CN109061035A - 催化剂活性检测系统及其反应单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开催化剂活性检测系统及其反应单元，该催化剂为平板式烟气脱硝催化剂，反应单元包括反应器，所述反应器内设置有用于安装测试单板的固定装置，所述固定装置包括壳体，所述壳体沿烟气流动方向的两端均具有开口，其内部设置有用于安装所述测试单板的固定部，安装后，在烟气的流通截面内间隔分布有若干相互平行的所述测试单板。通过设置固定装置，能够将测试单板安装于固定装置内部，从而能够避免测试单板发生倾斜和变形，保证相邻测试单板保持相互平行，进而能够避免因测试单板发生倾斜或变形而导致的烟气在相邻测试单板之间流动时的流动状态改变，保证催化剂活性的检测结果准确性高，且具有可重复性。
Description
技术领域
本发明涉及催化剂活性检测领域，特别涉及催化剂活性检测系统及其反应单元。
背景技术
SCR脱硝是燃煤电厂治理氮氧化物排放的主流技术，其中催化剂是该技术的核心，由于平板式催化剂具有烟气流通性好、耐飞灰堵塞强的特点，在燃煤电厂烟气脱硝工程中的得到了较为广泛的应用。
平板式催化剂作为一种主要的SCR脱硝催化剂类型，其结构是以金属网为基材，在表面涂覆活性材料并焙烧固化后，形成催化剂单板，若干块催化剂单板并列布置，并利用褶皱结构维持板间距，共同构成平板式催化剂模块。
而在实际测试时，由于催化剂单板安装时存在分布不均的问题，影响烟气在催化剂单元中的流场，影响检测结果的准确性，并导致检测结果不可重复。
有鉴于此，如何提供一种催化剂活性检测系统，其能够降低由于催化剂单板安装问题导致的对烟气流场的影响，提高检测结果的准确性和可重复性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的为提供催化剂活性检测系统的反应单元，包括反应器，所述反应器内设置有用于安装测试单板的固定装置，所述固定装置包括壳体，所述壳体沿烟气流动方向的两端均具有开口，其内部设置有用于安装所述测试单板的固定部，安装后，在烟气的流通截面内间隔分布有若干相互平行的所述测试单板。
本发明中，通过设置固定装置，能够将测试单板安装于固定装置内部，从而能够避免测试单板发生倾斜和变形，保证相邻测试单板保持相互平行，进而能够避免因测试单板发生倾斜或变形而导致的烟气在相邻测试单板之间流动时的流动状态改变，保证催化剂活性的检测结果准确性高，且具有可重复性。
可选地，所述壳体为长方体或正方体结构，且其相对的第一侧壁和第二侧壁均开设有若干均匀分布的卡槽，所述测试单板卡接于对应的所述卡槽，且其板面与烟气的流动方向平行，所述卡槽为所述固定部。
可选地，所述壳体还设置有若干分隔板，所述分隔板与第一侧壁和第二侧壁平行，所述分隔板的两侧均设置有所述卡槽，且同一所述分隔板两侧的所述卡槽交错分布。
可选地，还包括第一加热器，所述反应器和所述第一加热器均为立式结构，所述反应器位于所述第一加热器内；
所述第一加热器设置有竖向分布的进气管和出气管，还包括用于改变所述反应器高度的液压提升装置，以使所述反应器的进气口与所述进气管相连、出气口与所述出气管相连。
可选地，所述反应器在其出气口的位置设置有沿径向向外延伸的第一翻边，所述出气管位于所述第一加热器内部的一端具有与所述第一翻边相抵的第一翻板，所述液压提升装置与所述第一翻板底部相抵，以便带动所述反应器和所述出气管升降；
所述反应器在其进气口的位置设置有沿径向向外延伸的第二翻边，所述进气管位于所述第一加热器内部的一端具有与所述第二翻边相抵的第二翻板。
可选地，所述第二翻板与所述第一加热器内壁之间、所述第一翻板与所述第一加热器内壁之间均设置有弹性件；
所述出气管连接有波纹管。
