CN115015151A - 一种烟气脱硝评价装置喷氨系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种烟气脱硝评价装置喷氨系统，包括：供氨装置、喷氨装置、烟气分析装置、氨逃逸分析装置以及控制系统；所述供氨装置与所述喷氨装置连接，所述喷氨装置与烟气管道连通，所述烟气分析装置与烟气管道连通，所述氨逃逸分析装置与烟气管道连通；所述控制系统分别与所述供氨装置、所述喷氨装置、所述烟气分析装置以及所述氨逃逸分析装置电连接。本发明还提供了采用上述烟气脱硝评价装置喷氨系统的方法。本发明通过在实验室条件下模拟脱硝系统喷氨过程，能够为工业化应用提供可靠支撑，节省成本的同时提高机组安全稳定运行能力。本发明供应氨过程安全可靠，喷氨自动化程度高，测试过程智能调节，操作方便，能够有效提高烟气脱硝评价效率。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝催化剂检测技术领域，尤其是涉及一种烟气脱硝评价装置喷氨系统和方法。
背景技术
氮氧化物是燃煤机组主要污染物之一，目前国内普遍采用选择性催化还原法(SCR)对其进行控制，该方法的原理是以氨为还原剂，将烟气中氮氧化物选择性还原为无污染的氮气和水，以达到污染物排放标准要求。在SCR过程中，一般需要通过调整喷氨量来调节达到合适的污染物排放浓度，然而过低的喷氨量使得氮氧化物不能完全反应，较高的氮氧化物排放浓度将可能达不到污染物排放要求；过高的氨逃逸会和SCR副反应产生的SO3生成较多硫酸氢氨，堵塞空预器，对机组整体运行造成较大影响，而且逃逸的氨进入空气将对环境造成严重污染。
烟气脱硝催化剂作为SCR技术的核心，一般需定期对其相关指标进行评价，在掌握催化剂性能指标的同时有效指导脱硝系统的稳定运行和机组的安全生产。烟气脱硝评价能够模拟脱硝系统运行工况，控制变量评价催化剂真实性能，根据实验结果评估对实际运行中的影响因素，继而对运行工况的调整提供依据，也对系统运行提出优化方案。
烟气脱硝评价过程往往会重点关注催化剂活性、SO2/SO3转化率指标，也会根据工况控制检验脱硝效率和氨逃逸是否满足控制要求，测试过程不会对喷氨系统配比提出方案，因此有必要设计一种能够在实验室条件下精确高效的烟气脱硝评价喷氨系统，对喷氨系统的优化提供方案，对燃煤机组的运行提供有效参考。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气脱硝评价装置喷氨系统和方法，能够在模拟燃煤机组运行工况的条件下，在评价烟气脱硝催化剂过程提供一种快速有效的喷氨方案，过程得到有效的氨逃逸和脱硝效率，确定合适的氨氮摩尔比，提供喷氨可行性方案。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种烟气脱硝评价装置喷氨系统，包括：供氨装置、喷氨装置、烟气分析装置、氨逃逸分析装置以及控制系统；所述供氨装置与所述喷氨装置连接，所述喷氨装置与烟气管道连通，所述烟气分析装置与烟气管道连通，所述氨逃逸分析装置与烟气管道连通；所述控制系统分别与所述供氨装置、所述喷氨装置、所述烟气分析装置以及所述氨逃逸分析装置电连接。
进一步，所述供氨装置包括：储氨装置、气动阀、调压阀、供气管路、储氮装置和伴热装置；所述储氨装置的出口与所述气动阀相连；所述供气管路的一端与所述气动阀连接，另一端与所述喷氨装置连接；所述调压阀设置在所述供气管路上；所述储氮装置的出口与所述气动阀连接；所述伴热装置包覆于所述储氨装置的外部。
进一步，所述储氨装置采用钢瓶。
进一步，所述调压阀的压力调节范围为0.3-0.5MPa。
