CN111397940A - 一种模拟不同烟气环境的试验系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟不同烟气环境的试验系统及测试方法，该试验系统可以生成试验烟气中的气体成分、固体粉尘颗粒、蒸气等主要成分，反应炉可以提供脱硝反应条件和管路系统中可以模拟脱硫、湿电环境所需的加热温度等，反应炉中反应后的气体通入管路系统，通过设置于管路系统上的检测部件可以检测管路中的烟气参数，进而对气体成分、固体粉尘颗粒和蒸气的流量进行调节，进而获取满足试验要求的模拟烟气；试验人员只需对管路中烟气进行取样分析，无需现场取样，不仅提高了取样效率，而且通过改变试验系统中的参数，能够模拟不同条件下的烟气，提高取样灵活性，且取样所受环境影响小，增加后期试验研究的准确性。

Description

一种模拟不同烟气环境的试验系统及测试方法

技术领域

本发明涉及烟气处理技术领域，特别涉及一种模拟不同烟气环境的试验系统及在该试验系统上进行的不同试验研究，如SO₃采样、脱硝、理化特性测试方法。

背景技术

目前，燃煤电厂逐渐向环保、清洁和节能的方向改进，针对烟气排放也有了越来越高的标准，如何实现“超洁净排放”已经成为了研究热点。相应的，在燃煤锅炉尾部环保设备及其连接烟道中，设备的腐蚀问题、空预器的堵塞问题以及燃煤烟气采样测试方法的准确性问题等也就逐渐成为了本领域实验人员重点关注的问题。

例如：一、在SCR脱硝内部，由于烟气温度高，烟气中的腐蚀性气体主要以气态的形式存在，脱硝设备内部腐蚀现象较不明显，但SCR 脱硝催化剂中往往含有活性成分如V₂O₅，V₂O₅能够促进烟气SO₂催化氧化生成SO₃，烟气SO₃能够引发下游环保设备的腐蚀风险，因此，选择合适的SCR脱硝用催化剂时，既要保证能够提高脱硝催化效率，又要能够抑制烟气SO₂催化氧化生成SO₃；二、在空预器中，烟气温度得到了降低，由于烟气SO₃极易与水蒸气结合，形成SO₃/H₂SO₄，且由于SCR脱硝存在一定的逃逸NH₃，生成的H₂SO₄能够与逃逸NH₃反应生成硫酸铵或硫酸氢铵(ABS)，在空预器温度段，硫酸氢铵处于由液态向固态转变的阶段，具有极强的吸附性，很容易吸附在粉尘中，增加粉尘的粘性，从而导致空预器的堵塞；三、在SCR烟气脱硝设备中，高温烟气环境极易造成采样管路的损坏，对NH₃逃逸、烟气 NO、SO₂和SO₃的采样测试系统提出了更高的要求；在湿法脱硫或湿式电除尘器中，由于内部烟气温度低、粉尘浓度低以及含湿量大，烟气SO₃采样测试的影响因素多，相应的，对烟气SO₃的采样测试的准确性提出了更高的要求等。

目前，针对上述环保设备相关的问题，我们主要通过在燃煤电厂现场调节环保设备运行参数，并进行相应的性能测试，通过多电厂不同工况条件下的采样测试案例，吸取经验，积极探索，同时不断地改进现有的采样测试方法，通过测试数据指导并优化现场运行管理。

然而，现场测试比较麻烦，测试周期比较漫长，而且现场工况条件具有不稳定性等因素影响。

有鉴于此，如何缩短测试周期，提高测试准确性，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟不同烟气环境的试验系统，包括以下部件：

烟气生成系统，用于生成试验烟气中的气体成分；

给料发生系统，用于生成试验烟气中的固体粉尘颗粒；

蒸气发生系统，用于生成试验烟气中的蒸气；

反应炉，包括形成腔体的炉体，所述炉体设置有连通腔体的气体进口和气体出口，所述气体进口用于与所述烟气生成系统的出气口连通；所述腔体中还设置有用于存放脱硝催化剂的安装结构；所述反应炉还包括用于对所述腔体进行加热的温控装置，用于将所述反应炉腔体进行加热；

管路系统，设置于所述反应炉的下游，其进口连通所述反应炉的气体出口，所述给料发生系统和所述蒸气发生系统的出口均连通于所述管路系统，并且所述管路系统的管壁上设置有检测部件，用于检测管路中烟气参数。

本发明提供的试验系统可以生成试验烟气中的气体成分、固体粉尘颗粒、蒸气等主要成分，温控装置可以对反应炉腔体进行加热，这样可以提供脱硝反应所需实际温度以及后续管路系统中模拟脱硫、湿电环境所需加热温度，反应后的气体通入管路系统，通过设置于管路系统上的检测部件可以检测管路中的烟气参数，进而对气体成分、固体粉尘颗粒和蒸气的流量进行调节，进而获取满足试验要求的模拟烟气。

试验人员只需对管路中烟气进行取样分析，无需现场取样，不仅提高了取样效率，而且通过改变试验系统中的参数，能够模拟不同条件下的烟气，提高取样灵活性，且取样所受环境影响小，增加后期试验研究的准确性。

可选的，所述烟气生成系统包括至少两个压力罐，分别用于存储不同种类的气体；所述烟气生成系统还包括混合罐，所述混合罐包括第一进口和第二进口，所述第一进口与各所述压力罐连通，所述第二进口连通供应清洁空气的管路，并且每一所述压力罐与所述混合罐的连通管、所述供应清洁空气的管路上均设置有第一流量控制阀；所述混合罐的出口为所述烟气生成系统的出气口。

