CN205353035U - 一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，包括多路气体引入装置、混合器、加热器、反应容器、测量系统、数据采集系统、控制系统和辅助反应装置；其中，多路气体引入装置用于向混合器中通入多种气体进行混合；加热器用于对混合器混合的气体进行加热；反应容器内设有加热装置和催化板，用于加热后的混合气体在其内进行反应；测量系统用于检测混合气体反应前后的气体浓度、温度、压力数据；数据采集系统用于接收和分析测量系统传输的数据；控制系统用于控制测量系统工作；辅助反应装置用于辅助混合气体反应的实施。本实用新型能够方便地控制混合气体的组分，并调节催化剂的各种环境参数，从而实现对脱硝催化剂全面的性能试验。

Description

一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置

技术领域

本实用新型涉及火电站的环保领域，具体涉及的是一种适用于火电厂的检测脱硝催化剂综合性能的试验装置。

背景技术

煤炭作为我国主要的一次能源，在一次能源消费中约占64%，而电厂作为燃煤大户，其消费量约占我国煤炭产量的47%。燃煤过程中会产生众多的污染物，例如氮氧化物（NO_x）。

氮氧化物是严重危害人类健康的主要污染物之一，其95%以上成分为NO。而随着经济的快速发展，以煤为主的能源结构使得我国燃煤烟气排放量大大增加，NO_x污染越来越严重，并产生了一系列的问题，如酸雨、光化学烟雾等，将会严重威胁人体健康，危害植物生长，腐蚀金属，并破坏生态环境，可以说，这些污染物严重影响了人们的生活和国民经济的发展。

我国制定了严格的NO_x排放标准，经济高效的脱硝技术将具有广阔的市场应用前景。而目前一种较为先进的气体脱硝技术为选择性催化还原（SCR）法脱硝技术，其是将含有氮氧化物的废气同氢气或者氨气按一定的比例进行混合送入SCR反应器，然后在一定的温度下并通过SCR反应器内的催化剂的作用，使氮氧化物同氢气反应生成氮气和水，或者同氨气反应生成氮气和水，从而实现气体脱硝的目的。

国内目前的催化剂技术虽然发展迅速，但是催化剂的质量却参差不齐。理想的催化剂应具备以下优点：高活性、抗中毒能力强、选择性强、有合适的工作温度区间、寿命长、成本低，只有这样的催化剂才能很好地应用于实际的工业生产过程。然而，目前对催化剂的检测手段存在短板，催化剂的开发总要经过小试、中试及工业试验等过程，耗时较长，且不能全面的反映出催化剂所存在的不足之处，因此对催化剂的改进缺乏建设性的指导作用，给社会资源带来了巨大的浪费。

为了验证低温脱硝催化剂工作时的可靠性，需要对催化剂进行不同条件下的性能试验，包括：不同还原气体（氢气或氨气）浓度下催化板的脱硝性能试验、不同温度下催化板脱硝性能试验、催化板存放寿命试验、连续运行试验、重复启动试验、高温运行稳定性试验、挥发性有机溶板毒化试验、环境挥发性气体产物毒化试验、碘毒化试验、气溶胶试验、煤炭燃烧气体产物毒化试验、一氧化碳毒化试验、不同压力下催化板脱硝性能试验、不同水蒸汽浓度下催化板脱硝性能试验等。由于上述不同试验所要求的模拟环境均有所不同，如果分别单独进行，势必消耗大量人力物力，而且费时费力，因此，需要开发一种操作简单、价格便宜、检测性能全面的脱硝催化剂检测装置。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，可用以对催化剂性能的全面、充分检测。

为实现上述目的，本实用新型解决问题的技术方案如下：

一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，包括多路气体引入装置、混合器、加热器、反应容器、测量系统、数据采集系统、控制系统和辅助反应装置；其中：

多路气体引入装置，用于向混合器中通入多种气体进行混合；

加热器，用于对混合器混合的气体进行加热；

反应容器，内设有加热装置和催化板，用于加热后的混合气体在其内进行反应；

测量系统，用于检测混合气体反应前后的气体浓度、温度、压力数据；

数据采集系统，用于接收和分析测量系统传输的数据；

控制系统，用于控制测量系统工作；

辅助反应装置，与反应容器连接，用于辅助混合气体反应的实施。

具体地说，所述多路气体引入装置包括依次连接的气瓶、减压阀、压力计、流量阀、流量计和单向阀；所述单向阀与混合器连接。

进一步地，所述气瓶由一氧化氮气体标准气瓶、二氧化氮气体标准气瓶、氮气气体标准气瓶、氧气气体标准气瓶、空气气体标准气瓶、一氧化碳气体标准气瓶、氢气气体标准气瓶、氨气气体标准气瓶中的任意几种或全部组成。

