CN109100474A - 一种scr催化剂在线监测系统及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SCR催化剂在线监测系统及监测方法,包括烟气取样分析装置，和烟气排出装置；通过述烟气分析仪9内置的催化剂活性计算与预警模块,催化剂活性计算与预警模块包括与烟气分析仪9通讯的通讯设备，所述通讯设备连接有实时数据库模块的输入端，所述实时数据库模块与催化剂活性计算预警服务器互为通信，所述实时数据库模块的输出端连接有用户显示终端,采用布置烟气取样测点的方式，在催化层的上方和下方采集烟气参数，通过催化剂活性计算与预警模块，不仅可以监测催化剂的活性，而且可以预警催化剂的活性状态，保证SCR系统的脱硝效率。

Description

一种SCR催化剂在线监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及一种在线监测系统,尤其涉及一种SCR催化剂在线监测系统及监测方法，属于催化剂测试装置领域。
背景技术
NOx是大气环境主要污染物之一，也是雾霾主要成因之一。因此控制NOx排放技术是我国大气环境领域的一项重大内容。
选择性催化还原（Selecteive Catalyst Reduction, SCR）技术是当前国内外主流的烟气脱硝技术，基于还原剂（液氨/尿素/氨水）与烟气中氮氧化物（NOx）在催化基层的化学反应，实现烟气中NOx的有效脱除。
SCR脱硝系统的核心是脱硝催化剂，催化剂在使用过程中会发生中毒失效现象，典型的催化剂中毒主要是有砷、碱金属、金属氧化物等引起的催化剂中毒。催化剂活性监测对SCR系统NOx脱除效率和氨逃逸控制具有重大意义。
目前SCR催化剂活性测试一般由催化剂生厂商定期测试或进行中型性能测试, 存在测试时间长、试验成本高、无法实现连续监测等缺点。
由于烟气NOx浓度在SCR烟道截面内分布不均，不同层、不同位置的催化剂的负荷不同，不同位置的催化剂活性也会随着运行时间增加存在差异，现有SCR催化剂活性测试难以覆盖全部位置。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种SCR催化剂在线监测系统，其中SCR是选择性催化还原的简称。采用布置烟气取样测点的方式，在催化层的上方和下方采集烟气参数，通过催化剂活性计算与预警模块，不仅可以监测催化剂的活性，而且可以预警催化剂的活性状态，保证SCR系统的脱硝效率。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明设置于SCR反应器上， SCR反应器具有至少一层SCR催化层，包括烟气取样分析装置，和烟气排出装置；
烟气取样分析装置包括伸入SCR反应器的至少一个SCR催化层的上方和下方获取烟气样品的一组烟气取样支管4，每一层的烟气取样支管（4）连通有同一个烟气取样母管（7），烟气取样母管7上设置有相应的取样风机8，烟气取样母管7连接有烟气分析仪9；取样风机会按照周期抽取烟气样品输送至烟气分析仪，
进一步地，烟气分析仪9内置有催化剂活性计算与预警模块，催化剂活性计算与预警模块的输入端与烟气取样母管7连接，催化剂活性计算与预警模块的输出端与烟气排出装置连接。
进一步地，催化剂活性计算与预警模块包括与烟气分析仪9通讯的通讯设备，通讯设备连接有实时数据库模块的输入端，实时数据库模块与催化剂活性计算预警服务器互为通信，实时数据库模块的输出端连接有用户显示终端。
进一步地，烟气排出装置包括与烟气分析仪9连通的排烟管10，排烟管10上设置有输送风机11。
进一步地，SCR催化层由一组催化剂模块单元组成，催化剂模块单元的中心位置处设置有烟气取样测点，任一烟气取样测点均相邻的设置有烟气取样支管4。
进一步地，烟气取样支管上设置有烟气取样控制阀5。
进一步地，任一SCR催化层的上方及最后一层SCR催化层的下方均设置有烟气取样测点。如若设置两层SCR催化剂，则需要设置三支烟气取样母管，每个烟气取样母管配备有独自的取样风机。