可选的，各所述压力罐的出口还进一步连通所述管路系统的进口，并且每一连通管路上均设置有第二流量控制阀，所述第二流量控制阀与相应所述压力罐之间还设置有减压阀。

可选的，所述炉体的腔体为阶梯型结构，沿气流方向，所述腔体的横向截面的尺寸依次增大，并且所述阶梯型结构具有至少一个阶梯面，其中一个或几个阶梯面设置有用于存放脱硝催化剂的安装结构。

可选的，还包括引风机，用于提供试验系统中气体流通动力；所述引风机设置于所述管路系统的下游，并且所述引风机的进口与所述管路系统的出口连通；所述管路系统包括多节管段，每一管段设置有所述检测部件和风门；所述检测部件至少包括温度传感器、湿度传感器和流量传感器，通过控制各所述风门和所述引风机的工作频率，以使每一节管段中的烟气温度处于相应预定温度范围，或/和每一节管段中的烟气湿度处于相应预定湿度范围，或/和每一节管段中的烟气流量处于相应预定流量范围。

可选的，所述管路系统包括至少两节管段，沿气流方向，后一节管段的管径大于前一节管段的管径。

可选的，所述蒸气发生系统包括蒸气发生器、调节阀和流量计，所述蒸气发生器的出口通过并联分支管路分别连通各节管段，并且各所述分支管路上均设置有所述调节阀和所述流量计。

可选的，所述管路系统的每一节管段均设置有通孔，所述通孔处安装有一段采样管，所述采样管露至于所述通孔外部的管段外端安装有密封螺帽。

可选的，还包括控制系统，用于控制所述试验系统中各执行部件的工作状态，并将所述检测部件的检测参数显示于显示部件。

可选的，所述给料发生系统包括给料机、文丘里结构的稀释器、空气压缩机和过滤器；所述给料机的出口主管路和所述管路系统的进口之间连通有并联的第一支管和第二支管，所述第二支管上设置有所述稀释器，所述空气压缩机用于给所述稀释器提供气源，所述过滤器用于过滤所述稀释器排出的多余的粉尘颗粒；所述给料发生系统还包括控制阀，用于控制所述第一支管和所述第二支管处于连通状态或断开状态。

此外，本发明还提供了一种利用上述的模拟不同烟气环境的试验系统进行SO₃采样测试方法，其特征在于，所述管路系统包括依次连接的第一管段、第二管段和第三管段，三者管径依次增大，所述第一管段的进口连通所述反应炉的气体出口；所述SO₃采样测试方法具体包括：

放置高钒系催化剂于反应炉内部，根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的SO₂一部分通入反应炉中以催化氧化生成SO₃，另一部分通入反应炉出口管路；

根据试验模拟要求，控制给料发生系统向所述第一管段、所述第二管段和所述第三管段中注入相应量粉尘，以在各管段中形成相应地粉尘浓度条件；

控制所述第一管段、所述第二管段和所述第三管段中烟气流量、温度和湿度，调节第一管段内部烟气温度范围处于320℃-380℃，湿度范围4％-6％，以模拟实际工况脱硝工艺烟气条件，或者/和调节所述第二管段内部烟气温度范围处于90℃-150℃，湿度范围4％-6％，以模拟实际工况中电除尘烟气条件，或者/和调节所述第三管段内部烟气温度范围处于40℃-60℃，湿度为饱和状态，以模拟实际工况中湿法脱硫出口或湿式电除尘进出口烟气条件；

其中，所述第一管段、所述第二管段和所述第三管段内部烟气流量依次增大，SO₃在以上三管段内的浓度依次减小。

再者，本发明还提供一种利用上述的模拟不同烟气环境的试验系统进行脱硝测试方法，其特征在于，

放置SCR脱硝用催化剂于反应炉内部；根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的NO和NH₃标准气体通入反应炉中，控制反应炉中烟气温度处于320℃至380℃进行常规SCR烟气脱硝模拟，或者控制反应炉中烟气温度处于150至320℃进行低温SCR烟气脱硝性能模拟，以进行脱硝效率模拟；

或者，

放置SCR脱硝用催化剂于反应炉内部；根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的NO、NH₃、SO₂标准气体通入反应炉中，测试SO₂/SO₃转化率。

再者，本发明提供了一种利用上述的模拟不同烟气环境的试验系统进行的采样测试方法，

在反应炉中无催化剂的前提下向反应炉中通入NH₃、NO或SO₂标准气体；

加热反应炉，并根据试验要求调节所述给料发生系统和所述蒸气发生系统，以在所述管路系统中获得试验所要求的烟气温度、湿度和含尘浓度的试验烟气；

测量所述试验烟气中NH₃逃逸浓度、NO_x烟气成分或SO₂烟气成分。

最后，本发明还提供了一种利用上述的模拟不同烟气环境的试验系统进行的NH₃与SO₃反应的理化特性测试方法，

放置高钒系催化剂于反应炉内部，根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的SO₂一部分通入反应炉中以催化氧化生成SO₃，同时将预定量的NH₃标准气体直接通入反应炉出口烟道，以使第二管段内部 NH₃浓度达到预定值；

对反应炉出口管路中的SO₃进行采样测试以获取进入第二管段内部烟气中SO₃的浓度；控制第二管段内烟气温度，并检测该温度下反应后烟气中NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；依据所获得的反应后烟气中NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-浓度、所述SO₃采样测试数据及所述通入反应炉出口烟道的NH₃，计算参与反应的NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-之间的数量关系；

