别通过跨越阀与后一个反应单元的入口相连；各反应单元的出口分别连接有取样阀，各所述取样阀的出口分别与排气取样管相连，所述排气取样管的出口与所述检测装置的入口相连。

9.根据权利要求8所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述水蒸气均布装置与所述氨气均布装置之间的进气母管上连接有进气母管取样管，所述进气母管取样管的出口与所述检测装置的入口相连。

10.根据权利要求7所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述气体吸收装置的顶部排口连接有回流烟气取样管，所述回流烟气取样管的出口与所述检测装置的入口相连。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述检测装置包括烟气过滤器、冷却器、气液分离罐、气体干燥装置、蠕动泵和检测分析仪，所述进气母管的出口通过所述烟气过滤器与所述冷却器的烟气入口相连，所述冷却器的烟气出口与所述气液分离罐的进气口相连，所述气液分离罐的顶部排气口与所述气体干燥装置的入口相连，所述气体干燥装置的出口管道通过所述蠕动泵与所述检测分析仪的入口相连。

12.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的性能中试装置，其特征在于：所述污染物均布装置、水蒸气均布装置和氨气均布装置分别包括位于所述进气母管横截面上的四根呈十字形连接的布气支管，每根布气支管上沿圆周及轴向均匀分布有多个布气小孔，四根布气支管的中心分别与各自的气源管相连。