CN108195993A - 一种scr脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置及其应用方法，属于检测领域。其包括配气系统、主反应系统、分析系统、喷淋系统，以及用于实现控制元件参数设定和自动化运行的数据采集与控制系统，所述主反应系统包括依次连接的换热器、电加热器和反应器系统、所述反应器系统包括若干个反应炉，反应炉之间互相连接。本发明在不停炉的情况下可连续测量四种工况的催化剂性能，最大程度地节约能源和提高工作效率，有效地测量脱硝效率、氨逃逸、SO₂/SO₃转化率、压降等参数。

Description

一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置及其应用方法

技术领域

本发明涉及一种检测评价烟气脱硝催化剂工艺性能指标的实验装置及其应用方法，更具体地说，涉及一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置及其应用方法。

背景技术

催化剂性能直接影响到烟气NOx是否达标排放，关系到NH₃的逃逸率是否超标，是否会在下游空预器等设备上产生积盐。催化剂性能指标对催化剂寿命管理与更换计划具有较强的指导意义，也是脱硝系统运行优化与调整的依据。因此，为了保证脱硝效率、NH₃逃逸率、SO₂/SO₃等指标达标，有必要对脱硝催化剂开展性能的定期检测与评价，以便于选择合适的催化剂及掌握催化剂性能，制订合理的催化剂寿命管理与更换计划，从而使得后期对脱硝系统运行优化与调整做出及时的规划。

专利号为201621049479.9的实用新型专利“一种全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验”，及专利号为201620666864.1的实用新型专利“脱硝催化剂活性检测评价装置”，前者的反应装置为四个反应器两两串联后再并联的形式，其最多在不停机的情况下可测2个工况的催化剂样品；后者的反应装置为四个反应器依次串联的形式，其测试不同工况的催化剂时，加热炉需要升温至300-400℃，且每次测试NO、NH₃、SO₂通入的量不同，故无法同时测试，都需要停炉再更换催化剂，而在停炉与再加热的过程需要大量的时间，同时也浪费能源，无法最大效率地节省时间与能源。而在不停炉的情况下，在每个反应炉中放置不同工况的催化剂样品时，会造成后测试的催化剂样品测试参数的误差，进而导致测试数据不准确，无法体现催化剂样品的真实性能。

专利号为201510659921.3的发明专利申请“脱硝催化剂的性能检测装置”，与专利号为200910113055.2的发明专利“一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法和装置”均提供了脱硝催化剂活性检测的方法和装置，但是它们均为手动控制，且以上两套系统都没有对温度场、流量场的控制措施，无法保证催化剂最大效率的检测与评估。

因而，目前亟需一种节约能源、效率较高的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，能够同时测试不同工况的催化剂。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置应用过程中存在能源浪费、效率较低的问题，本发明提供了一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置及其应用方法，该装置的四个反应炉采用两两串并联的形式，在不停炉的情况下可连续测量四种工况的催化剂性能，可最大程度地节约能源和提高工作效率，且该装置的每级反应器前端都设有整流器，以保证流场的均匀性，从而提高脱硝效率、氨逃逸、SO₂/SO₃转化率等参数的准确性。为了能建立合理高效的全尺寸催化剂评价装置，减少催化剂性能测试成本，提供有效地技术解决方法。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，包括配气系统、主反应系统、分析系统、喷淋系统、数据采集与控制系统，配气系统与主反应系统连接，分析系统分别与主反应系统的反应器系统和数据采集与控制系统相连接、喷淋系统与主反应系统的反应器系统相连接，数据采集与控制系统分别于配气系统和主反应系统相连接。

其中：配气系统用于提供满足模拟烟气组份配比的原料气体N₂、O₂、SO₂、NO、NH₃和水蒸气的配气，由配气单元、补水单元和混气罐组成，配气单元包括制氮机单元、空压机单元、SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元、补水单元、N₂吹扫单元。制氮机单元与空压机单元、主反应系统的换热器和N2吹扫单元连接，空压机单元与主反应系统的换热器连接，SO₂供应单元进气端与N₂吹扫单元连接且出气端与混气罐连接，NO供应单元进气端与N₂吹扫单元连接且出气端与混气罐连接，NH₃供应单元进气端与N₂吹扫单元连接且出气端与主反应系统的加热器与静态混合器之间的管路连接，混气罐与主反应系统的换热器后的管路连接，补水单元与主反应系统的换热器后的管路连接。其中配气单元和补水单元连接数据采集与控制系统。