通过调节第二管段内烟气温度及NH₃/SO₃摩尔，获得的多个工况下反应的NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-之间的数量关系，分析NH₃与SO₃反应的理化特性。

附图说明

图1为本发明一种实施例中模拟不同烟气环境的试验系统的结构示意图；

图2为图1中反应炉的剖视图。

其中，图1至图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1-1SO₂压力罐；1-2NO压力罐；1-3NH₃压力罐；1-41质量流量控制阀；1-42第二流量控制阀；1-5减压阀；1-6质量流量控制阀；1-7 空气过滤器；1-8混合罐；1-9反应炉；1-91炉体；1-911阶梯面；1-91a 腔体；1-92温控装置；1-93脱硝催化剂；1-94保温层；

2-1第一管段；2-2第二管段；2-3第三管段；2-5空滤器；2-6 采样管；2-7保温层；2-8引风机；2-9湿度计；2-10温度传感器；2-11 流量传感器；2-12回收装置；2-41第一风门、2-42第二风门、2-43 第三风门；

3-1给料机；3-21第一调节阀；3-22第二调节阀；3-23第三调节阀；3-3稀释器；3-4空气压缩机；3-5过滤器；

4-1蒸气发生器；4-2调节阀；4-3流量计；

5-控制系统。

具体实施方式

针对现有技术中存在的技术问题，本文进行了深入研究，提出了一种能够准确获取不同环境条件下烟气，有利于缩短后续研究试验周期的试验系统。

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。

请参考图1和图2，图1为本发明一种实施例中模拟不同烟气环境的试验系统的结构示意图；图2为图1中反应炉的剖视图。

本发明提供了一种模拟不同烟气环境的试验系统，包括烟气生成系统、给料发生系统、蒸气发生系统、反应炉1-9和管路系统。

其中，烟气生成系统主要用于生成试验烟气中的气体成分。当然根据试验需求，该烟气生成系统可以生成试验烟气中的主要气体成分。通常烟气含有NO_x、SO₂、SO₃、NH₃等气体成分，都可以通过烟气生成系统1进行生成。而烟气中NO_x气体的主要成分为NO，为了降低试验系统的试验成本及简化系统结构，本文优选将采用NO标准气体替代试验烟气中的NO_x。

烟气中除了气体成分外，还有固体粉尘颗粒，为了对不同环境烟气进行精确模拟，本发明中的给料发生系统用于生成试验烟气中的固体粉尘颗粒。

蒸气发生系统用于生成试验烟气中的蒸气。具体地蒸气发生系统 4只要能够形成蒸气即可，其具体结构可以参考现有技术。

本发明中的反应炉1-9包括形成腔体的炉体1-91，炉体1-91设置有连通腔体的气体进口和气体出口，气体进口用于与烟气生成系统1 的出气口连通；腔体中还设置有用于存放脱硝催化剂1-93的安装结构，这主要考虑消除气体中的氮元素。脱硝催化剂为现有技术成熟材料，其安装也比较成熟，故本文不公开腔体中安装结构的具体结构，不会妨碍本领域内技术人员对于技术方案的理解和实施。

反应炉1-9还包括用于对腔体进行加热的温控装置1-92，用于对反应炉1-9的腔体进行加热，这样既可以将腔体1-91a的温度调节至脱硝反应实际温度，又可以将腔体1-91a的温度调节至满足后续管路系统中模拟脱硫、湿电环境实际所需的加热温度。

脱硝反应实际温度通常要求烟气温度为320～380℃或150～320℃，以满足常规SCR烟气脱硝或低温SCR烟气脱硝等实验温度要求。

脱硫、湿电温度较低，一般低于80℃，但为避免所述生成烟气在所述反应炉内吸附损失，要求反应炉内温度高于300℃，进而通过管路系统流量调节降温。

所以本发明中的温控装置1-92可以将反应炉1-9内的温度调节至以上相应温度，以满足不同试验的需求温度。

温控装置1-92包括加热装置和温度控制部件，具体结构本文不做详述。

本发明中的管路系统设置于反应炉1-9的下游，其进口连通反应炉1-9的气体出口，也就是说气体经反应炉1-9后进入管路系统。

并且，给料发生系统和蒸气发生系统的出口均连通于管路系统，并且管路系统的管壁上设置有检测部件，用于检测管路中烟气参数。烟气参数可以包括烟气温度、湿度、流量和含尘浓度等参数。检测部件包括以下其中一者或几者：湿度计、温度计、差压流量计，以检测烟气的湿度、温度和流量，这样操作人员通过检测部件的检测参数，可以调节其他试验系统的参数，以使管路中的烟气各参数达到预设要求。

从以上描述可知，本发明提供的试验系统可以生成试验烟气中的气体成分、固体粉尘颗粒、蒸气等主要成分，温控装置可以对反应炉 1-9腔体进行加热，这样可以提供脱硝反应实际温度和后续管路系统中模拟脱硫、湿电实际所需加热温度，反应后的气体通入管路系统，通过设置于管路系统上的检测部件可以检测管路中的烟气参数，进而对气体成分、固体粉尘颗粒和蒸气的流量进行调节，进而获取满足试验要求的模拟烟气。

试验人员只需对管路中烟气进行取样分析，无需现场取样，不仅提高了取样效率，而且通过改变试验系统中的参数，能够模拟不同条件下的烟气，提高取样灵活性，且取样所受环境影响小，增加后期试验研究的准确性。