进一步，所述喷氨装置包括：双表头调压阀、单向过滤器、电磁阀、第一流量计、第二流量计、截止阀和喷氨分配装置；所述双表头调压阀与所述供氨装置连接；所述单向过滤器的一端与所述双表头调压阀连接，另一端与所述电磁阀连接；所述第一流量计、所述第二流量计和所述截止阀并联连接，并且其一端与所述电磁阀连接，另一端与所述喷氨分配装置连接；所述喷氨分配装置与烟气管道连通。
进一步，所述喷氨分配装置包括四根管路，四根所述管路连通烟气管道，且四根所述管路的喷氨方向与烟气流动方向相垂直。
进一步，所述烟气分析装置包括：取样管线、预处理单元和傅里叶变换红外分析仪；所述取样管线与烟气管道连通，且所述取样管线与所述预处理单元连接，所述预处理单元与所述傅里叶变换红外分析仪连接。
进一步，所述氨逃逸分析装置包括：发射单元、接收单元、分析单元、变送器和温度传感器；所述发射单元和所述接收单元安装于尾段烟气管道的两端，所述分析单元位于所述发射单元一端；所述变送器设置于尾段烟气管道的入口端，位于所述发射单元之前；所述温度传感器设置于所述发射单元和所述接收单元之间的烟气管道上。
进一步，所述发射单元和所述接收单元采用双绞线双屏蔽电缆与尾段烟气管道连接。
一种烟气脱硝评价装置喷氨方法，采用上述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，包括以下步骤：
S1：由供氨装置以合适压力将气态氨输送至喷氨装置，同时由控制系统对烟气分析装置和氨逃逸分析装置设置对应参数以满足测试要求；
S2：根据烟气含量计算得到理论喷氨量，控制喷氨装置选择合适流量计喷氨；
S3：烟气分析装置分析催化剂入口及各层间烟气含量，同时氨逃逸分析装置分析尾气氨气浓度；
S4：所有数据汇总至控制系统分析计算，再调节喷氨量，最终得到烟气脱硝评价过程所需脱硝效率、氨氮摩尔比和氨逃逸值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过在实验室条件下模拟脱硝系统喷氨过程，能够为工业化应用提供可靠支撑，节省成本的同时提高机组安全稳定运行能力；
2、供应氨过程安全可靠，喷氨自动化程度高，测试过程智能调节，操作方便，能够有效提高烟气脱硝评价效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明实施例烟气脱硝评价装置喷氨系统的结构示意图。
附图标记说明：
1：供氨装置；1-1：储氨装置；1-2：气动阀；1-3：调压阀；1-4：供气管路；1-5：储氮装置；1-6：伴热装置；
2：喷氨装置；2-1：双表头调压阀；2-2：单向过滤器；2-3：电磁阀；2-4：第一流量计；2-5：第二流量计；2-6：截止阀；2-7：喷氨分配装置；
3：烟气分析装置；3-1：取样管线；3-2：预处理单元；3-3：傅里叶变换红外分析仪；
4：氨逃逸分析装置；4-1：发射单元；4-2：接收单元；4-3：分析单元；4-4：变送器；4-5：温度传感器；
5：控制系统。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种烟气脱硝评价装置喷氨系统，包括：供氨装置1、喷氨装置2、烟气分析装置3、氨逃逸分析装置4以及控制系统5。供氨装置1与喷氨装置2连接，喷氨装置2与烟气管道连通，烟气分析装置3与烟气管道连通，氨逃逸分析装置4与烟气管道连通；控制系统5分别与供氨装置1、喷氨装置2、烟气分析装置3以及氨逃逸分析装置4电连接。
该供氨装置1包括：储氨装置1-1，用于储存液态氨气，提供氨气气源；气动阀1-2，用于控制气路通断；调压阀1-3，用于控制供气压力；供气管路1-4，用于输送气体；储氮装置1-5，用于储存氮气，氮气提供气动阀1-2的气源并用于管路吹扫；伴热装置1-6，用于对储氨装置加热，使液氨气化。
