CN208878242U - 碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置 - Google Patents

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宋玉宝
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卢承政
孔凡海
方朝君
梁俊杰
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赵翰辰
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Abstract

本实用新型涉及一种碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，包括配气系统、SO3发生器系统、给料系统、反应器系统、烟气采样检测系统，各个系统之间通过管路相连通。本实用新型可以在实验室条件下，产生连续稳定的SO3气体，通过喷入各种碱基吸收剂，比较不同种类与不同形式吸收剂的SO3脱除能力、不同烟气温度与停留时间等不同工况条件下对SO3脱除反应的影响、评估吸收剂对后续脱硝催化剂性能的影响，从而为火力发电厂燃煤机组选择合适的吸收剂，有效降低烟气中SO3的含量，减少SO3对脱硝装置、空预器的影响，同时降低污染物实现烟气的清洁排放，其结构简单，可满足多种实验工况，实验成本低，使用维护方便，具有广泛的实用性。

Description

碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置
技术领域
本实用新型涉及大气污染物治理领域，特别是涉及一种碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置。
背景技术
燃煤过程中产生大量的污染物，其中由于煤炭中含有一定浓度的硫元素，因此最终排放的烟气中会生成一定浓度的SO2和SO3。不同的煤种硫含量不同，部分高硫煤中硫含量可达到3%-4%，其对应炉膛出口烟气中的SO3浓度也越高；另外，燃煤电厂普遍实施超低排放后，由于脱硝催化剂的SO2/SO3转化率增大，脱硝出口SO3浓度进一步升高，烟气中的SO3不仅是限制脱硝系统低负荷投运的瓶颈，同时易造成脱硝下游空预器、低低温省煤器、除尘器、风机、烟道等低温设备的腐蚀和污堵，严重影响系统的安全运行与设备的使用寿命，SO3排放过高时，亦会增加烟囱排烟中SO3和硫酸氢铵气溶胶含量，容易造成“蓝烟”视觉污染。
目前，燃煤电厂的SO3脱除主要通过现有环保设施的协同脱除，如通过低低温协同除尘、FGD脱硫及湿式电除尘等控制，此法虽可降低最终的SO3排放浓度，但是无法消除SO3对前端脱硝装置、空预器等设备的影响，同时对于未安装低低温省煤器、湿式电除尘器的机组，SO3排放浓度依然偏高。为了降低SO3对脱硝装置、空预器等设备的影响及日趋严格的SO3排放标准，部分燃煤机组需考虑增加SO3脱除系统，通过向烟气中喷入一定量的碱性吸收剂脱除SO3，而不同的吸收剂会有不同的脱除效果，以及对脱硝反应产生不同的影响，因此选择合适的吸收剂，实现前端SO3的有效控制，以及最大程度降低对后面脱硝反应的影响非常重要。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，包括：
配气系统：用于提供模拟烟气的成分；
SO3发生器系统：用于产生SO3气体；
给料系统：用于提供碱基吸收剂；
反应器系统：用于供脱硝催化剂进行反应；
烟气采样检测系统：用于对烟气成分进行检测，
所述的配气系统与所述的SO3发生器系统相连通，所述的SO3发生器系统与所述的给料系统相连通，所述的给料系统与所述的反应器系统相连通，各个系统之间通过管路相连通，所述的烟气采样检测系统对所述的给料系统前、反应器系统前的SO3浓度进行测量。
优选地，所述的装置还包括用于对所述的SO3发生器系统、反应器系统温度进行控制的温控系统，所述的温控系统包括设置在所述的配气系统与所述的SO3发生器系统之间的第一加热部件、设置在所述的给料系统与所述的反应器系统之间的第二加热部件。
进一步优选地，所述的第一加热部件、第二加热部件为电加热器。
进一步优选地，所述的第一加热部件控制所述的SO3发生器系统的温度可调范围为200-400℃；所述的第二加热部件控制所述的反应器系统的温度可调范围为150-400℃。
优选地，所述的装置还包括尾气处理系统，所述的尾气处理系统包括用于对尾气中颗粒粉末进行分离和收集的分离器、与所述的分离器相连通的尾气脱除池，所述的分离器与所述的反应器系统相连通。
进一步优选地，所述的分离器为旋风分离器。
进一步优选地，所述的旋风分离器材质耐高温、耐腐蚀材质。
优选地，所述的配气系统包括NO供送部件、SO2供送部件、NH3供送部件、O2供送部件、N2供送部件以及水蒸汽供送部件。
