CN102072947B - 一种scr烟气脱硝催化剂性能测试方法及测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法及测试装置，包括模拟烟气混合、加热，在烟气流量1-2Nm3/h通过催化剂的线速度LV大于0.85m/s通过催化剂的面速度AV与实际运行工况下面速度AV相同的条件下获取温度、压力和NO、SO2、SO3、NH3相关数据。本发明还提供了实现上述测试方法的装置。本发明提供了一种测试工序简单、成本低，且样品量少的性能测试装置及方法。采用本发明微型测试装置替代现有中型测试装置测试催化剂性能，测试方法需要的烟气量小、测试时间短、测试成本低，且一次可以同时测试2个催化剂样品，具有显著的技术经济效益。
Description
技术领域
本发明属于一种催化剂性能测试方法及测试装置技术领域，尤其涉及一种烟气脱硝催化剂性能测试方法及测试装置。
背景技术
选择性催化还原(SCR)烟气脱硝催化剂广泛用于发电厂燃煤锅炉、水泥厂炉窑、垃圾焚烧炉等废气(即烟气)中氮氧化物(NOx)的脱除，脱硝催化剂包括蜂窝式、平板式及波纹式三种形式。而催化剂性能测试装置及测试方法，是关于选择性催化还原烟气脱硝催化剂的性能进行测试和评价的关键技术。
SCR脱硝技术及SCR脱硝催化剂在20世纪七十年代发源于日本并开始投入商业运用，20世纪八十年代以后先后转让到欧洲、美国等，并得到进一步发展和应用，现已成为一种成熟、可靠、解决NOx排放最佳技术。我国在SCR脱硝技术研究方面起步较晚，2006年才在消化吸收引进技术的基础上实现SCR脱硝催化剂的国产化。其中，对脱硝催化剂产品的性能评价技术也采用国外的成熟技术，即中型(bench)反应器性能测试装置及方法。
中型(bench)性能测试装置是通过模拟电厂等催化剂实际运行烟气条件，无损伤测试整个脱硝催化剂单体的性能，反应器是截面为155×155mm，长度为1300mm的管状，测试的烟气流量150～300Nm3/h，最大可实现长度为1200mm，截面为150×150mm的单体性能测试，测试温度最高达450℃，测试结果能较好的反映脱硝催化剂的性能，一直作为评价SCR脱硝***实际运行工况下催化剂综合性能的依据。但该性能测试装置存在用气量大(150～300Nm3/h)、测量时间长(72小时以上)、试验成本高(3-5万元/次)等缺点。
发明内容
本发明公开了一种SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法及测试装置，本发明要解决的一个问题是提供一种SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法，本发明要解决的另一个问题是提供一种实现上述测试方法的测试装置。
本发明提供以下就是方案实现：
一种经济高效的烟气脱硝催化剂性能测试方法，包括以下步骤：
(1)将高纯氮气、压缩空气、NO、SO2、NH3和H2O蒸汽混合，各成分含量与催化剂实际运行工况烟气成分含量一致；
(2)将(1)步骤混合烟气加热至催化剂实际运行工况下的烟气温度；
(3)将截面10×10mm～30×30mm，长度100～400mm的催化剂样品装入微型反应器；
(4)在下列条件下将步骤(2)加热后的模拟烟气通过步骤(3)反应器，A、烟气流量1～2Nm3/h(S.T.P.，wet)，B、通过催化剂的线速度LV大于0.85m/s(S.T.P.，wet)，C、通过催化剂的面速度AV与实际运行工况下面速度AV相同；
(5)通过微型反应器的入口和出口端分别安装的温度、压力检测装置和NO、SO2、SO3、NH3取样装置分别获取数据并进行处理。
进一步所述微型反应器入口和出口端NO浓度测试数据用化学发光法测定并确定脱硝催化剂的脱硝效率。
进一步所述微型反应器入口和出口端SO2和/或SO3浓度测试数据用氧化还原滴定法测定并确定SO2/SO3转化率。
进一步所述微型反应器入口和出口端NH3浓度测试数据用用中和滴定法测定并确定NH3脱除率。
本发明实现上述测试方法的测试装置，包括以下几个部分：
(1)烟气混合装置，将高纯氮气、压缩空气、NO、SO2、NH3和H2O蒸汽混合合成与催化剂实际运行工况烟气成分一致的模拟烟气；
(2)电热交换器，将模拟混合烟气加热至催化剂实际运行工况下的烟气温度；
(3)微型反应器，反应器为管状，直径≤Φ50mm，长度300～500mm，反应器内装截面10×10mm～30×30mm，长度100～400mm的催化剂样品，加热后的模拟烟气通过该反应器；
(4)测试装置，在微型反应器的入口和出口端分别装有温度、压力检测装置和NO、SO2、SO3、NH3取样装置；
上述烟气混合装置、电热交换器、微型反应器安装在恒温加热炉内。
本发明所述测试装置是在配套了烟气配制***的恒温加热炉内平行安装2个烟气混合器、2个电热交换器和2个微型反应器，一次可以同时进行测试条件相同的2个催化剂性能测试。
上述温度、压力检测装置和NO、SO2、SO3、NH3取样装置是市售装置，所述NO、SO2、SO3、NH3测试数据的检测取得方法是现有技术。
采用微型性能测试装置替代中型(bench)性能测试装置模拟催化剂实际运行条件进行催化剂性能评价，所述的微型性能测试装置是配套了烟气配制***的恒温加热炉，炉中平行布置2个长度300-500mm，直径≤Φ50mm的管状微型反应器，单个微型反应器的烟气流量为1-2Nm3/h(S.T.P.，wet)。由于微型性能测试装置反应器的尺寸小，样品尺寸大小受到限制。因此，根据样品尺寸及实验烟气计算方法计算得到的烟气量，在该烟气量下对应通过催化剂的线速度LV和面速度AV只能保证一个参数与中型测试条件下的参数相同，如果只是简单的比例缩减，就存在两者的参数和实验条件的不同，不能实现模拟催化剂实际运行条件下的性能评价，也无法实现装置及方法的替代。
