CN110261546A - 可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置及方法 - Google Patents

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黄昭健
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宋自新
邵雁
郭华军
向绪洲
刘子豪
胡国峰
刘颖
覃慧
徐秀英
劳德平
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Abstract

本发明涉及一种可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置及采用该试验装置测试活性焦脱硫与脱硝性能的方法，该试验装置包括试验气体配置系统、脱硫脱硝反应器和气体成分检测系统，试验气体配置系统包括氨气供应管路、第一氮气供应管路、NO供应管路、SO2供应管路、氧气供应管路、气体混合器及向气体混合器中混入水蒸气的水蒸气供应机构，气体混合器通过混合气管路与脱硫脱硝反应器连接，混合气管路配置有对其加热以使管内水气态化的后置管路加热单元。本发明可在一次试验中同时测试活性焦的脱硫脱硝性能，显著缩短测试时间，测试气体中同时存在SO2和氮氧化物，更贴近工程实际，能够更加精准地表征活性焦脱硫脱硝性能。

Description

可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置及方法
技术领域
本发明属于废气治理技术领域，具体涉及一种可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置及采用该试验装置测试活性焦脱硫与脱硝性能的方法。
背景技术
活性焦脱硫脱硝技术是利用活性焦的吸附、催化功能，不仅可脱除SO2和氮氧化物，还能同时脱除烟气中的烟尘粒子、汞、二噁英、呋喃、重金属、挥发性有机物及其它微量元素，并回收硫资源的干法烟气处理技术。该法具有工艺简单、成本低及可资源化利用等优点，可避免由于烟气中含不同污染物导致的净化装置的串联建设，适用于净化烧结球团烟气、燃煤烟气、燃气烟气和垃圾焚烧烟气等。活性焦是活性焦烟气净化系统中最重要的耗材，用量大，价格贵；活性焦脱硫脱硝性能对烟气净化系统有效运作和运行成本有重大的直接影响。建立完备的活性焦脱硫脱硝性能测试装置和测试方法，精准、快速地评价活性焦脱硫脱硝性能，对活性焦脱硫脱硝系统的稳定运行有着举足轻重的作用。
目前，针对活性焦脱硫脱硝性能测试的装置和方法存在以下问题：
中国专利申请CN200910113055.2公开了一种用于烟气脱硝催化剂活性检测的方法和装置，其针对的是催化剂脱硝性能的检测和评价，无法进行活性焦脱硫性能的检测；中国专利申请CN201120299729.5公开的烟气净化多功能试验装置可测试脱硫、除尘、脱硝、去除重金属性能，但其试验烟气通过燃煤热水炉生成，烟气成分不稳定；中国专利申请CN201410247416.3公开了一种活性焦脱硫脱硝性能表征测试方法及其装置，其提出了一种针对活性焦脱硫和脱硝性能分别进行测试表征的装置和方法，但在该专利中，脱硫测试和脱硝测试是分开进行的，测试脱硫性能时烟气成分不含氮氧化物，测试脱硝性能时烟气成分不含SO2，这与脱硫脱硝过程中烟气成分既含有SO2也含有氮氧化物的实际状况不符，不能准确地反映活性焦的脱硫脱硝性能，并且，分别测试脱硫脱硝性能意味着测试需要更多的时间。
发明内容
本发明实施例涉及一种可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置及方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明实施例涉及一种可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，包括试验气体配置系统、脱硫脱硝反应器和气体成分检测系统，所述试验气体配置系统包括氨气供应管路、第一氮气供应管路、NO供应管路、SO2供应管路和氧气供应管路，所述试验气体配置系统还包括气体混合器以及向所述气体混合器中混入水蒸气的水蒸气供应机构，所述第一氮气供应管路、所述NO供应管路、所述SO2供应管路及所述氧气供应管路均与所述气体混合器的进气口连接，所述气体混合器通过混合气管路与所述脱硫脱硝反应器连接，所述混合气管路配置有对其加热以使管内水气态化的后置管路加热单元。