可选地，所述反应器的进气口与所述固定装置之间设置有整流部件，所述整流部件与所述反应器可拆卸连接。
同时，本发明还提供催化剂活性检测系统，包括配气单元、反应单元和检测单元，其中，所述反应单元为以上所述的反应单元。
可选地，所述检测单元包括第一分析装置和第二分析装置，所述第一分析装置用于检测烟气中氨气的含量，所述第二分析装置用于检测烟气中二氧化硫、氮氧化物、氧气的含量；
所述反应单元的进气口和出气口均与所述检测单元相连。
可选地，进一步包括预热单元和烟气换热单元，所述预热单元与所述反应单元的进气口相连，所烟气换热单元与所述反应单元的出气口相连；
所述烟气换热单元包括相连通的换热器和冷却水塔，所述换热器还与所述预热单元相连通，从所述反应单元排出的烟气和进入所述预热单元的烟气能够在所述换热器内换热。
附图说明
图1为本发明所提供催化剂活性检测系统在一种具体实施例中的结构示意图；
图2为图1中反应单元的结构示意图；
图3为图2中安装有测试单板的固定装置的结构示意图；
图4为图2中整流部件的结构示意图。
图1-4中：
1反应单元、11反应器、111第一翻边、112第二翻边、113整流部件、1131挂钩、1132外壳、1133钢丝网、114垫片、115固定块；
12第一加热器、121进气管、1211第二翻板、1212第二连接板、122出气管、1221第一翻板、1222第一连接板、1223波纹管、123加热丝、124弹性件、125热电偶；
13固定装置、131第一侧壁、132第二侧壁、133分割板、134第一卡槽、135第二卡槽；
14液压提升装置、15测试单板；
2配气单元、21氨气钢瓶、22氮氧化物气体钢瓶、23二氧化硫气体钢瓶、24空压机、25制氮机、26气体混合器；
3检测单元、31第一分析装置、32第二分析装置；
4预热单元、41第二加热器；
5烟气换热单元、51换热器、52冷却水塔；
6尾气处理单元、61引风机、62尾气吸附罐；
7供水单元、71水蒸汽发生器、72平流泵、73过滤器、74储水罐。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考附图1-4，其中，图1为本发明所提供催化剂活性检测系统在一种具体实施例中的结构示意图；图2为图1中反应单元的结构示意图；图3为图2中安装有测试单板的固定装置的结构示意图；图4为图2中整流部件的结构示意图。
在一种具体实施例中，本发明提供一种催化剂活性检测系统的反应单元，催化剂活性检测系统用于SCR脱硝催化剂活性的检测，以便得到该SCR催化剂的活性，为后期SCR脱硝反应提供支持，以确保催化剂活性的准确性和可重复性。
其中，如图2所示，该反应单元1包括反应器11，反应器11内设置有用于安装测试单板15的固定装置13，依据《平板式烟气脱硝催化剂》(GB31584-2015)和《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》(DL1286-2013)相关要求，平板式催化剂活性检测前，先对SCR催化剂板沿长度方向进行裁剪，得到若干块具有预定宽度(例如150mm)的检测用测试单板15(长度与原单板相同)。因此，催化剂单元15是经标准催化剂板沿长度方向剪裁得到的结构，且其宽度可根据反应器11的尺寸选择，在满足具有较大催化表面的前提下，不应超过反应器11的直径或宽度。
如图3所示，该固定装置13包括壳体，壳体沿烟气流动方向的两端均具有开口，且其内部设置有用于安装测试单板15的固定部，且在烟气的流通截面内间隔分布有若干测试单板15，安装于固定部后，各测试单板15之间相互平行，且相邻测试单板15之间的间隙形成烟气通道。