SO₂供应单元、NO供应单元、NH3供应单元的气路连接相同，以NH₃气路为例，NH₃供应单元由第一气瓶、第二气瓶、第一膜片阀至第十一膜片阀、第一过滤器、第二过滤器、第一调压阀至第三调压阀、第一爆破片、第二爆破片、第一单向阀至第六单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第一气动阀、球阀、第一质量流量计和第二质量流量计组成，其中：第一气瓶、第二气瓶中的特气为NH₃，第一气瓶的出口安装有带信号远传功能的第一压力传感器，第一压力传感器后端的气路分为三路，第一路通过第一膜片阀排空。第二路由第二膜片阀、第一过滤器、第一调压阀、第二单向阀串联构成，第一调压阀的泄压端通过第一爆破片连接与第一膜片阀的后端。第三路由第三膜片阀、第一单向阀串联构成，第一单向阀的后端接第一吹扫气路。第二气瓶的出口安装有带信号远传功能的第二压力传感器，第二压力传感器后端的气路分为三路，第一路通过第四膜片阀排空。第二路由第五膜片阀、第二过滤器、第二调压阀、第四单向阀串联构成，第二调压阀的泄压端通过第二爆破片连接与第四膜片阀的后端。第三路由第六膜片阀、第三单向阀串联构成，第三单向阀的后端接第二吹扫气路。第一单向阀、第四单向阀分别与第七膜片阀的一端连接，第七膜片阀的另一端接第一气动阀，第一气动阀的控制端接第一电磁阀，第一电磁阀的两一端接第一气动阀用气，气动阀的另一端分为两路，一路接第三调压阀，另一路依次接第五单向阀、第二电磁阀、第一球阀、第三吹扫气路。第三调压阀的另一端与第一质量流量计和第二质量流量计并联而成的气路、第六单向阀依次串联，第一质量流量计的出入端分别安装有第十膜片阀和第十一膜片阀，第二质量流量计的出入端分别安装第八膜片阀和第九膜片阀。

补水单元由水槽、计量泵、蒸汽发生器、单向阀、球阀依次串联构成，其中计量泵用于将水槽中的水抽入蒸汽发生器内，并抽出的水的量可直接通过PLC模块发出，蒸汽发生器的作用为将液态的水蒸发为气态，单向阀的作用为防止气体的逆流。

N₂吹扫单元由电磁阀组组成。N₂吹扫单元由制氮机单元分出一路提供氮气，N₂吹扫单元通过电磁阀组分别与SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元、分析系统连接，提供吹扫气或气动阀用气，电磁阀组由数据采集与控制系统进行控制其开启与关闭。

主反应系统由换热器、加热器、静态混合器混合整流系统、反应器系统、主管路单元组成，且换热器、加热器、静态混合器、反应器系统通过主管路单元依次串联，混合整流系统由四级混合整流组成，其中第一级混合整流为换热器内部的列管式结构，用于第一级混合N₂和O₂整流用于混合N₂和O₂，第二级混合整流为加热管内部环形交叉均匀分布设计，用于第二级混合SO₂/NO/H₂O/N₂/O₂整流混合SO₂/NO/H₂O/N₂/O₂，第三级混合整流为静态混合器为第三级混合整流，用于混合SO₂/NO/H₂O/N₂/O₂/NH₃，第四级混合为每台反应炉入口均串联安装一只气体整流器，用于对进入催化剂内气体起到第四级混合整流作用，气体整流器采用四层网状结构，整流器的厚度为33mm，每层间隔大概8mm，每层网孔范围为40-60目，保证进催化剂的流场、温度场、浓度场的均匀。。

换热器的气体流过部分均采用不锈钢，钢架采用Q25A型材质，设备采用内部保温结构，保温材料采用硅酸铝纤维，保温外侧采用S11710级防护。进去气接口均采用法兰式连接及密封。换热器设两层换热，分别为气气换热及气水换热。第一层是气气换热，利用入口氮气温度和出口烟气温度差值进行热传递，冷端烟气最高可加热至280℃及以上。换热器将反应器后的高温烟气重复利用，对尾气进行余热利用。第二层是水气换热，利用循环冷却水对出口烟气进一步降温，换热器采用气气换热加循环水冷却的方式进行，保证换热效率的同时确保经余热回收后的烟气温度≤40℃。在换热器后主管路安装制冷机，经制冷机可以使烟气降至25℃以下。

加热器为电加热器，结构为加厚型无缝钢管，采用SUS310D材质，耐700度高温，电加热器外层采用2mm厚度SS304材质不锈钢。保温层温采用优质硅酸铝纤维，保温层厚达200mm。电加热丝采用2080镍铬合金丝，填充物均为高等级氧化镁粉，加热管管材为加厚型310S无缝钢管，排列方式为环形交叉均匀分布，使得气体混合加热均匀，工作温度可达并稳定输出在550℃。

反应器系统由4个反应炉、4个催化剂载舟、液压密封系统、第一电动阀至第十一电动阀组成。第一反应炉进出端分别设置第一电动阀和第二电动阀，第二反应炉进出端分别设置第四电动阀和第五电动阀，第三反应炉进出端分别设置第七电动阀和第八电动阀，第四反应炉进出端分别设置第十电动阀和第十一电动阀，第一反应炉与第二反应炉之间设置有第三电动阀，第二反应炉与第三反应炉之间设置有第六电动阀，第三反应炉与第四反应炉之间设置有第九电动阀；第一电动阀、第四电动阀、第七电动阀、第十电动阀与分析系统的第一在线氨表连接，第二电动阀、第五电动阀、第八电动阀、第十一电动阀与分析系统的第二在线氨表连接。上述连接可实现4种不同工况的催化剂连续性能测试而不停机，从而提高了工作效率及有效地节约停炉/开机过程造成的资源浪费。反应炉的布置方式可为一排四个、四排或者上层两台、下层两台。每个反应炉内设置一个催化剂载舟，催化剂载舟的形状为方形，尺寸168/160mm*168/160mm*1500mm，催化剂载舟材质为SS316L不锈钢方钢，内壁光洁度。