进一步优选地，所述的配气系统还包括用于对供送部件流量进行控制的质量流量控制柜。
进一步优选地，所述的质量流量控制柜包括第一质量流量控制柜、第二质量流量控制柜，所述的NO供送部件、SO2供送部件、NH3供送部件与所述的第一质量流量控制柜相连通，所述的O2供送部件、N2供送部件与所述的第二质量流量控制柜相连通。
进一步优选地，所述的O2供送部件为空气压缩机，所述的N2供送部件为制氮机，所述的水蒸气供送部件为蒸汽发生器，
进一步优选地，所述的配气系统产生的烟气流量为0-25m3/h。
优选地，所述的SO3发生器系统内设置有催化剂。
进一步优选地，所述的催化剂为高钒催化剂。
进一步优选地，所述的SO3发生器系统产生的SO3浓度范围为10-60ppm。
优选地，所述的给料系统包括固体给料罐、液体给料罐中的至少一种、给料控制部件。
进一步优选地，所述的给料控制部件包括用于控制固体给料罐给料速度的粉末给料控制器，所述的粉末给料控制器的给料速度为0-50g/min。
进一步优选地，所述的给料控制部件包括用于控制液体给料罐给料速度的蠕动泵，所述的蠕动泵的给料速度为0-30L/min。
优选地，所述的碱基吸收剂包括Ca(OH)2、CaO、MgO、Mg(OH)2、NaHCO3或Na2CO3。
优选地，所述的反应器系统包括与所述的给料系统相连通的一级反应器、与所述的一级反应器相连通的二级反应器，所述的烟气采样检测系统对所述的一级反应器前、二级反应器后的NOx浓度进行测量。
优选地，所述的装置还包括设置在最尾端的风机。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：
本实用新型可以在实验室条件下，可以产生连续稳定的SO3气体，通过喷入各种碱基吸收剂，比较不同种类与不同形式吸收剂的SO3脱除能力，同时可以比较不同烟气温度与停留时间等不同工况条件下对SO3脱除反应的影响，同时也可以评估吸收剂对后续脱硝催化剂性能的影响，从而为火力发电厂燃煤机组选择合适的吸收剂，有效降低烟气中SO3的含量，减少SO3对脱硝装置、空预器的影响，同时降低污染物实现烟气的清洁排放，其结构简单，可满足多种实验工况，实验成本低，使用维护方便，具有广泛的实用性。
附图说明
附图1为本实施例的结构示意图。
其中：1、NO储罐；2、SO2储罐；3、NH3储罐；4、空气压缩机；5、制氮机；6、第一质量流量控制柜；7、第二质量流量控制柜；8、蒸汽发生器；9、第一电加热器；10、SO3发生器系统；11、固体给料罐；12、粉末给料控制器；13、液体给料罐；14、蠕动泵；15、第二电加热器；16、一级反应器；17、二级反应器；18、旋风分离器；19、尾气脱除池；20、风机。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
如图所示的一种碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，包括用于提供模拟烟气的成分的配气系统、用于产生SO3气体的SO3发生器系统、用于提供碱基吸收剂的给料系统、用于供脱硝催化剂进行反应的反应器系统、用于对烟气成分进行检测的烟气采样检测系统、用于对SO3发生器系统、反应器系统温度进行控制的温控系统、尾气处理系统。其中：
配气系统包括NO供送部件、SO2供送部件、NH3供送部件、O2供送部件、N2供送部件以及水蒸气供送部件，具体为NO储罐1、SO2储罐2、NH3储罐3、空气压缩机4、制氮机5、蒸汽发生器8，配气系统还包括用于对供送部件流量进行控制的质量流量控制柜，质量流量控制柜包括用于计量计量O2、N2流量的第一质量流量控制柜6、用于计量NO、SO2、NH3流量的第二质量流量控制柜7。进一步优选地，NO储罐1、SO2储罐2、NH3储罐3与第二质量流量控制柜7相连通，空气压缩机4、制氮机5与第一质量流量控制柜6相连通，蒸汽发生器8与第一质量流量控制柜6、第二质量流量控制柜7的出口相连通。配气系统产生的烟气流量为0-25m3/h。
3发生器系统10内设置高钒催化剂，可产生连续稳定的SO3浓度范围在10-60ppm。SO3发生器系统10与配气系统相连通。
给料系统包括固体给料罐11、液体给料罐13中的至少一种、给料控制部件，可以分别进行固体吸收剂给料与液体吸收剂给料的性能测试。其中：给料控制部件包括用于控制固体给料罐11给料速度的粉末给料控制器12、用于控制液体给料罐13给料速度的蠕动泵14，粉末给料控制器12的给料速度为0-50g/min；蠕动泵14的给料速度为0-30L/min。碱基吸收剂与SO3的当量比为1.0-5.0：1。
碱基吸收剂包括氢氧化钙Ca(OH)2、氧化钙CaO、氧化镁MgO、氢氧化镁Mg(OH)2、碳酸氢钠NaHCO3或碳酸钠Na2CO3，可比较不同种类吸收剂的脱除性能，以及对后续脱硝催化剂的性能影响。给料系统分别与SO3发生器系统10、反应器系统相连通，吸收剂在管道内流速为6-8m/s,停留时间为1.5-2.0s。