具体的，储氨装置1-1可以采用钢瓶等常规装置进行气体储存，出口与气动阀1-2相连。储氮装置1-5的出口也与气动阀1-2相连，提供氮气保证气动阀1-2的正常动作，气动阀1-2的控制能够有效节省气体用量，降低测试成本。调压阀1-3通过压力调节保证测试过程中气体压力的稳定，压力调节范围为0.3～0.5MPa。供气管路1-4将气体由气瓶储存间输送至实验室，全程布置包覆式伴热带，防止出现冷点对供气管路腐蚀。储氮装置1-5中氮气还用于测试结束后对管路的吹扫，保证管路的洁净，延长使用寿命。伴热装置1-6包覆于储氨装置1-1的外部，加热保证氨气供应的持续性，温度控制为40℃。
该喷氨装置2包括：双表头调压阀2-1，用于调节压力；单向过滤器2-2，用于清洁气体、防止倒流；电磁阀2-3，用于控制气路的通断；第一流量计2-4和第二流量计2-5均用于精确控制喷氨量；截止阀2-6用于气体堵塞情况下的调节和吹扫气体的流经；喷氨分配装置2-7用于喷氨。
具体的，双表头调压阀2-1既能监控输送氨气的压力，还能对氨气压力进行调节，保证后续供氨的稳定性，通常将压力调节至0.3MPa。单向过滤器2-2主要用于对气体中可能出现的液滴和杂质进行过滤，同时控制气体流向的单向，防止倒流。电磁阀2-3能够控制气路的开启和断开，节省气量的同时也能保护流量计。第一流量计2-4量程为13L/min，第二流量计2-5量程为20L/min；第一流量计2-4、第二流量计2-5和截止阀2-6并联连接，并且其一端与电磁阀2-3连接，另一端与喷氨分配装置2-7连接。控制系统5可以根据测试需求智能选择合适的流量计，同时调节0-100开度，精确控制喷氨量。截止阀2-6主要用于流量计前端出现液滴堵塞流量计时气路的控制，吹扫气体能将液滴带动至截止阀2-6流出。喷氨分配装置2-7布置于经过升温完成之后的烟气脱硝评价装置管道部位，喷氨分配装置2-7采用四根管路将氨气喷至烟气管道，喷氨方向与烟气流动方向相垂直，使得喷氨时尽可能覆盖整个烟气截面的同时混合均匀。
该烟气分析装置3包括：取样管线3-1，用于被分析烟气的输送；预处理单元3-2，用于被分析烟气的洁净及升温处理；傅里叶变换红外分析仪3-3，用于分析NOx和NH3浓度。取样管线3-1与烟气管道连通，且取样管线3-1与预处理单元3-2连接，预处理单元3-2与傅里叶变换红外分析仪3-3连接。
具体的，通过取样管线3-1的切换测试不同位置即催化剂布置不同层的烟气含量，被抽取烟气被输送至预处理单元3-2过滤粉尘等杂质，同时将烟气升温至分析仪需求温度，然后烟气通入傅里叶变换红外分析仪3-3一次性分析出NOx和NH3浓度。
该氨逃逸分析装置4包括：发射单元4-1，用于发射红外激光；接收单元4-2，用于接收经过烟道的红外激光；分析单元4-3，用于分析氨气含量；变送器4-4，用于测量管道内烟气压力；温度传感器4-5，用于测量管道内烟气温度。
具体的，氨逃逸分析装置4采用红外单线吸收光谱原理测量氨浓度，通过测量烟道气体分子对特定波长光的吸收量得到气体的浓度，同时过程中为更精确的测量，防止其他干扰对结果造成影响，该装置还采用波长调制和吸收线宽补偿的方式对测试过程进行修正。发射单元4-1和接收单元4-2安装于尾段的烟气管路两端，通过专用双绞线双屏蔽电缆连接，分析单元4-3位于发射单元4-1的一端，能够执行所有控制和完成信号转换。变送器4-4设置于尾段烟气管道的入口端，位于发射单元4-1之前；温度传感器4-5设置于发射单元4-1和接收单元4-2之间的烟气管道上。分析单元4-3在计算过程会收集变送器4-4测得的烟气压力和温度传感器4-5测得的烟气温度，同时还将波长和干扰组分补偿机制纳入计算得到标况下氨浓度。
如图1所示，本实施例的控制系统5使用PLC进行控制，通过控制电脑提供人机交互界面，并结合软件平台实现控制元件参数的设定和自动化运行，主要用于烟气脱硝评价装置喷氨系统的控制、监测与调节，包括电磁阀2-3的控制及状态显示、第一流量计2-4和第二流量计2-5的调节和流量显示、烟气分析装置3的控制与调节、傅里叶变换红外分析仪3-3的数据显示、分析单元4-3的数据显示等。供氨装置1的控制与监测实地进行，主要包括气动阀1-2的控制及状态显示、伴热装置1-6的控制及温度显示。