本发明中，通过设置固定装置13，能够将测试单板15安装于固定装置13内部，从而能够避免测试单板15发生倾斜和变形，保证相邻测试单板15保持相互平行，进而能够避免因测试单板15发生倾斜或变形而导致的烟气在相邻测试单板15之间流动时的流动状态改变，保证催化剂活性的检测结果准确性高，且具有可重复性。
具体地，如图3所示，由于待检测催化剂为平板结构，因此，本实施例中固定装置13的壳体整体为长方体或正方体结构，且该壳体具有相对的第一侧壁131或第二侧壁132，该第一侧壁131和第二侧壁132均匀开设有若干卡槽，测试单板15卡接于对应的卡槽，因此，各测试单板15之间的距离相等，同时，各测试单板15的板面与烟气的流动方向平行，各卡槽为上述固定部。
本实施例中，通过在壳体相对的两侧壁开设卡槽，能够将测试单板15卡接于该固定装置13内，从而起到固定测试单板15的作用，同时，卡接后，还能够保证各测试单板15相互平行、相邻测试单板15之间的距离相等，从而能够保证烟气在相邻测试单板15之间稳定流动。
当然，上述固定部并非必须通过在壳体的两侧壁开设卡槽实现，例如，固定部还可为在壳体的两侧壁设置挂钩，但是，本实施例中在壳体侧壁开设卡槽时，不仅能够实现测试单板的安装，由于卡槽位于侧壁内，因此，能够避免该固定部影响固定装置13内烟气的流场，同时，还能够实现测试单板15的可拆卸安装，便于更换。
进一步地，如图3所示，该壳体内还设置有若干分隔板133，且各分隔板133与第一侧壁131和第二侧壁132平行，各分隔板133的两侧均开设有若干均匀分布的卡槽，测试单板15卡接于对应的卡槽，且对于同一分隔板133，设于其两侧的各卡槽交错分布。
如图3所示的实施例中，该固定装置13内设置有一块分隔板133，且该分隔板133位于壳体的中间位置，靠近第一侧壁131的一侧开设有若干第一卡槽134，第一侧壁131也开设有第一卡槽134，靠近第二侧壁132的一侧开设有若干第二卡槽135，第二侧壁132也开设有第二卡槽135，且第一卡槽134和第二卡槽135交错分布。
根据GB/T31584-2015中的要求，平板式催化剂的测试单板15通过在板式催化剂中按宽度60mm-150mm、长度500mm进行裁剪，板式催化剂在60mm左右处无褶皱，超过100mm有褶皱，通常采用剪板机进行板式催化剂的裁切，褶皱部分不便于剪板机裁剪，容易将褶皱部分破坏，导致测试单板15损坏。因此，可使裁切后的测试单板15宽度为60～100mm，例如75mm，该宽度的测试单板15中不包括褶皱，便于剪板机裁切，且该测试单板15不包括褶皱时能够提高板式催化剂的利用率。
因此，基于测试单板15宽度的限制(60～100mm)，可根据其宽度与反应器11的尺寸合理选择分隔板133的数量。对于图3所示的实施例，该测试单板15宽度为75mm，该固定装置13设置有一块分隔板133，第一侧壁131与分隔板133之间、第二侧壁132与分隔板133之间均具有一排测试单板15。
具体地，如图2所示，该反应器11内壁设置有若干向内凸出的固定块115，固定装置13能够放置于该固定块115，从而与反应器11可拆卸连接。
以上各实施例中，如图2所示，该反应单元1还包括第一加热器12，该第一加热器12用于提供反应器11中脱硝反应所需的温度，该反应器11和第一加热器12均为立式结构，且反应器11位于第一加热器12内腔，第一加热器12侧部具有能够开启的侧门，且该第一加热器12内腔各部均匀设置有加热丝123，从而能够实现反应器11的均匀加热，且能够方便地实现反应器11拆装。
同时，该第一加热器12的上部和下部均具有开口，在两开口处分别设置有进气管121和出气管122，且该进气管121与反应器11的进气口相连通，出气管122与反应器11的出气口相连通，进气管121和出气管122内均设置有热电偶125，用于测量进口烟气和出口烟气的温度。