作为实施例之一，所述水蒸气供应机构包括供水单元以及连接所述供水单元与所述气体混合器的供水管路，于所述供水管路上设有供水阀，至少对所述供水阀与所述气体混合器之间的供水管体配置用于使管内水气态化的前置管路加热单元。
作为实施例之一，所述前置管路加热单元及所述后置管路加热单元均为敷设在对应管体上的电热式伴热带。
作为实施例之一，所述供水单元包括蠕动式注射泵。
作为实施例之一，所述氨气供应管路旁接于所述混合气管路上。
作为实施例之一，所述脱硫脱硝反应器通过排气主管与所述气体成分检测系统连接，所述排气主管上旁接有排气支管，所述排气支管及所述气体成分检测系统的气体出口管均连接有尾气吸收单元。
作为实施例之一，所述试验气体配置系统还包括第二氮气供应管路，所述第二氮气供应管路与所述气体混合器的进气口连接或直接与所述脱硫脱硝反应器连接。
作为实施例之一，所述第一氮气供应管路与高纯氮气源连接，所述第二氮气供应管路与普通工业氮气源连接。
本发明实施例还涉及采用如上所述的试验装置测试活性焦脱硫与脱硝性能的方法，包括：
将活性焦装填进脱硫脱硝反应器中，设置脱硫脱硝反应器的工作温度至130～170℃；
所述第一氮气供应管路、所述NO供应管路、所述SO2供应管路及所述氧气供应管路按设定流量开始供气，同时设置后置管路加热单元的工作温度至120～150℃；通过气体成分检测系统观察脱硫脱硝反应器入口侧混合气体中各组分的浓度达到预设值直至稳定；
通过水蒸气供应机构向气体混合器内混入水蒸气，使脱硫脱硝反应器入口侧混合气体的湿度控制在6～14％；
所述氨气供应管路按设定流量开始供气；
使混合气体穿过脱硫脱硝反应器中的活性焦，通过气体成分检测系统检测并记录脱硫脱硝反应器出口侧气体的各组分浓度；
保持混合气体进气稳定，直至脱硫脱硝反应器内反应时间达到预设时间，停止供气，停止对脱硫脱硝反应器加热，取出脱硫脱硝反应器内的活性焦，再重新安装好脱硫脱硝反应器；
使用氮气对管路中的残余气体进行吹扫，通过气体成分检测系统进行监测，直至腐蚀性气体浓度小于5ppm；
停止供气，后置管路加热单元停止加热；
提取气体成分检测系统记录的SO2及氮氧化物气体浓度变化曲线，找到脱硫反应稳定时间的SO2浓度和脱硝反应稳定时间的氮氧化物浓度，计算与初始混合气体中这两种气体的浓度之比，分别获得活性焦的脱硫脱硝效率。
作为实施例之一，脱硫脱硝反应器入口侧混合气体中，SO2体积分数为0.05～3％，O2体积分数为6～20％，NO体积分数为0.02～2％，NH3体积分数为0.02～2％，H2O体积分数为6～14％，其余为N2。
本发明实施例至少具有如下有益效果：
本发明中，通过水蒸气供应机构保证供水以水蒸气形态进入气体混合器中，以及通过后置管路加热单元对混合气管路加热以使管内水气态化，避免NH3与SO2在含液态水的条件下相遇混合而生成(NH4)2SO3堵塞管路，从而使得上述试验装置能同时测试活性焦脱硫与脱硝性能。本发明可在一次试验中同时测试活性焦的脱硫脱硝性能，显著缩短测试时间，并且，测试气体中同时存在SO2和氮氧化物，更贴近工程实际，能够更加精准地表征活性焦脱硫脱硝性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1，本发明实施例提供一种可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，包括试验气体配置系统、脱硫脱硝反应器1和气体成分检测系统5，所述试验气体配置系统包括氨气供应管路21、第一氮气供应管路22、NO供应管路23、SO2供应管路24和氧气供应管路25，所述试验气体配置系统还包括气体混合器28以及向所述气体混合器28中混入水蒸气的水蒸气供应机构，所述第一氮气供应管路22、所述NO供应管路23、所述SO2供应管路24及所述氧气供应管路25均与所述气体混合器28的进气口连接，所述气体混合器28通过混合气管路29与所述脱硫脱硝反应器1连接，所述混合气管路29配置有对其加热以使管内水气态化的后置管路加热单元3。