本文所提供的试验系统能够满足烟气SO₃采样测试、脱硝性能实验研究、NH₃逃逸采样测试、烟气成分测试、NH₃与SO₃反应的理化特性测试(NH₃/SO₃摩尔比对生成硫酸氢铵(ABS)的影响)等烟气的模拟。

在一种具体的实施方式中，烟气生成系统可以包括至少两个压力罐，分别用于存储不同种类的气体；图中给出了设置三个压力罐的示意图，三个压力罐分别用于盛装SO₂气体、NO气体和NH₃气体，本文分别定义为SO₂压力罐1-1、NO压力罐1-2和NH₃压力罐1-3。当然，压力罐的设置数量不局限于本文中的描述，还可以为其他数量。

烟气生成系统还可以包括混合罐1-8，混合罐1-8包括第一进口和第二进口，第一进口与各压力罐连通，第二进口连通供应清洁空气的管路。清洁空气管路上还可以设置空气过滤器1-7，清洁空气进入混合罐的动力可以由系统中设置的引风机提供，当然也可以单独设置动力设备，提供向清洁空气的流动动力。

并且每一压力罐与混合罐1-8的连通管、供应清洁空气的管路上均设置有第一流量控制阀；第一流量控制阀可以为质量流量控制阀，如图所示，清洁空气管路上设置有质量流量控制阀1-6，清洁空气的流量通过质量流量控制阀1-6控制；各压力罐的出口管路上设置有质量流量控制阀1-41，每一压力罐通过相应的质量流量控制阀向混合罐内部供气。各质量流量控制阀的开度可以通过控制系统控制，通过改变各质量流量控制阀的开度以实现不同流量的清洁空气进入混合罐与压力罐中所流出的标准气体混合。各压力罐可以与质量流量控制阀 1-41一一对应，也可以由一个质量流量控制阀组件进行控制。各质量流量控制器分别测得标准气体的质量流量分别为

另外为了压力罐稳定流量向外部供气，在质量流量控制阀的上游还可以安装减压阀1-5。

上述，混合罐1-8的出口为烟气生成系统的出气口。也就是说，各气体成分和清洁空气在进入反应炉1-9之前，在混合罐1-8内部先混合均匀，然后再通入反应炉1-9进行加热或者脱硝反应。

上述结构的烟气生成系统结构比较简单，控制比较方便。

为了精确模拟烟气的成分，本文还进行了以下设置。

本发明中的各压力罐的出口还进一步连通管路系统的进口，也就是说，本文中的压力罐的出口设置有并联的第一管路和第二管路，压力罐的出口通过第一管路连通混合罐的第一进口，同时压力罐的出口又可以通过第二管路连通管路系统的进口。

这样各压力罐中的气体可以直接进入反应炉1-9下游的管路系统中，增加相应气体成分。并且为了精确控制增加气体量，各压力罐与管路系统进口的连通管路上还进一步设置第二流量控制阀1-42，第二流量控制阀的结构可以参考第一流量控制阀的结构。当然，第二流量控制阀与压力罐的出口之间还可以设置减压阀1-5，以稳定流速。以第二流量控制阀为质量流量控制阀为例，该路气体质量流量控制阀 1-42分别测得标准气体的质量流量分别为QSO2,o、QNO,o、QNH3,o

为了便于脱硝催化剂层的安装，炉体1-91的腔体可以为阶梯型结构，沿气流方向，腔体1-91a的横向截面的尺寸依次增大，并且阶梯型结构具有至少一个阶梯面1-911，其中一个或几个阶梯面1-911设置有用于存放脱硝催化剂1-93的安装结构。相邻阶梯面之间的距离需要满足催化剂层的安装。催化剂层可以安装一层，也可以安装两层或者更多层。

为了维持反应炉1-9腔体所要求的试验温度，还可以在炉体1-91 的外围设置保温层1-94。

上述各实施例中的试验系统还可以包括引风机2-8，用于提供试验系统中气体流通动力；其中引风机2-8设置于管路系统的下游，并且引风机2-8的进口与管路系统的出口连通。在引风机2-8的作用下，清洁空气进入混合罐1-8，混合罐1-8中的气体可以流入后续管路系统。

管路系统包括多节管段，每一节管段上均设置有检测部件和风门；检测部件至少包括湿度计2-9、温度传感器2-10和流量传感器2-11，通过控制各风门和引风机的工作频率，以使每一节管段中的烟气温度处于相应预定温度范围，或/和每一节管段中的烟气湿度处于相应预定湿度范围，或/和每一节管段中的烟气流量处于相应预定流量范围。

也就是说，通过调节每节管段上的风门开度，可以将相应管段调节为相应要求的试验温度及将管内气体流量调节为试验要求的预定流量范围，这样可以获取不同流量、温度下的烟气，大大提高了系统模拟烟气的多样性。

各风门的连接管路还可以设置空滤器2-5以及在引风机2-8的出口还设置回收装置2-12。

具体地，管路系统至少包括两节管段，沿气流方向，后一节管段的管径大于前一节管段的管径。相邻管段之间可以可拆卸连接。图中示出了管路系统包括三节管段的实施方式，分别定义为第一管段2-1、第二管段2-2、第三管段2-3，其中第一管段2-1、第二管段2-2、第三管段2-3的管径依次增大，相邻管段之间通过锥形管过渡连接。第一管段2-1、第二管段2-2、第三管段2-3的管径分别为D1、D2和D3，管径D1＜D2＜D3，实验过程中也可根据实验需要增加或减少管路对接数量以及改变管路长度等。