如图2所示，该反应单元1还包括液压提升装置14，在该液压提升装置14的液压作用下，能够改变该反应器11的高度，从而使得该反应器11的进气口的密封面能够与进气管121的密封面之间形成密封，且密封过程中无需设置螺栓连接等结构，不仅具有良好的密封效果，还具有操作便捷的优点，同时，与设置人工提升装置相比，还能够起到节省人力的作用。
具体地，如图2所示，该反应器11在出气口的位置设置有沿径向向外延伸的第一翻边111，出气管122位于第一加热器12内部的一端具有与第一翻边111相抵的第一翻板1221，通过相抵的第一翻边111和第一翻板1221，能够实现反应器11与出气管122之间的密封。由于第一翻板1221与出气管122的壁面垂直，因此，在二者之间设置有第一连接板1222，该第一连接板1222为锥形结构。同时，该液压提升装置14与第一翻板1221底部相抵，以便带动反应器11和出气管122升降，且该出气管122能够沿第一加热器12的底部开口升降运动。
进一步地，第一翻板1221与第一加热器12底壁之间连接有弹性件124，该弹性件124能够在一定范围内弹性变形，因此，当第一翻板1221在液压提升装置14的作用下升降时，弹性件124能够弹性变形，从而降低升降过程中的冲击。
同时，如图2所示，该出气管122位于反应器11外侧的一端设置有波纹管1223，出气管122在液压提升装置14的作用下升降时，该波纹管1223能够起到减震的作用。
更进一步地，如图2所示，反应器11在进气口的位置设置有沿径向向外延伸的第二翻边112，进气管121位于第一加热器12内部的一端具有与第二翻边112相抵的第二翻板1211，通过相抵的第二翻边112和第二翻板1211，能够实现反应器11与进气管121之间的密封，从而使得进气管121中的烟气只能进入反应器11中发生反应，然后从出气管122排出反应单元1，降低烟气在反应器11进气口和出气口处的泄露。
同样地，在液压提升装置14液压力的作用下，能够保证第二翻边112与进气管122的第二翻板1211之间具有良好的密封效果。同时，由于进气管122的管壁与第二翻板1211垂直，因此，二者之间设置有锥状的第二连接板1212。
进一步地，如图2所示，第二翻板1211与第二加热器41内壁之间设置有弹性件124。在液压提升装置14的作用下进气管12沿第一加热器12上方的开口升降运动时，该弹性件124能够起到减震的作用。
同时，如图2所示，反应器11的第一翻边111与出气管122的第一翻板1221相抵的端面之间设置有垫片114，反应器11的第二翻边112与进气管121的第二翻板1211相抵的端面之间设置有垫片114，具体地，该垫片114可为石墨垫片。
另一方面，如图2所示，该反应器11内，在进气口与固定装置13之间设置有整流部件113，如图4所示，该整流部件113包括外壳1132，该外壳1132为与反应器11相适配的长方体结构，且其内部设置有钢丝网1133，该钢丝网1133形成若干小孔，烟气流过时，在小孔的作用下，能够提高烟气流动的均匀性，起到整流的作用。同时，该壳体1132还连接有挂钩1131，该挂钩1131能够钩挂于反应器11内壁，从而使得整流部件113与反应器11可拆卸连接。
同时，本发明还提供一种催化剂活性检测系统，如图1所示，该催化剂活性检测系统包括：反应单元1、配气单元2、检测单元3、预热单元4、烟气换热单元5、尾气处理单元6和供水单元7，其中，反应单元1为以上任一实施例中所述的反应单元1，由于该反应单元1具有上述技术效果，包括该反应单元1的催化剂活性检测系统也应具有相应的技术效果，此处不再赘述。
具体地，如图1所示，该配气单元2包括：氨气钢瓶21，用于生成氨气；氮氧化物钢瓶22，用于生成氮氧化物；二氧化硫钢瓶23，用于生成二氧化硫气体；空压机24，用于通入压缩空气；制氮机25，用于生成氮气；气体混合器26，在该气体混合器26内，能够将各气体按比例混合，从而形成待测试的烟气。