上述试验装置中，脱硫脱硝反应器1可采用活性焦脱硫与脱硝性能测试技术领域的常用反应炉等，其具体结构此处不作赘述。本实施例中，上述脱硫脱硝反应器1优选采用精确控温电加热式结构，并优选分上中下三段式加热；该脱硫脱硝反应器1的工作温度可在100～550±5℃范围内调节，能较好地模拟活性焦脱硫反应、脱硝反应、再生反应等条件。
上述气体成分检测系统5优选采用高精度在线烟气分析仪，可在线检测气体成分及浓度并进行数据记录。当然，其他的气体成分检测仪也适用于本实施例中。可以理解地，脱硫脱硝反应器1的烟气出口与气体成分检测系统5的烟气入口连通，例如，如图1，脱硫脱硝反应器1通过排气主管与气体成分检测系统5连接。
上述的氨气供应管路21可以向脱硫脱硝反应器1供应氨气，该氨气供应管路21上设有氨气源和流量计202，进一步在该氨气供应管路21上设置控制阀201及单向阀203，控制阀201可位于氨气源与流量计202之间，单向阀203位于流量计202的出口侧；
上述的第一氮气供应管路22可以向气体混合器28/脱硫脱硝反应器1供应氮气，该第一氮气供应管路22上设有氮气源和流量计202，进一步在该第一氮气供应管路22上设置控制阀201及单向阀203；
上述NO供应管路23可以向气体混合器28/脱硫脱硝反应器1供应一氧化氮气体，该NO供应管路23上设有NO源和流量计202，进一步在该NO供应管路23上设置控制阀201及单向阀203；
上述SO2供应管路24可以向气体混合器28/脱硫脱硝反应器1供应SO2气体，该SO2供应管路24上设有SO2源和流量计202，进一步在该SO2供应管路24上设置控制阀201及单向阀203；
上述氧气供应管路25可以向气体混合器28/脱硫脱硝反应器1供应氧气，该氧气供应管路25上设有氧气源和流量计202，进一步在该氧气供应管路25上设置控制阀201及单向阀203。
上述的各气体源优选采用高纯度气体(气体纯度在99.999％以上)，优选采用钢瓶储存，保证测试气体成分的稳定；上述各流量计202优选采用高精度质量流量计202，可精确控制各种气体的流量。
在其中一个实施例中，上述水蒸气供应机构直接接入水蒸气源。在另外的实施例中，上述水蒸气供应机构包括供水单元27以及连接所述供水单元27与所述气体混合器28的供水管路，于所述供水管路上设有供水阀，通过对该供水管路中的水体进行加热以使得水以气态进入气体混合器28，相应地，至少对所述供水阀与所述气体混合器28之间的供水管体配置用于使管内水气态化的前置管路加热单元4。
一般地，如图1，上述第一氮气供应管路22、NO供应管路23、SO2供应管路24、氧气供应管路25及供水管路以并联的形式与上述气体混合器28连接。该气体混合器28入口侧管由包括供气主管，第一氮气供应管路22、NO供应管路23、SO2供应管路24、氧气供应管路25及供水管路均与该供气主管连通，则可对上述供水管路及该供气主管均配置上述的前置管路加热单元4；条件允许时，还可对其他的供气管路配置前置管路加热单元4。
本实施例中，优选地，上述前置管路加热单元4采用电热式伴热带，通过敷设在对应管体上的方式对管路进行加热，加热效果好，易于布置，保证管路中的水以水蒸气形式存在。上述前置管路加热单元4的工作温度可控制在120～150℃范围内。同样地，上述后置管路加热单元3也可采用敷设在对应管体上的电热式伴热带。
作为优选，上述的供水单元27包括蠕动式注射泵27，该蠕动式注射泵27可精确控制注水流速，达到精确控制供水流量的目的。
本实施例提供的试验装置，通过水蒸气供应机构保证供水以水蒸气形态进入气体混合器28中，以及通过后置管路加热单元3对混合气管路29加热以使管内水气态化，避免NH3与SO2在含液态水的条件下相遇混合而生成(NH4)2SO3堵塞管路，从而使得上述试验装置能同时测试活性焦脱硫与脱硝性能。该试验装置可在一次试验中同时测试活性焦的脱硫脱硝性能，显著缩短测试时间，并且，测试气体中同时存在SO2和氮氧化物，更贴近工程实际，能够更加精准地表征活性焦脱硫脱硝性能。