控制系统5能够进行理论喷氨量的计算，也能将收集的数据根据修正公式计算得到最佳喷氨量，通过控制调节流量计实现对喷氨量的控制。
实施例2
一种烟气脱硝评价装置喷氨方法，通过实施例1的烟气脱硝评价装置喷氨系统实现，烟气脱硝评价装置喷氨方法包括：
S1：烟气脱硝评价装置达到工况模拟要求的催化剂布置、烟气流量、反应装置温度等条件之后，由供氨装置1以0.3～0.5MPa压力将气态氨输送至喷氨装置2，同时由控制系统5对烟气分析装置3和氨逃逸分析装置4设置对应参数以满足测试要求；
S2：之后根据烟气含量计算得到理论喷氨量，控制喷氨装置2选择合适流量计喷氨；
S3：烟气分析装置3分析催化剂入口及各层间烟气含量，同时氨逃逸分析装置4分析尾气氨气浓度；
S4：所有数据汇总至控制系统5计算，再调节喷氨量，最终得到烟气脱硝评价过程所需脱硝效率、氨氮摩尔比、氨逃逸值。
具体的，烟气脱硝催化剂设计指标一般包含脱硝效率和氨逃逸，脱硝效率根据烟气NOx浓度和排放NOx浓度得出，氨逃逸一般控制≤2.28mg/m3(标态，干基，6％O2)，烟气脱硝评价过程既会控制脱硝效率测试氨逃逸，也会控制氨逃逸测试脱硝效率，其目的在于模拟过程既能准确评价烟气脱硝催化剂性能，也能提供最为合适的喷氨策略。本实施例的烟气脱硝评价装置喷氨方法，首先控制系统5根据入口NOx浓度和设定的氨氮摩尔比算得理论喷氨量，控制系统5会控制喷氨装置2选择合适的流量计并设置具体的开度喷氨，烟气分析装置3首先分析催化剂入口烟气含量。傅里叶变换红外法能准确测试较高浓度NOx和NH3，待数据稳定后切至催化剂出口烟气含量，根据出口NOx浓度和需要得到的脱硝效率对喷氨量进行微调，直到满足需求脱硝效率，整个测试过程氨逃逸分析装置4均对出口烟气氨气进行精确测试并在控制系统5记录，由此得到控制脱硝效率测得的氨逃逸，同时记录实际喷氨量，计算实际氨氮摩尔比。
本实施例的烟气脱硝评价装置喷氨方法，还会根据氨逃逸测试脱硝效率，具体实施方式是：控制系统5根据烟气NOx浓度和湿基实际氧状态下氨逃逸计算理论喷氨量，控制系统5会控制喷氨装置2选择合适的流量计并设置具体的开度喷氨，烟气分析装置3首先分析催化剂入口烟气含量，待数据稳定后分析催化剂出口烟气含量。控制系统5会根据氨逃逸分析装置4测得的数据进行喷氨修正，直至氨逃逸数值达到要求，同时记录出口NOx浓度得到实际脱硝效率，同时记录实际喷氨量，计算实际氨氮摩尔比。技术人员根据两种测试方法得到的数据进行评估，最终确定最为合适的喷氨方案。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，包括：供氨装置(1)、喷氨装置(2)、烟气分析装置(3)、氨逃逸分析装置(4)以及控制系统(5)；所述供氨装置(1)与所述喷氨装置(2)连接，所述喷氨装置(2)与烟气管道连通，所述烟气分析装置(3)与烟气管道连通，所述氨逃逸分析装置(4)与烟气管道连通；所述控制系统(5)分别与所述供氨装置(1)、所述喷氨装置(2)、所述烟气分析装置(3)以及所述氨逃逸分析装置(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述供氨装置(1)包括：储氨装置(1-1)、气动阀(1-2)、调压阀(1-3)、供气管路(1-4)、储氮装置(1-5)和伴热装置(1-6)；所述储氨装置(1-1)的出口与所述气动阀(1-2)相连；所述供气管路(1-4)的一端与所述气动阀(1-2)连接，另一端与所述喷氨装置(2)连接；所述调压阀(1-3)设置在所述供气管路(1-4)上；所述储氮装置(1-5)的出口与所述气动阀(1-2)连接；所述伴热装置(1-6)包覆于所述储氨装置(1-1)的外部。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述储氨装置(1-1)采用钢瓶。