再进一步地，所述测量系统包括均与反应容器连接的气体组分分析仪、压力传感器、温度传感装置和真空规管。

更进一步地，所述气体组分分析仪包括第一氮氧化物检测仪、第二氮氧化物检测仪、测氢仪和测氨仪；所述温度传感装置包括用于检测加热器内温度的第一热电偶和用于检测反应容器内多点温度的第二热电偶。

具体地说，所述辅助反应装置包括均与反应容器连接的电缆燃烧装置、煤炭燃烧装置、水蒸汽发生器、气溶胶发生器、真空泵。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型结构合理、设计巧妙，其通过专用设备为低温脱硝催化板准确地模拟出了火电厂SCR反应下的复杂环境，并且能够随时调节催化剂的环境参数，然后由测量系统准确检测出各种所需的数据，从而实现多种催化剂性能试验。本实用新型无需再额外转移装配催化板，因而节省了大量的人力物力，并且其使用方便、安全，调试简单、快捷，检测全面、充分，因此具有很大的实用价值和推广价值。

（2）本实用新型中试验工装的结构和安置均结合催化剂催化板的设置进行匹配性设计，如此可以最大程度地还原催化板在反应容器中的设置方式与安放环境，为性能测试实验打下了良好的基础。并且本实用新型的主要部件均为不锈钢材料，抗氢脆效果较好，不易引起泄露或氢爆，安全性较高，为性能测试实验提供了有力的保障。

（3）本实用新型设置了多路气体引入装置和数据采集系统，能够通过不同的接驳方式快速改变和调节环境模拟的相应参数，使试验装置实时满足多种不同的试验需求，而且方便快速，简单实用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为多路气体引入装置的结构示意图。

其中，附图标记对应的零部件名称为：

1-多路气体引入装置；2-混合器；3-加热器；4-反应容器；5-催化板；6-测量系统；7-数据采集系统；8-控制系统；9-辅助反应装置。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1、2所示，本实用新型提供了一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，其包括多路气体引入装置1、混合器2、加热器3、反应容器4、测量系统6、数据采集系统7、控制系统8和辅助反应装置9。

所述的多路气体引入装置1用于向混合器2中通入多种气体进行混合，其包括依次连接的气瓶、减压阀、压力计、流量阀、流量计和单向阀；所述单向阀与混合器2连接，如图2所示，由左往右依次为气瓶、减压阀、压力计、流量阀、流量计和单向阀。

本实施例中的气瓶可由一氧化氮（NO）气体标准气瓶、二氧化氮（NO₂）气体标准气瓶、氮气（N₂）气体标准气瓶、氧气（O₂）气体标准气瓶、空气气体标准气瓶、一氧化碳（CO）气体标准气瓶、氢气（H₂）气体标准气瓶、氨气（NH₃）气体标准气瓶中的任意几种或全部组成。并且在这其中，NO的流量为0-100L/min；NO₂的流量为0-100L/min；N₂流量为0-1000L/min；O₂的流量为0-300L/min；空气的流量为0-1000L/min；CO的流量为0-100L/min；H₂的流量为0-200L/min；NH₃的流量为0-200L/min。

所述的混合器2采用动态混合器，其内混合气体中NO_x的含量为0-500ppm。

所述加热器3用于对混合器混合的气体进行加热，本实施例中，该加热器3采用电加热管加热气体，加热器的功率可调，加热温度范围为50-500℃。

所述反应容器4用于加热后的混合气体在其内进行反应，该反应容器4由不锈钢材料制成，形状为圆柱体，其内设有加热装置和催化板5。圆柱体的底面直径为50-1000mm，圆柱体的高为200-2000mm，在具体设计中反应容器采用全不锈钢结构，能够耐受500℃高温，设计压力为10MPa，漏率<1×10^-8Pa·m³/s。反应容器内有加热器，加热温度范围为50-500℃，氢氮摩尔比（H₂/NO_x）或者氨氮摩尔比（NH₃/NO_x）为0.5-1.5。