本系统中烟气取样测点数量与SCR脱硝系统每层催化剂模块单元数量一致，且分布位置与催化剂模块单元中心对应；SCR脱硝系统每层催化剂上方及最后一层催化剂下方均布置烟气取样测点，烟气取样支管分布位置和数量与烟气取样测点一致。烟气取样支管通过SCR反应器外壁上设置的测孔，伸入SCR催化层上方或下方，分别设置在各烟气取样测点处。各烟气取样支管与烟气取样母管相连，烟气取样母管终端与烟气分析仪相连接，烟气传输动力由取样风机提供。为了防止分析后的烟气中氮氧化物和NH3对环境和设备造成不利影响，将分析后的样本烟气汇集至烟气排出管，由输送风机送至SCR入口处。
为了更好的应用监测系统，本发明还提供一种SCR催化剂在线监测系统的监测方法，包括如下步骤：
步骤1、通过烟气取样控制阀切换烟气取样测点的位置，将抽取的烟气样本通过取样风机8将烟气从烟气取样母管7输送至烟气分析仪9；转至步骤2；为了缩短烟气成分检测时间，同层烟气依次抽取和检测，通过烟气取样控制阀切换烟气抽取测点位置，针对两层催化剂的SCR脱硝系统应配置三个取样风机和三个烟气分析仪，以保证每层SCR催化层的上方以及最后一层SCR催化剂的下方都能取样。
步骤2、烟气分析仪将检测到的烟气中的实时数据通过通讯设备传输至实时数据库，实时数据为同一时刻催化剂进口和出口烟气中NH3浓度和氮氧化物浓度；
催化剂活性计算预警服务器从实时数据库中获取实时数据，计算出当前催化剂反应活性η，并将当前催化剂反应活性η保存至实时数据库；
当前催化剂反应活性η的计算公式为：
η=(CNOx,in﹣CNOx,out) / (min(CNOx,in，CNH3,in))
式中，CNOx,in为某层催化剂上方烟气取样分析后测得的烟气中氮氧化物浓度，CNOx,out为该层催化剂下方烟气取样分析后测得的烟气中氮氧化物浓度， CNH3,in为该层催化剂上方烟气取样分析后测得的烟气中氨气浓度，min(CNOx,in，CNH3,in)为取CNOx,in和CNH3,in中较小量的函数。
步骤3、催化剂活性计算预警服务器从实时数据库中获取实时数据,输入为当前催化剂反应活性η和催化剂位置的三维坐标（x,y,z），催化剂活性计算预警服务器通过实时数据库中搜索当前催化剂位置相同的初时刻反应活性η0；
若当前催化剂反应活性η劣化至初时刻反应活性η0的0~50%以内，预警信号返回为1，并将催化剂的位置记录下来，将预警信号与位置坐标保存至实时数据库中；
反之，则预警信号返回为0，输出保存至实时数据库中。
步骤4、用户显示终端从实时数据库中获取步骤3中得到的当前催化剂反应活性η与预警信号，并实时反映。
进一步地，实时数据包括检测到的烟气中NH3浓度和氮氧化物浓度以及取样位置和取样时间。
进一步地，步骤3中的三维坐标（x,y,z）中的x表示取样测点所处的层数，y表示取样测点所处SCR反应器宽度方向位置，z表示取样测点所处SCR反应器深度方向位置。
本发明内置一个取样周期，取样风机周期性运作，间隔时间为120s，120s时间能够保证烟气分析仪完成分析以及上次取样烟气已经基本被排空，避免多次取样烟气之间发生干扰，影响分析结果。
有益效果：1）实现SCR催化剂活性的连续在线监测，实时掌握SCR催化剂活性的状态和劣化程度。
2）降低SCR催化剂活性的测试成本和检测时间。
3）保障SCR系统的脱硝效率，防止出现催化剂失活导致的NOx排放浓度增加和氨逃逸现象，减少因NOx排放超标带来的环境影响和氨逃逸引起的效益影响。
4）催化剂活性监测和预警可以根据取样点的三维坐标定位至具体的层数和位置，方便工作人员对催化剂进行维护和更换。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明的安装位置说明。
图3为本发明中数据通讯示意图。
图中：1、锅炉省煤器出口烟道 2、SCR脱硝系统 3、催化剂活性在线监测系统 4、烟气取样支管 5、烟气取样控制阀 6、SCR催化剂 7、烟气取样母管 8、取样风机 9、烟气分析仪 10、排烟管 11、输送风机 12、催化剂模块单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明提供一种SCR催化剂在线监测系统,本发明安装于锅炉排放系统中,位于SCR脱硫系统的下方,参见图1,烟气经由锅炉省煤器出口烟道1先经过SCR脱硫系统2,再进入催化剂活性在线监测系统3中,本发明包括烟气取样分析装置，和烟气排出装置；参见图2;