如图1所示，供水单元7用于向待测烟气中加入气态水，以满足实验要求，具体包括水蒸汽发生器71、具有流量调节及测量功能的平流泵72、过滤其73和储水罐74。
如图1所示，检测单元3包括第一分析装置31和第二分析装置32，二者可串联或并联，并均与反应单元1的进气口和出气口相连。其中，第一分析装置31用于检测烟气中氨气的含量，第二分析装置32用于检测烟气中二氧化硫、氮氧化物、氧气的含量，即用于检测除氨气以外其他气体的含量，且该第一分析装置31和第二分析装置32能够检测反应前和反应后烟气中各成分的含量。
因此，本实施例中的检测单元3能够实现全烟气成分的测量，且第一分析装置31和第二分析装置32串联的结构使得该检测单元3结构简单，提升采样烟气的代表性。
如图1所示，该预热单元4包括第二加热器41，用于对进入反应单元1的烟气进行预热，使其处于反应温度，该第二加热器41具体可为盘管式电加热炉。
如图1所示，反应单元1的出气口连接有烟气换热单元5，该烟气换热单元5包括换热器51和冷却水塔52，其中，换热器51与出气管122和烟气预热单元5相连，从而在该换热器51内，出气管122排出的出口烟气能够用于加热进入预热单元5的烟气，并降低尾气温度，起到降低能耗的作用，且换热器51的尾气通过冷却水塔5继续降温。
如图1所示，该尾气处理单元6连接于烟气换热单元5的冷却水塔52，包括引风机61和尾气吸附罐62，二者能够净化尾气中的有害成分，使其满足排放标准。
图1所示的催化剂活性检测系统的操作过程(活性检测过程)如下：
1、制样与装样：检测开始前，根据不同的检测工况和需要，将平板式催化剂裁剪成出18块单板宽度为85mm(不包含弯折的平板部分)，长度为500mm的长直板，形成测试单板15；将测试单板15按顺序插入固定装置13的卡槽中，再将固定装置13装入反应器11，整流部件113可拆卸安装于反应器11入口处备用；打开侧开式第一加热器12，将反应器11放入第一加热器12；启动液压提升装置14，直至反应器11的进气口与进气管121、出气口与出气管122相贴合，关闭第一加热器12
2、气密性检测：开启制氮机25，向催化剂活性检测系统中缓慢注入氮气，在压力不低于0.1MPa的条件下，稳压10分钟。10分钟后使用泡沫水对反应器11进气口与进气管121、出气口与出气管122贴合的位置进行试漏。
3、催化剂活性检测系统校准：启动第一分析装置31和第二分析装置32，使其其取样管线、高温球阀等零部件升温，待温度升至设定温度后，使用与检测工况相近的气体进行校准。
4、测试样品老化：按照实验要求调节催化剂活性检测系统的各控制参数，达到目标工况条件后对反应器11内的测试单板15进行老化，使其性质达到稳定。老化12个小时后每隔1个小时测定一次反应器11出口烟气中的各组分含量，当连续4次测定数据不存在同一种趋势且相对偏差小于10％时，老化结束。
5、活性检测：老化结束后进入催化剂活性检测过程，期间每隔1个小时测定一次反应器11进口及出口烟气中氮氧化物气体浓度，当连续4次测试数据不存在同一种趋势且相对偏差小于3％时，计算反应器进口及出口烟气中氮氧化物气体的平均浓度，并按照下式计算得到测试样品的活性：
K＝-AV×ln(1-η)
其中：
AV：面速度的数值，单位为米每小时(m/h)；
η：催化剂的脱硝效率的数值，以百分数表示。
以上对本发明所提供的催化剂活性检测系统及其反应单元均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.催化剂活性检测系统的反应单元，其特征在于，包括反应器(11)，所述反应器(11)内设置有用于安装测试单板(15)的固定装置(13)，所述固定装置(13)包括壳体，所述壳体沿烟气流动方向的两端均具有开口，其内部设置有用于安装所述测试单板(15)的固定部，安装后，在烟气的流通截面内间隔分布有若干相互平行的所述测试单板(15)。