所述的测量系统6用于检测混合气体反应前后的气体浓度、温度、压力数据，其包括均与反应容器4连接的气体组分分析仪、压力传感器、温度传感装置和真空规管。

所述气体组分分析仪包括用于检测反应前氮氧化物含量的第一氮氧化物检测仪、检测反应后氮氧化物含量的第二氮氧化物检测仪、检测混合气体中氢气含量的测氢仪、检测混合气体中氨气含量的测氨仪；所述压力传感器用于检测反应容器内部气压；所述温度传感器包括用于检测加热器内温度的热电偶和用于检测反应容器内多点温度的热电偶；所述真空管规用于测量反应容器内的真空度。

所述的热电偶能够测量包括催化板表面温度等反应容器内多处位置，通常热电偶的安装方式是从反应容器内穿过容器壁伸入容器内测量，为解决其安装密封问题，本申请实用新型人还提供一种此类密封组件的设置构造，该密封组件包括由水硬性胶凝材料制成的内层，以及包覆在该内层外部的法兰，热电偶贯穿该密封组件伸入反应容器内，其中水硬性胶凝材料为现有材料，由CaO粉末与SiO₂粉末按物质的量2:1-3:1的比例混合均匀后，加入适量水搅匀，并在一段时间后硬化得到，该水硬性胶凝材料具有强度高、粘附性好的特性，可以紧密填充在热电偶与法兰之间的空隙处，确保密封效果，进而在能够有效测量的基础上提升整体的抗压和抗高温性能。本实用新型中的测量系统6主要对催化剂测试装置的有用参数进行数据采集和输出，以便于工作人员分析结果，而所述的控制系统8则用于控制测量系统6工作。

所述数据采集系统7用于接收和分析测量系统传输的数据，其为现有技术，主要由数据采集卡和PC机组成。

所述的辅助反应装置9用于辅助混合气体反应的实施，本实施例中，该辅助反应装置9包括均与反应容器4连接的电缆燃烧装置、煤炭燃烧装置、水蒸汽发生器、气溶胶发生器、真空泵。辅助反应装置9在每一个具体的试验时可以进行相应的配置，其中，煤炭燃烧装置安置在燃烧室中，燃烧室可以直接采用混合容器，也可以采用另一独立的容器，如选用后者方案，则燃烧室和混合容器依次串联在多路气体引入控制系统和反应容器之间，并设置与该两个设备分别并联并均带有阀门的直通管路，在该两个设备的进出口处也分别设置用于开闭的阀门。水蒸汽发生器、气溶胶发生器、真空泵则是分别与多路气体引入控制系统的其余任一外接支路连接。

下面介绍本实用新型在几种低温脱硝催化剂综合性能检测方面的应用过程。

第一种，应用于不同氢气浓度和不同温度下催化板的脱硝性能试验，具体为：

（S100）配置用于试验不同氢气浓度下催化板脱硝性能的结构：

（S101）数据采集系统分别采集反应容器出入口处的测氢仪、第一氮氧化物检测仪、第二氮氧化物检测仪、流量控制器、温度传感装置、压力传感器、真空规的数据；

（S110）将多路气体引入装置中的气体源选择为氢气、一氧化氮、空气，将这三路的支路阀门、反应容器出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1Pa时停止，并关闭真空泵的支路阀门，随后依次打开氢气、一氧化氮、空气三路支路的阀门为装置内供气；

（S120）调节流量控制器使氢气、一氧化氮、空气的引入比例满足试验选定的一氧化氮、氢气浓度（如4%，由反应容器进气处的测氢仪测量）要求，当装置内的压力值恢复常压时打开反应容器出口，持续供气并保持装置的稳定压力值（如0.1MPa，由压力传感器测量）：

（S121）运行加热装置并通过热电偶检测，使反应容器内温度保持在指定的温度值（如100℃）；

（S122）当检测到反应容器出口处的一氧化氮浓度保持在一个稳定的值后，通过数据采集系统获取并保存所有数据，以用于分析；

（S130）重复步骤（S120）~（S122）至少3次，且每次引入的混合气体中氢气浓度均不同；

（S140）另重复步骤（S120）~（S122）至少3次，其中每次引入的混合气体中氢气浓度保持一致（如4%），且每次通过调节加热装置改变反应容器内温度至另一试验指定温度值（如50℃、80℃、100℃、……），用以试验不同温度下的催化板脱硝性能。

除上述试验应用外，该试验配置的结构还能够应用于催化板的存放寿命试验、连续运行试验、重复启动试验、高温运行稳定性试验、挥发性有机溶板毒化试验、环境挥发性气体产物毒化试验、碘毒化试验、气溶胶试验等。