本发明设置于SCR反应器上， SCR反应器具有至少一层SCR催化层，包括烟气取样分析装置，和烟气排出装置；
烟气取样分析装置包括伸入SCR反应器的至少一个SCR催化层的上方和下方获取烟气样品的一组烟气取样支管4，每一层的烟气取样支管（4）连通有同一个烟气取样母管7，烟气取样母管7上设置有相应的取样风机8，烟气取样母管7连接有烟气分析仪9；取样风机会按照周期抽取烟气样品输送至烟气分析仪，
烟气分析仪9内置有催化剂活性计算与预警模块，催化剂活性计算与预警模块的输入端与烟气取样母管7连接，催化剂活性计算与预警模块的输出端与烟气排出装置连接。催化剂活性计算与预警模块包括与烟气分析仪9通讯的通讯设备，通讯设备连接有实时数据库模块的输入端，实时数据库模块与催化剂活性计算预警服务器互为通信，实时数据库模块的输出端连接有用户显示终端。烟气排出装置包括与烟气分析仪9连通的排烟管10，排烟管10上设置有输送风机11。SCR催化层由一组催化剂模块单元12组成，模块单元上覆盖有SCR催化剂6,催化剂模块单元12的中心位置处设置有烟气取样测点，任一烟气取样测点均相邻的设置有烟气取样支管4。烟气取样支管上设置有烟气取样控制阀5。任一SCR催化层的上方及最后一层SCR催化层的下方均设置有烟气取样测点。
为了更好的应用监测系统，本发明还提供一种SCR催化剂在线监测系统的监测方法，包括如下步骤：
步骤1、通过烟气取样控制阀切换烟气取样测点的位置，将抽取的烟气样本通过取样风机8将烟气从烟气取样母管7输送至烟气分析仪9；转至步骤2；为了缩短烟气成分检测时间，同层烟气依次抽取和检测，通过烟气取样控制阀切换烟气抽取测点位置，针对两层催化剂的SCR脱硝系统应配置三个取样风机和烟气分析仪。
步骤2、烟气分析仪将检测到的烟气中的实时数据通过通讯设备传输至实时数据库，实时数据为同一时刻催化剂进口和出口烟气中NH3浓度和氮氧化物浓度；
催化剂活性计算预警服务器从实时数据库中获取实时数据，实时数据包括检测到的烟气中NH3浓度和氮氧化物浓度以及取样位置和取样时间。计算出当前催化剂反应活性η，并将当前催化剂反应活性η保存至实时数据库；
当前催化剂反应活性η的计算公式为：
η=(CNOx,in﹣CNOx,out) / (min(CNOx,in，CNH3,in))
式中，CNOx,in为某层催化剂上方烟气取样分析后测得的烟气中氮氧化物浓度，CNOx,out为该层催化剂下方烟气取样分析后测得的烟气中氮氧化物浓度， CNH3,in为该层催化剂上方烟气取样分析后测得的烟气中氨气浓度，min(CNOx,in，CNH3,in)为取CNOx,in和CNH3,in中较小量的函数。
步骤3、催化剂活性计算预警服务器从实时数据库中获取实时数据,输入为当前催化剂反应活性η和催化剂位置的三维坐标（x,y,z），参见图1，三维坐标（x,y,z）中的x表示取样测点所处的层数，y表示取样测点所处SCR反应器宽度方向位置，z表示取样测点所处SCR反应器深度方向位置。例如:在图1中标注出的(1,1,n)代表所处位置为（SCR反应器的第一层，一个宽度单位，n个深度单位）；催化剂活性计算预警服务器通过实时数据库中搜索当前催化剂位置相同的初时刻反应活性η0；
若当前催化剂反应活性η劣化至初时刻反应活性η0的0~50%以内，预警信号返回为1，并返回该催化剂位置；
反之，则预警信号返回为0，输出保存至实时数据库中。
步骤4、用户显示终端从实时数据库中获取步骤3中得到的当前催化剂反应活性η与预警信号，并实时反应。
在本实施例中，SCR催化层具有两层，在取样过程中不同层的烟气取样控制阀联动，每次取样的烟气有三股，分别来自不同层数的相同位置，烟气分析仪也对应有三个，同时对三股烟气进行成分分析。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种SCR催化剂在线监测系统,设置于SCR反应器上，所述SCR反应器具有至少一层SCR催化层，其特征在于：包括烟气取样分析装置，和烟气排出装置；