4.根据权利要求2所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述调压阀(1-3)的压力调节范围为0.3-0.5MPa。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述喷氨装置(2)包括：双表头调压阀(2-1)、单向过滤器(2-2)、电磁阀(2-3)、第一流量计(2-4)、第二流量计(2-5)、截止阀(2-6)和喷氨分配装置(2-7)；所述双表头调压阀(2-1)与所述供氨装置(1)连接；所述单向过滤器(2-2)的一端与所述双表头调压阀(2-1)连接，另一端与所述电磁阀(2-3)连接；所述第一流量计(2-4)、所述第二流量计(2-5)和所述截止阀(2-6)并联连接，并且其一端与所述电磁阀(2-3)连接，另一端与所述喷氨分配装置(2-7)连接；所述喷氨分配装置(2-7)与烟气管道连通。
6.根据权利要求5所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述喷氨分配装置(2-7)包括四根管路，四根所述管路连通烟气管道，且四根所述管路的喷氨方向与烟气流动方向相垂直。
7.根据权利要求1所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述烟气分析装置(3)包括：取样管线(3-1)、预处理单元(3-2)和傅里叶变换红外分析仪(3-3)；所述取样管线(3-1)与烟气管道连通，且所述取样管线(3-1)与所述预处理单元(3-2)连接，所述预处理单元(3-2)与所述傅里叶变换红外分析仪(3-3)连接。
8.根据权利要求7所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述氨逃逸分析装置(4)包括：发射单元(4-1)、接收单元(4-2)、分析单元(4-3)、变送器(4-4)和温度传感器(4-5)；所述发射单元(4-1)和所述接收单元(4-2)安装于尾段烟气管道的两端，所述分析单元(4-3)位于所述发射单元(4-1)一端；所述变送器(4-4)设置于尾段烟气管道的入口端，位于所述发射单元(4-1)之前；所述温度传感器(4-5)设置于所述发射单元(4-1)和所述接收单元(4-2)之间的烟气管道上。
9.根据权利要求8所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，所述发射单元(4-1)和所述接收单元(4-2)采用双绞线双屏蔽电缆与尾段烟气管道连接。
10.一种烟气脱硝评价装置喷氨方法，采用权利要求1-9任一所述的烟气脱硝评价装置喷氨系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1：由供氨装置(1)以合适压力将气态氨输送至喷氨装置(2)，同时由控制系统(5)对烟气分析装置(3)和氨逃逸分析装置(4)设置对应参数以满足测试要求；
S2：根据烟气含量计算得到理论喷氨量，控制喷氨装置(2)选择合适流量计喷氨；
S3：烟气分析装置(3)分析催化剂入口及各层间烟气含量，同时氨逃逸分析装置(4)分析尾气氨气浓度；
S4：所有数据汇总至控制系统(5)分析计算，再调节喷氨量，最终得到烟气脱硝评价过程所需脱硝效率、氨氮摩尔比和氨逃逸值。
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