反应炉加热部分设计成圆柱环形加热腔，加热温度均匀，反应炉进出气管路与炉体间采用软性保温材料密封，反应炉两端断面采用30mm厚度的一次成型的密封材料密封，每个反应炉温度场均匀分布，热损耗降到最低。反应炉正常工作时温度可达100℃～1000℃，有效的满足催化剂的所需要的温度的160℃～450℃工作范围。

液压密封系统由液压密封推杆、气动液压油泵组成。每个反应炉主管道两端设置液压密封推杆，气动液压油泵进行密封挤压。当达到气密性设定值时推杆保持不动；当系统加热过程中产生热膨胀时，气动液压油泵自动调节抵消。

分析系统由在线氨表单元、移动高温烟分系统组成，且在线氨表单元由两台在线氨分析仪表组成，分别装于反应器系统的前端和后端，移动高温烟分系统用于移动测量各反应炉前后端烟气的组分

喷淋系统包括废气净化塔、抽风机、PH自动加药系统、两个压力传感器、1个温度传感器。其中：两个压力传感器分别安装于喷淋系统的出入口，用于监测其压力，以便于观察出入口是否堵塞或气流是否过大；温度传感器安装于喷淋系统的入口位置，防止烟气温度过高影响尾气处理效果及喷淋系统的运行。

(5)数据采集与控制系统

数据采集与控制系统包括PLC模块、工控机、A/D转换模块、继电器、电源模块。压力传感器、电磁阀、电动阀、质量流量计的信号输出端分别与PLC模块相连接，温度、压力等数据传送到PLC模块，PLC模块后经A/D转换模块后，在工控机上显示，电源模块为PLC、工控机、A/D转换模块提供电源。数据采集与控制系统完成对系统参数的采集、控制及报警。通过系统的温度、压力和流量，控制各个环节加热的温度和质量流量计的开度，使系统各个环节温度、流量、压力达到需要的精度。同时，系统为防止误操作或系统各单元运行出现故障，数据采集与控制系统会自动报警并且控制各个气体的流量，降低温度，压力，防止仪器损坏及事故的发生。此外，实时上传的系统运行参数，便于操作人员对系统的控制。

本装置工作流程如下：首先打开制氮机、空压机，再根据催化剂的测试工况，即：温度大小、配气量、配气的含氧量、含水量、含氨量、含NO的量及SO₂的量，调节配气中N₂、O₂的值，再调节电加热器的温度，直至系统的温度达到设定值，因为本系统采用四级混合整流，可快速使得温度场及流速场稳定，从而保证测试数据的准确性；再根据测试工况、配入H₂O、NO、NH₃、SO₂，直至测试完毕。当需要测试不同工况的催化剂时，只需将要测试的催化剂的反应炉前后的阀开启，气体反应炉前后的阀关闭即可，可在不停炉的情况下，最快最有效地测试，从而节省了测试时间(每个温度场加热需要2-3小时，停炉换催化剂需要4-5小时)，即每个催化剂的测试可节省6-8小时。稳定的流速场是准确地测量催化剂前后端压降的必要条件，因而相对于现有技术而言，本方案的烟气经过多级整流进入反应炉内后流速场稳定，从而使得反应炉内温度场更加稳定。

一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置的应用方法：

步骤一：首先第一电动阀、第三电动阀、第六电动阀、第九电动阀、第十一电动阀开启，第二电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第七电动阀、第八电动阀、第十电动阀关闭，第一反应炉至第四反应炉中的4个样品同时进行催化剂老化；

步骤二：当老化结束后，第一电动阀、第二电动阀开启，第三电动阀至第十一电动阀关闭，进行第一种工况的试验；

步骤三：第一种工况测试完毕后，打开第四电动阀、五电动阀，第一电动阀、第二电动阀、第六电动阀至第十一电动阀关闭，进行第二种工况的试验；

步骤四：第二种工况测试完毕后，打开第七电动阀、和第八电动阀，第一电动阀至第六电动阀、第九电动阀至第十一电动阀关闭，进行第三种工况的试验；

步骤五：第三种工况测试完毕后，打开第十电动阀、第十一电动阀，第一电动阀至第十电动阀关闭，进行第四种工况的试验，四种工况全部测试完毕后，关闭装置。

本系统整个测试环节有效地节约了样品测试更换过程的时间，也节约了能源。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供由四个反应炉，当测试其中一段时，可将其他几段反应炉前后的阀关闭，只需控制反应炉前后阀的开启来实现不同工况下，不同催化剂的测试，因而本发明在不停炉的情况下可连续测量四种工况的催化剂性能，最大程度地节约能源和提高工作效率，有效地测量脱硝效率、氨逃逸、SO₂/SO₃转化率、压降等参数；