所述烟气取样分析装置包括伸入所述SCR催化层的上方和下方的一组烟气取样支管(4)，每一层的烟气取样支管(4)连通有同一个烟气取样母管(7)，所述烟气取样母管(7)上设置有相应的取样风机(8)，所述烟气取样母管(7)连接有烟气分析仪(9)。
2.根据权利要求1所述的一种SCR催化剂在线监测系统，其特征在于：所述烟气分析仪(9)内置有催化剂活性计算与预警模块，所述催化剂活性计算与预警模块的输入端与烟气取样母管(7)连接，所述催化剂活性计算与预警模块的输出端与烟气排出装置连接。
3.根据权利要求2所述的一种SCR催化剂在线监测系统，其特征在于：所述催化剂活性计算与预警模块包括与烟气分析仪(9)通讯的通讯设备，所述通讯设备连接有实时数据库模块的输入端，所述实时数据库模块与催化剂活性计算预警服务器双向通信，所述实时数据库模块的输出端连接有用户显示终端。
4.根据权利要求1所述的一种SCR催化剂在线监测系统，其特征在于：所述烟气排出装置包括与烟气分析仪(9)连通的排烟管(10)，所述排烟管(10)上设置有输送风机(11)。
5.根据权利要求1所述的一种SCR催化剂在线监测系统，其特征在于：所述SCR催化层由一组催化剂模块单元(12)组成，所述催化剂模块单元(12)的中心位置处设置有烟气取样测点，任一烟气取样测点均相邻的设置有烟气取样支管(4)。
6.根据权利要求5所述的一种SCR催化剂在线监测系统，其特征在于：所述烟气取样支管上设置有烟气取样控制阀(5)。
7.根据权利要求1所述的一种SCR催化剂在线监测系统，其特征在于：任一SCR催化层的上方及最后一层SCR催化层的下方均设置有烟气取样测点。
8.一种SCR催化剂在线监测系统的监测方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、通过烟气取样控制阀切换烟气取样测点的位置，将抽取的烟气样本通过取样风机(8)将烟气从烟气取样母管(7)输送至烟气分析仪(9)；转至步骤2；
步骤2、所述烟气分析仪将检测到的烟气中的实时数据通过通讯设备传输至实时数据库，所述实时数据为同一时刻催化剂进口和出口烟气中NH3浓度和氮氧化物浓度；
所述催化剂活性计算预警服务器从实时数据库中获取所述实时数据，计算出当前催化剂反应活性η，并将当前催化剂反应活性η保存至实时数据库；
所述当前催化剂反应活性η的计算公式为：
η＝(CNOx,in﹣CNOx,out)/(min(CNOx,in，CNH3,in))
式中，CNOx,in为某层催化剂上方烟气取样分析后测得的烟气中氮氧化物浓度，CNOx,out为该层催化剂下方烟气取样分析后测得的烟气中氮氧化物浓度，CNH3,in为该层催化剂上方烟气取样分析后测得的烟气中氨气浓度，min(CNOx,in，CNH3,in)为取CNOx,in和CNH3,in中较小量的函数。
步骤3、所述催化剂活性计算预警服务器从实时数据库中获取实时数据,输入为当前催化剂反应活性η和催化剂位置的三维坐标(x,y,z)，所述催化剂活性计算预警服务器通过实时数据库中搜索当前催化剂位置相同的初时刻反应活性η0；
若当前催化剂反应活性η劣化至初时刻反应活性η0的0～50％以内，预警信号返回为1，并将催化剂的位置记录下来，将预警信号与位置坐标保存至实时数据库中；
反之，则预警信号返回为0，输出保存至实时数据库中。
步骤4、用户显示终端从实时数据库中获取步骤3中得到的当前催化剂反应活性η与预警信号，并实时反映。
9.根据权利要求8所述的一种SCR催化剂在线监测系统的监测方法，其特征在于：所述实时数据包括检测到的烟气中NH3浓度和氮氧化物浓度以及取样位置和取样时间。
10.根据权利要求8所述的一种SCR催化剂在线监测系统的监测方法，其特征在于：步骤3中的三维坐标(x,y,z)中的x表示取样测点所处的层数，y表示取样测点所处SCR反应器宽度方向位置，z表示取样测点所处SCR反应器深度方向位置。
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