反应器系统包括与给料系统相连通的一级反应器16、与一级反应器16相连通的二级反应器17，一级反应器16、二级反应器17可盛装截面不大于50*50mm,长度为0-1200mm的脱硝催化剂样品，一级反应器16内脱硝催化剂前管道内气体流速为0-2.0Nm/s。
温控系统包括设置在配气系统与SO3发生器系统之间的第一电加热器9、设置在给料系统与反应器系统之间的第二电加热器15，第一电加热器9控制SO3发生器系统的温度可调范围为200-400℃；第二电加热器15控制反应器系统的温度可调范围为150-400℃。
尾气处理系统包括用于对尾气中颗粒粉末进行分离和收集的旋风分离器18、与旋风分离器18相连通的尾气脱除池19，旋风分离器18连接二级反应器17相连通，旋风分离器18采用耐高温、耐腐蚀材质。此外，旋风分离器18的出口连接有风机19，用于调节系统的压力，保证系统压力稳定在一定范围。
由NO储罐1、SO2储罐2、NH3储罐3、空气压缩机4、制氮机5、蒸汽发生器8、生成包含SO2、NO的模拟烟气，将模拟烟气通入SO3发生器系统10后，对模拟烟气进行催化氧化生成包含SO3的模拟烟气，通过粉末给料控制器12给出不同种类及不同粒径的固体吸收剂，或通过蠕动泵14给出不同种类和浓度的液体吸收剂，生成包含吸收剂及SO3的模拟烟气，经过一段长管路，充分反应后，继续通过一级反应器16和二级反应器17进行脱硝反应，最后经过旋风分离器18进行气固分离，再经过尾气脱除池19处理后，最后经过风机20排入大气。
通过烟气采样检测系统进行给料系统前烟气中SO3浓度测量S1（ul/l）、一级反应器16前烟气中SO3浓度测量S2（ul/l），计算出SO3的脱除效率：η=（S1-S2）/S1×100，通过给入不同的吸收剂，可以获得不同的脱除效率。
通过烟气采样检测系统进行一级反应器16前烟气的NOx浓度测量Ｂ1（mg/m3）、流出二级反应器17后烟气的NOx浓度测量Ｂ2（mg/m3），计算出两级催化剂试样的脱硝效率：η=（Ｂ1-Ｂ2）/Ｂ1×100。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：包括：
配气系统：用于提供模拟烟气的成分；
SO3发生器系统：用于产生SO3气体；
给料系统：用于提供碱基吸收剂；
反应器系统：用于供脱硝催化剂进行反应；
烟气采样检测系统：用于对烟气成分进行检测，
所述的配气系统与所述的SO3发生器系统相连通，所述的SO3发生器系统与所述的给料系统相连通，所述的给料系统与所述的反应器系统相连通，各个系统之间通过管路相连通，所述的烟气采样检测系统对所述的给料系统前、反应器系统前的SO3浓度进行测量。
2.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的装置还包括用于对所述的SO3发生器系统、反应器系统温度进行控制的温控系统，所述的温控系统包括设置在所述的配气系统与所述的SO3发生器系统之间的第一加热部件、设置在所述的给料系统与所述的反应器系统之间的第二加热部件。
3.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的装置还包括尾气处理系统，所述的尾气处理系统包括用于对尾气中颗粒粉末进行分离和收集的分离器、与所述的分离器相连通的尾气脱除池，所述的分离器与所述的反应器系统相连通。
4.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的配气系统包括NO供送部件、SO2供送部件、NH3供送部件、O2供送部件、N2供送部件以及水蒸气供送部件。
5.根据权利要求4所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的配气系统还包括用于对供送部件流量进行控制的质量流量控制柜。
6.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的SO3发生器系统内设置有催化剂。
7.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的给料系统包括固体给料罐、液体给料罐中的至少一种、给料控制部件。
8.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的碱基吸收剂包括Ca(OH)2、CaO、MgO、Mg(OH)2、NaHCO3或Na2CO3。
9.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的反应器系统包括与所述的给料系统相连通的一级反应器、与所述的一级反应器相连通的二级反应器，所述的烟气采样检测系统对所述的一级反应器前、二级反应器后的NOx浓度进行测量。
10.根据权利要求1所述的碱基脱除三氧化硫性能评估实验装置，其特征在于：所述的装置还包括设置在最尾端的风机。
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