(2)本发明的每个反应炉前端都安装有整流器，整流器采用采用四层网状结构，整流器的厚度为33mm，每层间隔大概8mm，每层网孔范围为40-60目，保证进催化剂的流场、温度场、浓度场的均匀，创造准确地测量催化剂前后端压降的必要条件，相对于现有技术而言，烟气经过整流器进入反应炉内后流速场稳定，从而使得反应炉内温度场更加稳定；

(3)本发明由四级混合整流组成，确保烟气中SO₂/NO/NH₃/H₂O/N₂/O₂混合均匀，烟气经过四级整流进入反应炉内后流速场稳定，从而使得反应炉内温度场更加稳定，保证测试数据的准确性；

(4)本发明采用制氮机和空压机产生N₂和O₂，可以节约实验过程中用气的成本及安全性，且移动高温烟分系统，操作方便，有效地缩短了测点与烟气分析仪的距离，从而减少了NH₃、SO₃的吸附与损耗，确保测量数据的准确性。

附图说明

图1为SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置系统结构图；

图2为NH₃供应单元元件连接图；

图3为整流器结构图；

图4为反应炉连接图。

图中：1、第一气瓶；2、第二气瓶；3、第一膜片阀；4、第二膜片阀；5、第三膜片阀；6、第四膜片阀；7、第五膜片阀；8、第六膜片阀；9、第七膜片阀；10、第八膜片阀；

11、第九膜片阀；12、第十膜片阀；13、第十一膜片阀；14、第一过滤器；15、第二过滤器；16、第一调压阀；17、第二调压阀；18、第三调压阀；19、第一爆破片；20、第二爆破片；21、第一单向阀；22、第二单向阀；23、第三单向阀；24、第四单向阀；25、第五单向阀；26、第六单向阀；27、第一电磁阀；28、第二电磁阀；29、第一气动阀；30、球阀；31、第一质量流量计；32、第二质量流量计；38、第一反应炉；39、第二反应炉；40、第三反应炉；41、第四反应炉；42、第一电动阀；43、第二电动阀；44、第三电动阀；45、第四电动阀；46、第五电动阀；47、第六电动阀；48、第七电动阀；49、第八电动阀；50、第九电动阀；51、第十电动阀；52、第十一电动阀；53、第一在线氨表；54、第二在线氨表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1所示，一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，包括配气系统、主反应系统、分析系统、喷淋系统、数据采集与控制系统，配气系统与主反应系统连接，分析系统分别与主反应系统的反应器系统和数据采集与控制系统相连接、喷淋系统与主反应系统的反应器系统相连接，数据采集与控制系统分别于配气系统和主反应系统相连接。

其中：配气系统用于提供满足模拟烟气组份配比的原料气体N₂、O₂、SO₂、NO、NH₃和水蒸气的配气，由配气单元、补水单元和混气罐组成，配气单元包括制氮机单元、空压机单元、SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元、补水单元、N₂吹扫单元。制氮机单元与空压机单元、主反应系统的换热器和N₂吹扫单元连接，空压机单元与主反应系统的换热器连接，SO₂供应单元分别与N₂吹扫单元连接且出气端与混气罐连接，NO供应单元分别与N₂吹扫单元连接且出气端与混气罐连接，NH₃供应单元分别与N₂吹扫单元连接且出气端与主反应系统的加热器与静态混合器之间的管路连接，混气罐与主反应系统的换热器后的管路连接，补水单元与主反应系统的换热器后的管路连接。其中配气单元和补水单元连接数据采集与控制系统。

其中空压机单元的功能为将空气进行压缩、冷凝、过滤，从而获得洁净的空气，并给系统提供O₂及给制氮机提供洁净空气；制氮机单元连接于空压机单元之后，制氮机将空压机提供的洁净空气进行处理，得到纯度达到99.9％的N₂，制氮机单元的作用为给系统提供N₂。

SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元依次给系统提供SO₂、NO、NH₃，且每个单元的气瓶都为一用一备，以保证实验过程不中断。SO₂供应单元和NO供应单元一起汇入混气罐进行混合，混合后的SO₂和NO换热器后的管路，补水单元的水蒸气进入加热器前，SO₂、NO汇入点后的管路。NH3供应单元在电加热器后汇入管路。

SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元的气路连接相同，以NH₃气路为例，如图2所示，NH₃供应单元由第一气瓶1、第二气瓶2、第一膜片阀3至第十一膜片阀13、第一过滤器14、第二过滤器15、第一调压阀16至第三调压阀19、第一爆破片19、第二爆破片20、第一单向阀21至第六单向阀26、第一电磁阀27、第二电磁阀28、第一气动阀29、球阀30、第一质量流量计31和第二质量流量计32组成，即：第一气瓶1、第二气瓶2中的特气为NH₃，第一气瓶1的出口安装有带信号远传功能的第一压力传感器，第一压力传感器后端的气路分为三路，第一路通过第一膜片阀3排空。第二路由第二膜片阀4、第一过滤器14、第一调压阀16、第二单向阀26串联构成，第一调压阀16的泄压端通过第一爆破片19连接与第一膜片阀3的后端。第三路由第三膜片阀5、第一单向阀21串联构成，第一单向阀21的后端接第一吹扫气路。第二气瓶2的出口安装有带信号远传功能的第二压力传感器，第二压力传感器后端的气路分为三路，第一路通过第四膜片阀6排空。第二路由第五膜片阀7、第二过滤器15、第二调压阀17、第四单向阀24串联构成，第二调压阀17的泄压端通过第二爆破片20连接与第四膜片阀6的后端。第三路由第六膜片阀8、第三单向阀23串联构成，第三单向阀23的后端接第二吹扫气路。第一单向阀21、第四单向阀24分别与第七膜片阀9的一端连接，第七膜片阀9的另一端接第一气动阀29，第一气动阀29的控制端接第一电磁阀27，第一电磁阀27的一端接第一气动阀用气，第一气动阀29的另一端分为两路，一路接第三调压阀18，另一路依次接第五单向阀25、第二电磁阀28、第一球阀30、第三吹扫气路。第三调压阀18的另一端与第一质量流量计31和第二质量流量计32并联而成的气路、第六单向阀26依次串联，第、二质量流量计32的出入端分别安装有第十膜片阀12和第十一膜片阀13，第一质量流量计31的出入端分别安装第八膜片阀10和第九膜片阀11。

其工作流程为：当系统需要NH₃时，打开第二膜片阀4，NH₃经第一过滤器14过滤后再通过第一调压阀16，第一过滤器14的作用为过滤气体，以保证气体为洁净，第一调压阀16的作用为将NH₃的出气压力调节在一个稳定值，经过调压后的NH₃经过第二单向阀22，第二单向阀22的作用为保证该气路的气体不逆流，且要求第七膜片阀9前端的气路设置在防爆的特气间内，NH₃经过第二单向阀22、第七膜片阀9、第三调压阀18后，进入质量流量计，第一质量流量计31和第二质量流量计32采用一大一小的搭配，以保证配置流量的准确性。当气瓶出口的压力大于限定值时，第一爆破片19将被击穿，从而起到泄压的效果。当实验结束，关闭第二膜片阀4，打开第三膜片阀5和第一膜片阀2、第一电磁阀27、第二电磁阀28、球阀，此时吹扫气对整个管路进行吹扫，避免NH₃在管路中残留、吸附。当实验过程中第一气瓶1的气体用完，可直接关闭第二膜片阀24，打开第五膜片阀7，以保证实验的连续性。

补水单元由水槽、计量泵、蒸汽发生器、单向阀、球阀依次串联构成，其中计量泵用于将水槽中的水抽入蒸汽发生器内，并抽出的水的量可直接通过PLC模块发出，蒸汽发生器的作用为将液态的水蒸发为气态，单向阀的作用为防止气体的逆流。

N₂吹扫单元由电磁阀组组成。N₂吹扫单元由制氮机单元分出一路提供氮气，N₂吹扫单元通过电磁阀组分别与SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元、分析系统连接，提供吹扫气或气动阀用气，电磁阀组由数据采集与控制系统进行控制其开启与关闭。

主反应系统由换热器、加热器、静态混合器、反应器系统、主管路单元组成，且换热器、加热器、静态混合器、反应器系统通过主管路单元依次串联，其中换热器内部的列管式结构，用于第一级混合N₂和O₂整流，电加热管内部环形交叉均匀分布设计，用于第二级混合SO₂/NO/H₂O/N₂/O₂整流，静态混合器为第三级混合整流，用于混合SO₂/NO/H₂O/N₂/O₂/NH₃，每台反应炉入口均串联安装气体整流器用于对进入催化剂内气体起到第四级混合整流作用，气体整流器采用四层网状结构，如图3所示，整流器的厚度为33mm，每层间隔大概8mm，每层网孔范围为40-60目，保证进催化剂的流场、温度场、浓度场的均匀。稳定的流速场是准确地测量催化剂前后端压降的必要条件，因而相对于现有技术而言，本方案的烟气经过多级整流进入反应炉内后流速场稳定，从而使得反应炉内温度场更加稳定。

换热器的气体流过部分均采用不锈钢，钢架采用Q25A型材质，设备采用内部保温结构，保温材料采用硅酸铝纤维，保温外侧采用S11710级防护。进去气接口均采用法兰式连接及密封。换热器设两层换热，分别为气气换热及气水换热。第一层是气气换热，利用入口氮气温度和出口烟气温度差值进行热传递，冷端烟气最高可加热至280℃及以上。换热器将反应器后的高温烟气重复利用，对尾气进行余热利用。第二层是水气换热，利用循环冷却水对出口烟气进一步降温，换热器采用气气换热加循环水冷却的方式进行，保证换热效率的同时确保经余热回收后的烟气温度≤40℃。在换热器后主管路安装制冷机，经制冷机可以使烟气降至25℃以下。