显然地，上述的氨气供应管路21可以与气体混合器28的气体入口连接。但本实施例中，优选地，如图1，氨气供应管路21旁接于所述混合气管路29上，即在气体混合器28出口侧混入，在其它气体混合后进入脱硫脱硝反应器1之前再混入；该布置方式能尽量减少NH3、SO2以及水的直接接触时间，进一步减少因生成(NH4)2SO3而堵塞管路的情况，保证上述试验装置脱硫反应与脱硝反应的顺利进行。
进一步地，如图1，上述试验装置还包括尾气吸收系统，可以吸收脱硫脱硝反应器1及气体成分检测系统5排出的尾气，保证环保性。优选地，如图1，对于上述脱硫脱硝反应器1通过排气主管与气体成分检测系统5连接的情况，在该排气主管上旁接排气支管，该排气支管及气体成分检测系统5的气体出口管均连接有尾气吸收单元6。另外，如图1，上述混合气管路29上还旁接有检测支管，该检测支管与气体成分检测系统5连接。上述的尾气吸收单元6可以采用碱液水洗单元，例如盛装有碱液的水洗罐，碱液可选取NaOH、Na2CO3等类似溶液。
进一步优化上述试验装置的结构，如图1，所述试验气体配置系统还包括第二氮气供应管路26，所述第二氮气供应管路26与所述气体混合器28的进气口连接或直接与所述脱硫脱硝反应器1连接。优选地，该第二氮气供应管路26向脱硫脱硝反应器1供应普通工业氮气源，即所述第二氮气供应管路26与普通工业氮气源连接。上述的第一氮气供应管路22所配置的氮气源则优选为是高纯氮气源(N2浓度在99.999％以上)。
实施例二
本发明实施例还涉及采用上述试验装置测试活性焦脱硫与脱硝性能的方法，包括：
将活性焦装填进脱硫脱硝反应器1中，设置脱硫脱硝反应器1的工作温度至130～170℃；
所述第一氮气供应管路22、所述NO供应管路23、所述SO2供应管路24及所述氧气供应管路25按设定流量开始供气，同时设置后置管路加热单元3的工作温度至120～150℃；通过气体成分检测系统5观察脱硫脱硝反应器1入口侧混合气体中各组分的浓度达到预设值直至稳定；
通过水蒸气供应机构向气体混合器28内混入水蒸气，使脱硫脱硝反应器1入口侧混合气体的湿度控制在6～14％；
所述氨气供应管路21按设定流量开始供气；
使混合气体穿过脱硫脱硝反应器1中的活性焦，通过气体成分检测系统5检测并记录脱硫脱硝反应器1出口侧气体的各组分浓度；
保持混合气体进气稳定，直至脱硫脱硝反应器1内反应时间达到预设时间，停止供气，停止对脱硫脱硝反应器1加热，取出脱硫脱硝反应器1内的活性焦，再重新安装好脱硫脱硝反应器1；
使用氮气对管路中的残余气体进行吹扫，通过气体成分检测系统5进行监测，直至腐蚀性气体浓度小于5ppm；
停止供气，后置管路加热单元3停止加热；
提取气体成分检测系统5记录的SO2及氮氧化物气体浓度变化曲线，找到脱硫反应稳定时间的SO2浓度和脱硝反应稳定时间的氮氧化物浓度，计算与初始混合气体中这两种气体的浓度之比，分别获得活性焦的脱硫脱硝效率。
进一步优选地，上述测试方法中，脱硫脱硝反应器1入口侧混合气体中，SO2体积分数为0.05～3％，O2体积分数为6～20％，NO体积分数为0.02～2％，NH3体积分数为0.02～2％，H2O体积分数为6～14％，其余为N2。脱硫脱硝反应器1入口侧混合气体流量在200ml～60L/min范围内。上述试验条件较贴近工程实际。
实施例三
本发明实施例还涉及采用上述试验装置测试活性焦脱硫与脱硝性能的方法，包括：
S1，向脱硫脱硝反应器1中装填活性焦；
S2，循环进行N次脱硫脱硝反应-活性焦再生反应处理流程，N大于1；其中，脱硫脱硝反应采用上述实施例二所提供的方法进行，具体处理过程此处不作赘述；
活性焦再生反应包括：向脱硫脱硝反应器1中通入氮气，使脱硫脱硝反应器1工作在活性焦再生反应温度，直至再生完成；
S3，提取记录的SO2及氮氧化物气体浓度变化曲线，计算每个脱硫脱硝反应-活性焦再生反应循环中的活性焦脱硫效率及活性焦脱硝效率，活性焦脱硫效率及活性焦脱硝效率的计算方法在上述实施例二中已有述及，此处不作赘述。