相应地，对应第一管段2-1、第二管段2-2、第三管段2-3分别设置有第一风门2-41，第二风门2-42，第三风门2-43。

为了方便对管路系统中烟气的采样，每一节管段均设置有通孔，通孔处安装有一段采样管2-6，采样管2-6露至于通孔外部的管段外端安装有密封螺帽。操作人员通过采样管2-6对管路内部的烟气进行采样。非采样时，通过密封螺帽密封采样管的外端。

为了管路系统各管段内部温度的恒定，各管段的外部还可以设置保温层2-7。

上述各实施例中，蒸气发生系统可以包括蒸气发生器4-1、调节阀4-2和流量计4-3，蒸气发生器的出口通过并联分支管路分别连通各节管段，并且各分支管路上均设置有调节阀4-2和流量计4-3。对于上述管路系统包括第一管段2-1、第二管段2-2、第三管段2-3的实施例，蒸气发生器4-1的出口管路也包括第一分支管路、第二分支管路和第三分支管路，其上均设置有调节阀4-2和流量计4-3。

为了实现自动化控制，上述各实施例中的试验系统还可以包括控制系统55，用于控制试验系统中各执行部件的工作状态，并将检测部件的检测参数显示于显示部件。

控制系统内部可以存储有试验所要获取烟气的温度、流量、粉尘量、气体成分等信息，通过控制系统5中的各调节阀、流量阀、引风机工作功率等部件的工作状态，以最终获得试验所需烟气。

上述各实施例中，给料发生系统可以包括给料机3-1、文丘里结构的稀释器3-3、空气压缩机3-4和过滤器3-5；给料机3-1的出口主管路和管路系统的进口之间连通有并联的第一支管和第二支管，第二支管上设置有稀释器3-3，空气压缩机3-4用于给稀释器3-3提供气源，过滤器用于过滤稀释器排出的多余的粉尘颗粒。

给料发生系统还包括控制阀，用于控制所述第一支管和所述第二支管处于连通状态或断开状态。当控制阀处于第一工作状态时，第一支管处于连通状态，第二支管处于断开状态；当控制阀处于第二工作状态时，第一支管处于断开状态，第二支管处于连通状态。

当第一支管连通、第二支管断开时，给料机的出口主管路与管路系统的进口管直接相连，这样给料机中的固体颗粒可以直接进入管路系统，满足粉尘含量大烟气的模拟。当第二支管连通、第一支管断开时，由给料机出口流出的物料在空气压缩机和文丘里效应的稀释器作用下，经稀释器后进入管路系统的进口，这样可以满足粉尘含量较小烟气的模拟。

控制阀可以为一个部件，也可以为两个或两个以上相对独立的阀。本文给了控制阀包括三个调节阀的实施方式，其中控制阀包括第一调节阀3-21、第二调节阀3-22和第三调节阀3-23，第一调节阀3-21设置于第一支管，第二调节阀3-22和第三调节阀3-23设置于第二支管。

当实验要求提供低浓度粉尘时，为确保给料发生系统能够持续匀速微量给料，可通过按文丘里结构原理和一定的截面积比设计的稀释器3-3的辅助作用，适当地提高给料机3-1的给料量，以提高给料的稳定性。实验时，可关闭第一调节阀3-21，开启第二调节阀3-22和第三调节阀3-23，确保给料机3-1排出的粉尘先通过稀释器3-3稀释后再进入管路系统2中。稀释器3-3通过空气压缩机3-4供气，进入稀释器3-3后的粉尘经稀释后，多余排空的粉尘通过过滤器3-5过滤，避免直接排入空气中。

当然，给料机3-1可以通过变频控制器控制给料频率，实现不同的转速，提供不同的给料动力，同时还可通过连接不同的给料螺杆(如给料螺杆螺纹的间距和螺纹的深度不同)，实现不同的给料量，通过上述不同组合，可满足不同入口粉尘浓度的粉尘给料量需求。

其中文丘里结构的稀释器3-3的结构和具体安装方式，本文不做具体描述，这并不妨碍本领域内技术人员对本技术方案的理解和实施。

通过上述试验系统可以实现，烟气SO₃采样测试方法研究、脱硝性能实验研究、NH₃逃逸采样测试方法研究、烟气成分测试方法研究、 NH₃与SO₃反应的理化特性研究等。

以下具体介绍利用上述试验系统进行模拟测试的几种具体方法。

一、SO₃采样测试方法

具体地，上述试验系统中的管路系统包括依次连接的第一管段 2-1、第二管段2-2和第三管段2-3，三者管径依次增大，第一管段2-1 的进口连通反应炉1-9的气体出口。SO₃采样测试方法具体包括：

放置高钒系催化剂于反应炉1-9内部；

根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的SO₂一部分通入反应炉 1-9中，另一部分通入反应炉1-9出口管路；该测试方法中反应炉1-9 中仅通入SO₂，反应炉1-9此时仅当作烟气SO₃的标准发生装置。

根据试验模拟要求，控制第一管段2-1、第二管段2-2和第三管段 2-3中烟气至试验所需的粉尘浓度、烟气流量、温度和湿度，即控制给料发生系统向第一管段2-1、第二管段2-2和第三管段2-3中注入相应量粉尘，以在各管段中形成相应地粉尘浓度条件，调节风机和风门开度，以在各管段中形成预定实验要求的烟气流量和烟气温度，控制蒸气发生系统调节各管段中烟气湿度。其中各管段中预定实验要求参数可以不相同。