加热器为电加热器，结构为加厚型无缝钢管，采用SUS310D材质，耐700度高温，电加热器外层采用2mm厚度SS304材质不锈钢。保温层温采用优质硅酸铝纤维，保温层厚达200mm。电加热丝采用2080镍铬合金丝，填充物均为高等级氧化镁粉，加热管管材为加厚型310S无缝钢管，排列方式为环形交叉均匀分布，使得气体混合加热均匀，工作温度可达并稳定输出在550℃。

如图4所示，本实施例的反应器系统由4个反应炉、4个催化剂载舟、液压密封系统、第一电动阀42至第十一电动阀52组成。第一反应炉38进出端分别设置第一电动阀42和第二电动阀43，第二反应炉39进出端分别设置第四电动阀45和第五电动阀46，第三反应炉40进出端分别设置第七电动阀48和第八电动阀49，第四反应炉41进出端分别设置第十电动阀51和第十一电动阀52，第一反应炉38与第二反应炉39之间设置有第三电动阀44，第二反应炉39与第三反应炉40之间设置有第六电动阀47，第三反应炉40与第四反应炉41之间设置有第九电动阀50；第一电动阀42、第四电动阀45、第七电动阀48、第十电动阀51与分析系统的第一在线氨表53连接，第二电动阀43、第五电动阀46、第八电动阀49、第十一电动阀52与分析系统的第二在线氨表54连接。四个反应炉中放置一种测试工况的催化剂，此时测试时需将第一电动阀42、第三电动阀44、第六电动阀47、第九电动阀50、第十一电动阀52开启，第二电动阀43、第四电动阀45、第五电动阀46、第七电动阀48、第八电动阀49、第十电动阀51关闭，使得四个反应器串联，再逐步测试四个催化剂样品的活性等参数；当四个反应器中分别放置不同工况的催化剂样品时，在每个工况的催化剂样品在测试时，只需调节各个电动阀的开关，保证烟气只通过测试的催化剂样品，即分别对不同催化剂进行切换测试。上述连接可实现4种不同工况的催化剂连续性能测试而不停机，从而提高了工作效率及有效地节约停炉/开机过程造成的资源浪费。反应炉的布置方式可为一排四个、四排或者上层两台、下层两台。每个反应炉内设置一个催化剂载舟，催化剂载舟的形状为方形，尺寸168/160mm*168/160mm*1500mm，催化剂载舟材质为SS316L不锈钢方钢，内壁光洁度。

反应炉加热部分设计成圆柱环形加热腔，加热温度均匀，反应炉进出气管路与炉体间采用软性保温材料密封，反应炉两端断面采用30mm厚度的一次成型的密封材料密封，每个反应炉温度场均匀分布，热损耗降到最低。反应炉正常工作时温度可达100℃～1000℃，有效的满足催化剂的所需要的温度的160℃～450℃工作范围。

液压密封系统由液压密封推杆、气动液压油泵组成。每个反应炉主管道两端设置液压密封推杆，气动液压油泵进行密封挤压。当达到气密性设定值时推杆保持不动；当系统加热过程中产生热膨胀时，气动液压油泵自动调节抵消。

分析系统由在线氨表单元、移动高温烟分系统组成，且在线氨表单元由两台在线氨表组成，分别装于反应器系统的前端和后端，移动高温烟分系统用于移动测量各反应炉前后端烟气的组分；移动高温烟分系统由加热线、高温预处理、傅里叶红外分析仪、氧化锆分析仪组成，其中加热线可耐温250℃，控温范围：150～230℃。内部管路采用SS316L材质EP级内抛光不锈钢管，表层温度小于42℃。测点烟气经加热线加热保温后，进入高温预处理，高温预处理将烟气在200℃±3℃环境下进行粉尘过滤、气泵抽气、流量调节处理后烟气进入傅里叶红外分析仪和氧化锆分析仪进行分析，整套系统集成轻便铝合金移动小车内。操作方便，有效地缩短了测点与烟气分析仪的距离，从而减少了NH₃、SO₃的吸附与损耗，确保测量数据的准确性。

喷淋系统包括废气净化塔、抽风机、PH自动加药系统、两个压力传感器、1个温度传感器。其中：两个压力传感器分别安装于喷淋系统的出入口，用于监测其压力，以便于观察出入口是否堵塞或气流是否过大；温度传感器安装于喷淋系统的入口位置，防止烟气温度过高影响尾气处理效果及喷淋系统的运行。其工作流程为：烟气经抽风机抽入废气净化塔，烟气在进入废气净化塔之前，经过温度传感器和压力传感器，分别测量烟气的温度和压力，并将温度与压力反馈给数据采集与控制系统，烟气进入废气净化塔后，烟气与塔内的废气处理液充分接触，并将烟气中的SO₂、SO₃、NH₃、NO等废气进行化学处理。当废气处理液的PH值变化超过设定值时，PH自动加药系统将自动加药，以保证废气处理液对废气的处理效果。