本实施例提供的方法，通过对脱硫脱硝反应器1的工作模式控制，在一次试验中对活性焦进行多次脱硫脱硝反应-再生循环处理，并测试活性焦在每个脱硫脱硝-再生循环中的脱硫脱硝能力，更贴近工程实际，能够更加精准地表征活性焦的循环脱硫脱硝性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，包括试验气体配置系统、脱硫脱硝反应器和气体成分检测系统，所述试验气体配置系统包括氨气供应管路、第一氮气供应管路、NO供应管路、SO2供应管路和氧气供应管路，其特征在于：所述试验气体配置系统还包括气体混合器以及向所述气体混合器中混入水蒸气的水蒸气供应机构，所述第一氮气供应管路、所述NO供应管路、所述SO2供应管路及所述氧气供应管路均与所述气体混合器的进气口连接，所述气体混合器通过混合气管路与所述脱硫脱硝反应器连接，所述混合气管路配置有对其加热以使管内水气态化的后置管路加热单元。
2.如权利要求1所述的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，其特征在于：所述水蒸气供应机构包括供水单元以及连接所述供水单元与所述气体混合器的供水管路，于所述供水管路上设有供水阀，至少对所述供水阀与所述气体混合器之间的供水管体配置用于使管内水气态化的前置管路加热单元。
3.如权利要求2所述的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，其特征在于：所述前置管路加热单元及所述后置管路加热单元均为敷设在对应管体上的电热式伴热带。
4.如权利要求2所述的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，其特征在于：所述供水单元包括蠕动式注射泵。
5.如权利要求1所述的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，其特征在于：所述氨气供应管路旁接于所述混合气管路上。
6.如权利要求1所述的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，其特征在于：所述脱硫脱硝反应器通过排气主管与所述气体成分检测系统连接，所述排气主管上旁接有排气支管，所述排气支管及所述气体成分检测系统的气体出口管均连接有尾气吸收单元。
7.如权利要求1所述的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，其特征在于：所述试验气体配置系统还包括第二氮气供应管路，所述第二氮气供应管路与所述气体混合器的进气口连接或直接与所述脱硫脱硝反应器连接。
8.如权利要求7所述的可同时测试活性焦脱硫与脱硝性能的试验装置，其特征在于：所述第一氮气供应管路与高纯氮气源连接，所述第二氮气供应管路与普通工业氮气源连接。
9.采用如权利要求1至8中任一项所述的试验装置测试活性焦脱硫与脱硝性能的方法，其特征在于，包括：
将活性焦装填进脱硫脱硝反应器中，设置脱硫脱硝反应器的工作温度至130～170℃；
所述第一氮气供应管路、所述NO供应管路、所述SO2供应管路及所述氧气供应管路按设定流量开始供气，同时设置后置管路加热单元的工作温度至120～150℃；通过气体成分检测系统观察脱硫脱硝反应器入口侧混合气体中各组分的浓度达到预设值直至稳定；
通过水蒸气供应机构向气体混合器内混入水蒸气，使脱硫脱硝反应器入口侧混合气体的湿度控制在6～14％；
所述氨气供应管路按设定流量开始供气；
使混合气体穿过脱硫脱硝反应器中的活性焦，通过气体成分检测系统检测并记录脱硫脱硝反应器出口侧气体的各组分浓度；
保持混合气体进气稳定，直至脱硫脱硝反应器内反应时间达到预设时间，停止供气，停止对脱硫脱硝反应器加热，取出脱硫脱硝反应器内的活性焦，再重新安装好脱硫脱硝反应器；
使用氮气对管路中的残余气体进行吹扫，通过气体成分检测系统进行监测，直至腐蚀性气体浓度小于5ppm；
停止供气，后置管路加热单元停止加热；
提取气体成分检测系统记录的SO2及氮氧化物气体浓度变化曲线，找到脱硫反应稳定时间的SO2浓度和脱硝反应稳定时间的氮氧化物浓度，计算与初始混合气体中这两种气体的浓度之比，分别获得活性焦的脱硫脱硝效率。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：脱硫脱硝反应器入口侧混合气体中，SO2体积分数为0.05～3％，O2体积分数为6～20％，NO体积分数为0.02～2％，NH3体积分数为0.02～2％，H2O体积分数为6～14％，其余为N2。
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