通过上述参数控制，调节第一管段2-1内部烟气温度范围处于 320℃-380℃，湿度范围4％-6％，以模拟实际工况脱硝工艺烟气条件，或者/和调节第二管段2-2内部烟气温度范围处于90℃-150℃，湿度范围4％-6％，以模拟实际工况中电除尘烟气条件，或者/和调节第三管段2-3内部烟气温度范围处于40℃-60℃，湿度为饱和状态，以模拟实际工况中湿法脱硫出口或湿式电除尘进出口烟气条件。

其中，第一管段2-1、第二管段2-2和第三管段2-3内部烟气流量依次增大，SO₃在以上三管段内的浓度依次减小。

通过以上模拟方式，可以分别进行模拟不同的烟气温度、湿度、含尘浓度以及不同的烟气SO₂、SO₃浓度等工况烟气条件，以及在不同的工况烟气条件下进行的烟气SO₃采样测试方法研究。

管路系统中所需的烟气SO₃主要在反应炉内，在高温和高钒系催化剂的作用，由SO₂催化氧化生成，进入管路系统后，在第一管段2-1、第二管段2-2和第三管段2-3内，由于缺少了催化剂，根据质量守恒，烟气SO₃在管路系统内部的质量流量保持不变，因此，通过在第一管段2-1、第二管段2-2和第三管段2-3内采集烟气SO₃，并计算烟气SO₃的质量流量，可以用于评价烟气SO₃采样测试方法在不同的工况条件下的准确性。

二、脱硝测试方法

放置SCR脱硝用催化剂于反应炉1-9内部；根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的NO和NH₃标准气体通入反应炉1-9中，控制反应炉1-9中烟气温度处于320℃至380℃进行常规SCR烟气脱硝模拟，或者控制反应炉1-9中烟气温度处于150至320℃进行低温SCR烟气脱硝性能模拟，以满足全负荷脱硝技术研究和低温催化剂研究的需求。

具体地，脱硝性能涉及的关键技术指标还可以通过下列简化后的计算公式进行计算：

2.1氨氮摩尔比(NH₃/NO_x)

式中：n——氨氮摩尔比(NH₃/NO_x)

——反应炉1-9入口NH₃标准气体质量流量，单位为 L/min；

——NH₃标气浓度，单位为ppm；

Q_NO,i——反应炉1-9入口NO标准气体质量流量，单位为 L/min；

C_NO,b——NO标气浓度，单位为ppm。

2.2反应炉1-9入口理论烟气成分

通过标气浓度、标准气体质量流量和反应炉1-9出口监测的流量，可计算进入反应炉1-9的理论烟气成分浓度：

式中：C_i——反应炉1-9入口的理论烟气成分浓度，单位为 mg/Nm³；

M——标准气体的摩尔质量，单位为g；

22.4——标准气体摩尔体积，单位为L；

C_b——标气浓度，单位为ppm；

Q₁——标准气体质量流量，单位为L/min；

Q_o——反应炉1-9出口的烟气流量，单位为Nm³/h。

2.3脱硝效率

利用烟气分析仪在反应炉1-9出口测试烟气NO浓度，计算NO_x浓度和脱硝效率。

式中：

——脱硝效率，％；

——反应炉1-9入口NO_x浓度，mg/Nm³；

——反应炉1-9出口NO_x浓度，mg/Nm³。

上述参数可以通过安装于相应位置的检测部件测得。

2.4SO₂/SO₃转化率

在另一种测试方式中，放置SCR脱硝用催化剂于反应炉1-9内部；根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的NO、NH₃、SO₂标准气体通入反应炉1-9中，通过SO₂的通入量及采用控制冷凝法或异丙醇吸收法在反应炉1-9出口进行烟气SO₃采样测试，可以计算烟气SO₃浓度和SO₂/SO₃转化率。

式中：x——SO₂/SO₃转化率，％；

——SO₂摩尔质量，g/mol；

——SO₃摩尔质量，g/mol；

——实测反应炉1-9出口SO₃浓度，mg/Nm³；

——反应炉1-9入口理论SO₂浓度，mg/Nm³。

三、NH₃逃逸浓度测试、烟气成分采样测试方法，

在反应炉1-9中无催化剂的前提下向反应炉1-9中通入NH₃、NO 或SO₂标准气体；此时反应炉1-9仅作为加热装置；

加热反应炉1-9，并根据试验要求调节给料发生系统和蒸气发生系统，以在管路系统中获得试验所要求的烟气温度、湿度和含尘浓度的试验烟气；

测量所述试验烟气中NH₃逃逸浓度、NO_x烟气成分或SO₂烟气成分。

上述试验方法中仅通入NH₃时，可以实现NH₃逃逸浓度测试研究，例如在管路系统位置进行NH₃逃逸的化学吸收法、激光法等测试方法研究，通过实测的NH₃逃逸浓度与反应炉1-9入口的理论NH₃逃逸浓度进行比对，可以用于验证NH₃逃逸测试的准确性。