(5)数据采集与控制系统

数据采集与控制系统包括PLC模块、工控机、A/D转换模块、继电器、电源模块。压力传感器、电磁阀、电动阀、质量流量计的信号输出端分别与PLC模块相连接，温度、压力等数据传送到PLC模块，PLC模块后经A/D转换模块后，在工控机上显示，电源模块为PLC、工控机、A/D转换模块提供电源。数据采集与控制系统完成对系统参数的采集、控制及报警。通过系统的温度、压力和流量，控制各个环节加热的温度和质量流量计的开度，使系统各个环节温度、流量、压力达到需要的精度。同时，系统为防止误操作或系统各单元运行出现故障，数据采集与控制系统会自动报警并且控制各个气体的流量，降低温度，压力，防止仪器损坏及事故的发生。此外，实时上传的系统运行参数，便于操作人员对系统的控制。

数据采集与控制系统使用PLC进行控制，通过控制工控机提供人机交互界面，并结合软件平台实现控制元件参数的设定和自动化运行。PLC和控制工控机通过以太网接口进行通讯。OPC客户端用于将来自PLC的过程数据写入数据层和数据库内。用户图形界面程序(GUI)从数据层读取数据，并将设定值通过数据层传输至OPC客户端，由PLC执行。

一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置的应用方法：

首先第一电动阀42、第三电动阀44、第六电动阀47、第九电动阀50、第十一电动阀52开启，第二电动阀43、第四电动阀45、第五电动阀46、第七电动阀48、第八电动阀49、第十电动阀51关闭，第一反应炉38至第四反应炉41中的4个样品同时进行催化剂老化，当老化结束后，第一电动阀42、第二电动阀43开启，第三电动阀44至第十一电动阀52关闭，进行第一种工况的试验；第一种工况测试完毕后，打开第四电动阀45、五电动阀46，第一电动阀42、第二电动阀43、第六电动阀47至第十一电动阀52关闭，进行第二种工况的试验；第二种工况测试完毕后，打开第七电动阀48、和第八电动阀49，第一电动阀42至第六电动阀47、第九电动阀50至第十一电动阀52关闭，进行第三种工况的试验；第三种工况测试完毕后，打开第十电动阀51、第十一电动阀52，第一电动阀42至第十电动阀51关闭，进行第四种工况的试验，四种工况全部测试完毕后，关闭装置。整个测试有效地节约了样品测试更换过程的时间，及节约了能源。

本系统采用四级混合整流，可快速使得温度场及流速场稳定，从而保证测试数据的准确性；再根据测试工况配入H₂O、NO、NH₃、SO₂，直至测试完毕。当需要测试不同工况的催化剂时，只需将要测试的催化剂的反应炉前后的阀开启，气体反应炉前后的阀关闭即可，可在不停炉的情况下，最快最有效地测试，从而节省了测试时间(每个温度场加热需要2-3小时，停炉换催化剂需要4-5小时)，即每个催化剂的测试可节省6-8小时。

Claims (10)

1.一种SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，包括配气系统、主反应系统、分析系统、喷淋系统、数据采集与控制系统，配气系统与主反应系统连接，分析系统分别与主反应系统的反应器系统和数据采集与控制系统相连接、喷淋系统与主反应系统的反应器系统相连接，数据采集与控制系统分别与配气系统和主反应系统相连接；主反应系统包括换热器、加热器、静态混合器、反应器系统、主管路单元，换热器、加热器、静态混合器、反应器系统通过主管路单元依次串联，反应器系统内设置有若干反应炉互相连接。

2.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述反应器系统包括4个反应炉、4个催化剂载舟、液压密封系统、第一电动阀至第十一电动阀；其中第一反应炉进出端分别设置第一电动阀和第二电动阀，第二反应炉进出端分别设置第四电动阀和第五电动阀，第三反应炉进出端分别设置第七电动阀和第八电动阀，第四反应炉进出端分别设置第十电动阀和第十一电动阀，第一反应炉与第二反应炉之间设置有第三电动阀，第二反应炉与第三反应炉之间设置有第六电动阀，第三反应炉与第四反应炉之间设置有第九电动阀，第一电动阀、第四电动阀、第七电动阀、第十电动阀与分析系统的第一在线氨表连接，第二电动阀、第五电动阀、第八电动阀、第十一电动阀与分析系统的第二在线氨表连接。

3.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述配气系统由配气单元、补水单元和混气罐组成，配气单元包括制氮机单元、空压机单元、SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元、补水单元、N₂吹扫单元，制氮机单元与空压机单元、主反应系统的换热器和N₂吹扫单元连接，空压机单元与主反应系统的换热器连接，SO₂供应单元进气端与N₂吹扫单元连接，且出气端与混气罐连接，NO供应单元进气端与N₂吹扫单元连接，且出气端与混气罐连接，NH₃供应单元进气端与N₂吹扫单元连接，且出气端与主反应系统的加热器与静态混合器之间的管路连接，混气罐与主反应系统的换热器后的管路连接，补水单元与主反应系统的换热器后的管路连接，其中配气单元和补水单元连接数据采集与控制系统。