通过改变多路气体引入装置中的气体源以及相应的气体组分分析仪，可以进行其他不同条件下催化板脱硝性能的试验。如将多路气体引入装置中的气体源选择为氨气、一氧化氮、空气，改配置的结构能够应用于不同氨气浓度下催化板脱硝性能试验；多路气体引入装置中的气体源选择为氢气、一氧化氮、空气、一氧化碳，改配置的结构能够应用于催化板的一氧化碳毒化试验。

第二种，应用于煤炭燃烧产物毒化试验，具体为：

（S200）配置用于煤炭燃烧产物毒化试验的装置结构：

（S201）选择煤炭燃烧装置作为辅助反应装置；数据采集系统分别采集反应容器出入口处的测氢仪、第一氮氧化物检测仪、第二氮氧化物检测仪流量控制器、流量控制器、温度传感装置、压力传感器、真空规的数据；

（S210）将多路气体引入装置中的气体源选择为氢气、一氧化氮、空气，将这三路的支路阀门、反应容器出口关闭，运行真空泵对装置管路内抽空，当装置内真空度达到1Pa时停止，并关闭燃烧室和真空泵的支路阀门；

（S211）运行煤炭燃烧装置燃烧煤炭，空气源为燃烧室供气；

（S212）待煤炭燃烧完毕，打开氢气、一氧化氮、空气三路支路的阀门和燃烧室出口，使氢气、一氧化氮、空气和煤炭燃烧气在燃烧室混合；

（S220）调节流量控制器使氢气、一氧化氮、空气和煤炭燃烧气的引入比例满足试验指定的一氧化氮浓度要求（如4%，由反应容器进气处的氮氧化物检测仪测量），混合气体进入反应容器反应，持续供气并保持装置内压稳定（如0.1MPa，有压电传感器测量），同时通过电热偶的检测使反应容器内温度保持稳定（如100℃）；

（S221）当检测到反应容器出口处的一氧化氮浓度保持在一个稳定的值（由反应容器出气处的氮氧化物检测仪测量）后，通过数据采集系统获取并保存所有数据，以用于分析。

本实用新型通过合理的结构设计，可以很好地对脱硝催化剂、特别是低温脱硝催化剂的综合性能进行全面的试验，从而根据试验结果最大程度上确定脱硝催化剂工作时的可靠性，为催化剂的改进提供具有建设性的指导和参考。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，其特征在于，包括多路气体引入装置(1)、混合器(2)、加热器(3)、反应容器(4)、测量系统(6)、数据采集系统(7)、控制系统(8)和辅助反应装置(9)；其中：

多路气体引入装置，用于向混合器中通入多种气体进行混合；

加热器，用于对混合器混合的气体进行加热；

反应容器，内设有加热装置和催化板，用于加热后的混合气体在其内进行反应；

测量系统，用于检测混合气体反应前后的气体浓度、温度、压力数据；

数据采集系统，用于接收和分析测量系统传输的数据；

控制系统，用于控制测量系统工作；

辅助反应装置，与反应容器连接，用于辅助混合气体反应的实施。

2.根据权利要求1所述的一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，其特征在于，所述多路气体引入装置(1)包括依次连接的气瓶、减压阀、压力计、流量阀、流量计和单向阀；所述单向阀与混合器(2)连接。

3.根据权利要求2所述的一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，其特征在于，所述气瓶由一氧化氮气体标准气瓶、二氧化氮气体标准气瓶、氮气气体标准气瓶、氧气气体标准气瓶、空气气体标准气瓶、一氧化碳气体标准气瓶、氢气气体标准气瓶、氨气气体标准气瓶中的任意几种或全部组成。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，其特征在于，所述测量系统(6)包括均与反应容器(4)连接的气体组分分析仪、压力传感器、温度传感装置和真空规管。

5.根据权利要求4所述的一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，其特征在于，所述气体组分分析仪包括第一氮氧化物检测仪、第二氮氧化物检测仪、测氢仪和测氨仪；所述温度传感装置包括用于检测加热器内温度的第一热电偶和用于检测反应容器内多点温度的第二热电偶。

6.根据权利要求1所述的一种检测脱硝催化剂综合性能的试验装置，其特征在于，所述辅助反应装置包括均与反应容器(4)连接的电缆燃烧装置、煤炭燃烧装置、水蒸汽发生器、气溶胶发生器、真空泵。