当反应炉1-9中仅通入NO或SO₂标准气体，调节给料发生系统实现不同的给料量，调节蒸气发生系统实现不同的蒸气供气量时，可实现第一管段2-1、第二管段2-2和第三管段2-3内形成不同的烟气温度、湿度和含尘浓度的工况烟气条件，可以在第一管段2-1、第二管段2-2和第三管段2-3的监测孔处可进行NO_x和SO₂烟气成分测试方法研究，通过实测的烟气成分浓度与反应炉1-9入口的理论烟气成分浓度进行比对，可以用于验证烟气成分测试的准确性。

四、NH₃与SO₃反应的理化特性测试方法

在空预器中，烟气温度得到了降低，由于烟气SO₃极易与水蒸气结合，形成SO₃/H₂SO₄，且由于SCR脱硝存在一定的逃逸NH₃，生成的H₂SO₄能够与逃逸NH₃反应生成硫酸铵或硫酸氢铵(ABS)，在空预器温度段，硫酸氢铵处于由液态向固态转变的阶段，具有极强的吸附性，很容易吸附在粉尘中，增加粉尘的粘性，从而导致空预器的堵塞。

因此，通过放置高钒系催化剂于反应炉(1-9)内部，根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的SO₂一部分通入反应炉(1-9)中以催化氧化生成SO₃，同时将预定量的NH₃标准气体直接通入反应炉1-9出口烟道，以使第二管段2-2内部NH₃浓度达到预定值；管路系统可以参照上文描述，此处不做赘述。

对反应炉1-9出口管路中的SO₃采样测试以获取进入第二管段2-2 内部烟气中SO₃的浓度；控制第二管段2-2内烟气温度，并检测该温度下反应后烟气中NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；依据所获得的反应后烟气中NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-浓度、所述SO₃采样测试数据及所述通入反应炉1-9出口烟道的NH₃，计算参与反应的NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-之间的数量关系；

通过调节第二管段2-2内烟气温度及NH₃/SO₃摩尔，获得的多个工况下反应的NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-之间的数量关系，分析NH₃与SO₃反应的理化特性。

NH₃与SO₃反应的理化特性研究旨在提供模拟NH₃与SO₃反应所需的环境条件，同时通过研究，可用于分析空气预热器中因逃逸NH₃和SO₃反应造成的空预器堵塞问题，对NH₃与SO₃反应后的测试分析方法研究，已有相关领域人员进行研究，将不作为本实施例研究的重点，故在本实施例中将不再详述。

NH₃与SO₃在模拟烟道中主要发生如下反应：

NH₃+SO₃+H₂O＝NH₄HSO₄(即ABS)和2NH₃+SO₃+H₂O＝(NH₄)₂SO₄

以上对发明所提供的一种模拟不同烟气环境的试验系统及测试方法进行了详细介绍。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 (12)

1.一种模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，包括以下部件：

烟气生成系统，用于生成试验烟气中的气体成分；

给料发生系统，用于生成试验烟气中的固体粉尘颗粒；

蒸气发生系统，用于生成试验烟气中的蒸气；

反应炉(1-9)，包括形成腔体(1-91a)的炉体(1-91)，所述炉体(1-91)设置有连通腔体的气体进口和气体出口，所述气体进口用于与所述烟气生成系统的出气口连通；所述腔体中还设置有用于存放催化剂的安装结构；所述反应炉(1-9)还包括用于对所述腔体(1-91a)进行加热的温控装置；

管路系统，设置于所述反应炉(1-9)的下游，其进口连通所述反应炉的气体出口，所述给料发生系统和所述蒸气发生系统的出口均能够连通所述管路系统，并且所述管路系统的管壁上设置有检测部件，用于检测管路中烟气参数。

2.如权利要求1所述的模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，所述烟气生成系统包括至少两个压力罐，分别用于存储不同种类的气体；所述烟气生成系统还包括混合罐(1-8)，所述混合罐(1-8)包括第一进口和第二进口，所述第一进口与各所述压力罐连通，所述第二进口连通供应清洁空气的管路，并且每一所述压力罐与所述混合罐(1-8)的连通管、所述供应清洁空气的管路上均设置有第一流量控制阀；所述混合罐的出口为所述烟气生成系统的出气口；

或者/和，各所述压力罐的出口还进一步连通所述管路系统的进口，并且每一连通管路上均设置有第二流量控制阀，所述第二流量控制阀与相应所述压力罐之间还设置有减压阀。

3.如权利要求1所述的模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，所述炉体(1-91)的腔体为阶梯型结构，沿气流方向，所述腔体的横向截面的尺寸依次增大，并且所述阶梯型结构具有至少一个阶梯面，其中一个或几个阶梯面设置有用于存放脱硝催化剂的安装结构。

4.如权利要求1所述的模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，还包括引风机(2-8)，用于提供试验系统中气体流通动力；所述引风机(2-8)设置于所述管路系统的下游，并且所述引风机(2-8)的进口与所述管路系统的出口连通；所述管路系统包括多节管段，每一管段设置有所述检测部件和风门；所述检测部件至少包括温度传感器、湿度传感器和流量传感器，通过控制各所述风门和所述引风机(2-8)的工作频率，以使每一节管段中的烟气温度处于相应预定温度范围，或/和每一节管段中的烟气湿度处于相应预定湿度范围，或/和每一节管段中的烟气流量处于相应预定流量范围。

5.如权利要求1所述的模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，所述管路系统包括至少两节管段，沿气流方向，后一节管段的管径大于前一节与其相邻管段的管径；所述蒸气发生系统包括蒸气发生器(4-1)、调节阀和流量计，所述蒸气发生器的出口通过并联分支管路分别连通各节管段，并且各所述分支管路上均设置有所述调节阀和所述流量计。