4.根据权利要求3所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述NH₃供应单元由第一气瓶、第二气瓶、第一膜片阀至第十一膜片阀、第一过滤器、第二过滤器、第一调压阀至第三调压阀、第一爆破片、第二爆破片、第一单向阀至第六单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第一气动阀、球阀、第一质量流量计和第二质量流量计组成，其中：第一气瓶的出口安装有带信号远传功能的第一压力传感器，第一压力传感器后端的气路分为三路，第一路通过第一膜片阀排空；第二路由第二膜片阀、第一过滤器、第一调压阀、第二单向阀串联构成，第一调压阀的泄压端通过第一爆破片连接与第一膜片阀的后端；第三路由第三膜片阀、第一单向阀串联构成，第一单向阀的后端接第一吹扫气路；第二气瓶的出口安装有带信号远传功能的第二压力传感器，第二压力传感器后端的气路分为三路，第一路通过第四膜片阀排空；第二路由第五膜片阀、第二过滤器、第二调压阀、第四单向阀串联构成，第二调压阀的泄压端通过第二爆破片连接与第四膜片阀的后端；第三路由第六膜片阀、第三单向阀串联构成，第三单向阀的后端接第二吹扫气路；第一单向阀、第四单向阀分别与第七膜片阀的一端连接，第七膜片阀的另一端接第一气动阀，第一气动阀的控制端接第一电磁阀，第一电磁阀的两一端接第一气动阀用气，气动阀的另一端分为两路，一路接第三调压阀，另一路依次接第五单向阀、第二电磁阀、第一球阀、第三吹扫气路，第三调压阀的另一端与第一质量流量计和第二质量流量计并联而成的气路、第六单向阀依次串联，第一质量流量计的出入端分别安装有第十膜片阀和第十一膜片阀，第二质量流量计的出入端分别安装第八膜片阀和第九膜片阀。

5.根据权利要求3所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述补水单元由水槽、计量泵、蒸汽发生器、单向阀、球阀依次串联构成；N₂吹扫单元由电磁阀组组成，N₂吹扫单元通过电磁阀组分别与SO₂供应单元、NO供应单元、NH₃供应单元、分析系统连接，提供吹扫气或气动阀用气，电磁阀组由数据采集与控制系统进行控制其开启与关闭。

6.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述换热器内部为列管式结构，用于第一级混合N₂和O₂整流；加热管内部环形交叉均匀分布设计，用于第二级混合SO₂/NO/H₂O/N₂/O₂整流；静态混合器为第三级混合整流，用于混合SO₂/NO/H₂O/N₂/O₂/NH₃；反应器系统的每台反应炉入口均串联安装气体整流器用于对进入催化剂内气体起到第四级混合整流作用，气体整流器采用四层网状结构。

7.根据权利要求6所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述气体整流器的厚度为33mm，且采用四层网状结构，每层间隔8mm，网孔范围为40-60目。

8.根据权利要求2所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述反应炉的布置方式为一排四个、四排或者上层两台、下层两台；每个反应炉内设置一个催化剂载舟；反应炉加热部分成圆柱环形加热腔，反应炉进出气管路与炉体间采用软性保温材料密封，反应炉两端断面采用一次成型的密封材料密封。

9.根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置，其特征在于：所述分析系统由在线氨表单元、移动高温烟分系统组成，在线氨表单元由两台在线氨表组成，分别装于反应器系统的前端和后端，移动高温烟分系统用于移动测量各反应炉前后端烟气的组分；喷淋系统包括废气净化塔、抽风机、PH自动加药系统、压力传感器、1个温度传感器，其中压力传感器分别安装于喷淋系统的出入口，温度传感器安装于喷淋系统的入口位置；数据采集与控制系统包括PLC模块、工控机、A/D转换模块、继电器、电源模块，压力传感器、电磁阀、电动阀、质量流量计的信号输出端分别与PLC模块相连接，温度、压力数据传送到PLC模块，PLC模块后经A/D转换模块后，在工控机上显示，电源模块为PLC、工控机、A/D转换模块提供电源。

10.一种如权利要求2所述的SCR脱硝催化剂全尺寸性能检测评价装置的应用方法：其步骤为：

步骤一：首先第一电动阀、第三电动阀、第六电动阀、第九电动阀、第十一电动阀开启，第二电动阀、第四电动阀、第五电动阀、第七电动阀、第八电动阀、第十电动阀关闭，第一反应炉至第四反应炉中的4个样品同时进行催化剂老化；

步骤二：当老化结束后，第一电动阀、第二电动阀开启，第三电动阀至第十一电动阀关闭，进行第一种工况的试验；

步骤三：第一种工况测试完毕后，打开第四电动阀、五电动阀，第一电动阀、第二电动阀、第六电动阀至第十一电动阀关闭，进行第二种工况的试验；

步骤四：第二种工况测试完毕后，打开第七电动阀、和第八电动阀，第一电动阀至第六电动阀、第九电动阀至第十一电动阀关闭，进行第三种工况的试验；

步骤五：第三种工况测试完毕后，打开第十电动阀、第十一电动阀，第一电动阀至第十电动阀关闭，进行第四种工况的试验，四种工况全部测试完毕后，关闭装置。