2.根据权利要求1所述的反应单元，其特征在于，所述壳体为长方体或正方体结构，且其相对的第一侧壁(131)和第二侧壁(132)均开设有若干均匀分布的卡槽，所述测试单板(15)卡接于对应的所述卡槽，且其板面与烟气的流动方向平行，所述卡槽为所述固定部。
3.根据权利要求2所述的反应单元，其特征在于，所述壳体还设置有若干分隔板(133)，所述分隔板(133)与第一侧壁(131)和第二侧壁(132)平行，所述分隔板(133)的两侧均设置有所述卡槽，且同一所述分隔板(133)两侧的所述卡槽交错分布。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的反应单元，其特征在于，还包括第一加热器(12)，所述反应器(11)和所述第一加热器(12)均为立式结构，所述反应器(11)位于所述第一加热器(12)内；
所述第一加热器(12)设置有竖向分布的进气管(121)和出气管(122)，还包括用于改变所述反应器(11)高度的液压提升装置(14)，以使所述反应器(11)的进气口与所述进气管(121)相连、出气口与所述出气管(122)相连。
5.根据权利要求4所述的反应单元，其特征在于，所述反应器(11)在其出气口的位置设置有沿径向向外延伸的第一翻边(111)，所述出气管(122)位于所述第一加热器(12)内部的一端具有与所述第一翻边(111)相抵的第一翻板(1221)，所述液压提升装置(14)与所述第一翻板(1221)底部相抵，以便带动所述反应器(11)和所述出气管(122)升降；
所述反应器(11)在其进气口的位置设置有沿径向向外延伸的第二翻边(112)，所述进气管(121)位于所述第一加热器(12)内部的一端具有与所述第二翻边(112)相抵的第二翻板(1211)。
6.根据权利要求5所述的反应单元，其特征在于，所述第二翻板(1211)与所述第一加热器(12)内壁之间、所述第一翻板(1221)与所述第一加热器(12)内壁之间均设置有弹性件(124)；
所述出气管(122)连接有波纹管(1223)。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的反应单元，其特征在于，所述反应器(11)的进气口与所述固定装置(13)之间设置有整流部件(113)，所述整流部件(113)与所述反应器(11)可拆卸连接。
8.催化剂活性检测系统，包括配气单元(2)、反应单元(1)和检测单元(3)，其特征在于，所述反应单元(1)为权利要求1-7中任一项所述的反应单元(1)。
9.根据权利要求8所述的催化剂活性检测系统，其特征在于，所述检测单元(3)包括第一分析装置(31)和第二分析装置(32)，所述第一分析装置(31)用于检测烟气中氨气的含量，所述第二分析装置(32)用于检测烟气中二氧化硫、氮氧化物、氧气的含量；
所述反应单元(1)的进气口和出气口均与所述检测单元(3)相连。
10.根据权利要求8所述的催化剂活性检测系统，其特征在于，进一步包括预热单元(4)和烟气换热单元(5)，所述预热单元(4)与所述反应单元(1)的进气口相连，所烟气换热单元(5)与所述反应单元(1)的出气口相连；
所述烟气换热单元(5)包括相连通的换热器(51)和冷却水塔(52)，所述换热器(51)还与所述预热单元(4)相连通，从所述反应单元(1)排出的烟气和进入所述预热单元(4)的烟气能够在所述换热器(51)内换热。
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