6.如权利要求1所述的模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，所述管路系统的每一节管段均设置有通孔，所述通孔处安装有一段采样管(2-6)，所述采样管(2-6)露至于所述通孔外部的管段外端安装有密封螺帽。

7.如权利要求1所述的模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，还包括控制系统，用于控制所述试验系统中各执行部件的工作状态，并将所述检测部件的检测参数显示于显示部件。

8.如权利要求1至7任一项所述的模拟不同烟气环境的试验系统，其特征在于，所述给料发生系统包括给料机(3-1)、文丘里结构的稀释器(3-3)、空气压缩机(3-4)和过滤器(3-5)；所述给料机(3-1)的出口主管路和所述管路系统的进口之间连通有并联的第一支管和第二支管，所述第二支管上设置有所述稀释器(3-3)，所述空气压缩机(3-4)用于给所述稀释器(3-3)提供气源，所述过滤器(3-5)用于过滤所述稀释器(3-3)排出的多余的粉尘颗粒；所述给料发生系统还包括控制阀，用于控制所述第一支管和所述第二支管处于连通状态或断开状态。

9.一种利用权1至权8任一项所述的模拟不同烟气环境的试验系统进行SO₃采样测试方法，其特征在于，所述管路系统包括依次连接的第一管段(2-1)、第二管段(2-2)和第三管段(2-3)，三者管径依次增大，所述第一管段(2-1)的进口连通所述反应炉(1-9)的气体出口；所述SO₃采样测试方法具体包括：

放置高钒系催化剂于反应炉(1-9)内部，根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的SO₂一部分通入反应炉(1-9)中以催化氧化生成SO₃，另一部分通入反应炉(1-9)出口管路；

根据试验模拟要求，控制给料发生系统向所述第一管段(2-1)、所述第二管段(2-2)和所述第三管段(2-3)中注入相应量粉尘，以在各管段中形成相应地粉尘浓度条件；

调节风机和相应各管段上的风门开度，以在各管段中形成预定实验要求的烟气流量和烟气温度，并且控制蒸气发生系统以调节各管段中烟气湿度；

其中，第一管段(2-1)内部烟气温度范围处于320℃-380℃，湿度范围4％-6％，以模拟实际工况脱硝工艺烟气条件，或者/和调节所述第二管段(2-2)内部烟气温度范围处于90℃-150℃，湿度范围4％-6％，以模拟实际工况中电除尘烟气条件，或者/和调节所述第三管段(2-3)内部烟气温度范围处于40℃-60℃，湿度为饱和状态，以模拟实际工况中湿法脱硫出口或湿式电除尘进出口烟气条件；

并且，所述第一管段(2-1)、所述第二管段(2-2)和所述第三管段(2-3)内部烟气流量依次增大，SO₃在以上三管段内的浓度依次减小。

10.一种利用权1至权8任一项所述的模拟不同烟气环境的试验系统进行脱硝测试方法，其特征在于，

放置SCR脱硝用催化剂于反应炉(1-9)内部；根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的NO和NH₃标准气体通入反应炉(1-9)中，控制反应炉(1-9)中烟气温度处于320℃至380℃进行常规SCR烟气脱硝模拟，或者控制反应炉(1-9)中烟气温度处于150至320℃进行低温SCR烟气脱硝性能模拟，以进行脱硝效率模拟；

或者，

放置SCR脱硝用催化剂于反应炉(1-9)内部；根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的NO、NH₃、SO₂标准气体通入反应炉(1-9)中，测试SO₂/SO₃转化率。

11.一种利用权1至权8任一项所述的模拟不同烟气环境的试验系统进行的采样测试方法，其特征在于，

在反应炉(1-9)中无催化剂的前提下向反应炉(1-9)中通入NH₃、NO或SO₂标准气体；

加热反应炉(1-9)，并根据试验要求调节所述给料发生系统和所述蒸气发生系统，以在所述管路系统中获得试验所要求的烟气温度、湿度和含尘浓度的试验烟气；

测量所述试验烟气中NH₃逃逸浓度、NO_x烟气成分或SO₂烟气成分。

12.一种利用权1至权8任一项所述的模拟不同烟气环境的试验系统进行的NH₃与SO₃反应的理化特性测试方法，其特征在于，

所述管路系统包括依次连接的第一管段(2-1)、第二管段(2-2)和第三管段(2-3)，三者管径依次增大，所述第一管段(2-1)的进口连通所述反应炉(1-9)的气体出口；

放置高钒系催化剂于反应炉(1-9)内部，根据试验模拟要求将烟气生成系统生成的SO₂一部分通入反应炉(1-9)中以催化氧化生成SO₃，同时将预定量的NH₃标准气体直接通入反应炉(1-9)出口烟道，以使第二管段(2-2)内部NH₃浓度达到预定值；

对反应炉(1-9)出口管路中的SO₃进行采样测试以获取进入第二管段(2-2)内部烟气中SO₃的浓度；控制第二管段(2-2)内烟气温度，并检测该温度下反应后烟气中NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-浓度；依据所获得的反应后烟气中NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-浓度、所述SO₃采样测试数据及所述通入反应炉(1-9)出口烟道的NH₃，计算参与反应的NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-之间的数量关系；

通过调节第二管段(2-2)内烟气温度及NH₃/SO₃摩尔，获得的多个工况下反应的NH₄ ⁺浓度和SO₄ ^2-之间的数量关系，分析NH₃与SO₃反应的理化特性。

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