在测试温度、氧含量、水含量、NO浓度、SO2浓度相同的条件下，微型性能测试由于样品尺寸的改变，因而使测试烟气量下通过催化剂的线速度LV和面速度AV于中型测试的不一致，测试的样品尺寸无法保证2m/s(S.T.P.，wet)以上的烟气线速度，只能实现1m/s左右的线速度，引起测试结果的差异很大。由于在SCR***实际运行中，烟气通过催化剂的线速度LV一般在2～3m/s(S.T.P.，wet)之间，为了保证微型性能测试结果和中型(bench)性能测试结果的一致性，微型性能测试条件必须保证烟气通过催化剂的面速度AV与中型测试条件相同。
经过进一步研究得到，在保证烟气通过催化剂的面速度AV与中型测试条件相同的前提下，改变线速度LV进行微型性能测试，当线速度LV大于0.85m/s(S.T.P.，wet)时，微型测试结果与中型测试结果基本一致，能实现方法替代；当线速度LV小于0.85m/s(S.T.P.，wet)时，性能测试结果随线速度LV的增大而增大，测试结果与中型测试结果偏差较大。如果保证烟气通过催化剂的线速度LV不变，改变面速度AV，微型测试结果随面速度AV增大而减少，与中型测试结果偏差较大，不能替代。
所以，在保证烟气通过催化剂的线速度LV大于0.85m/s(S.T.P.，wet)，面速度AV与中型测试条件相同的前提下，微型性能测试方法能替代中型性能测试。而且，微型测试装置结构简单，测试方法需要的烟气量小(1-2Nm3/h)、测试时间短(36-48h)、测试成本低(约3000元/次)，且一次可以同时测试2个催化剂样品，具有显著的技术经济效益。
本发明的有益性：本发明提供了一种测试工序简单、成本低，且样品量少的性能测试装置及方法。采用本发明微型测试装置替代现有中型测试装置测试催化剂性能，测试方法需要的烟气量小、测试时间短、测试成本低，且一次可以同时测试2个催化剂样品，具有显著的技术经济效益。
附图说明
图1是本发明测试装置流程示意框图。
具体实施方式
下面，依据实施例对本发明作具体说明，但本发明的范围不限于下述实施例，本发明所表示各单位说明如下：
m3/h表示：立方米/每小时，
S.T.P.，wet表示：标准湿态，
vpm表示：体积含量的百万分比浓度，
S.T.P.，dry表示：标准干态，
m/s表示：米/秒，
m/h表示：米/小时，
l/h表示：升/小时
实施例1
选择节距为10.0mm的催化剂单体，在中型(bench)性能测试装置上进行性能测试，测试条件如下：
烟气量： 157.41 m3/h(S.T.P.，wet)
温度： 372 ℃
氧含量： 3.28 ％
水含量： 8.50 ％
NO浓度： 319.3 vpm(S.T.P.，dry)
SO2浓度： 403.1 vpm(S.T.P.，dry)
线速度(LV)：：2.56 m/s(S.T.P.，wet)
面速度(AV)： 20.6 m/h(S.T.P.，wet)
中型测试结束后，在该催化剂单体上制取孔数为2×2，长度为320.7mm的样品，在本发明微型性能测试装置上进行测试。测试条件如下：
烟气量： 903.58 l/h(S.T.P.，wet)
温度： 372 ℃
氧含量： 3.28 ％
水含量： 8.50 ％
NO浓度： 319.3 vpm(S.T.P.，dry)
SO2浓度： 403.1 vpm(S.T.P.，dry)
线速度(LV)：0.85 m/s(S.T.P.，wet)
面速度(AV)：20.6 m/h(S.T.P.，wet)
实施例2
与实施例1微型性能测试同一催化剂单体上制取孔数为3×3，长度为360mm，烟气量为2273.7l/h(S.T.P.，wet)，面速度(AV)为20.6m/h(S.T.P.，wet)，线速度(LV)为1.2m/s(S.T.P.，wet)，其他条件与实施例1一样，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
实施例3
与实施例1微型性能测试同一催化剂单体上制取孔数为2×2长度为400mm，烟气量为1127.01l/h(S.T.P.，wet)、面速度(AV)为20.6m/h(S.T.P.，wet)，线速度(LV)为1.6m/s(S.T.P.，wet)，
其他条件与实施例1一样，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
实施例4
选择节距为7.6mm的催化剂单体，在中型(bench)性能测试装置上进行性能测试，测试条件如下：
烟气量：154.97 m3/h(S.T.P.，wet)
温度： 377 ℃
氧含量： 3.03 ％
水含量： 9.60 ％
NO浓度： 175.0 vpm(S.T.P.，dry)
SO2浓度： 414.6 vpm(S.T.P.，dry)
线速度(LV)：2.56 m/s(S.T.P.，wet)
面速度(AV)：24.76 m/h(S.T.P.，wet)
测试结束后，在该催化剂测试单体上制取孔数为3×3，长度为210mm的测试单体样，在本发明微型性能测试装置上进行测试。测试条件如下：
烟气量： 1234.13 l/h (S.T.P.，wet)
温度： 377 ℃
氧含量： 3.03 ％
水含量： 9.60 ％
NO浓度： 175.0 vpm(S.T.P.，dry)
SO2浓度： 414.6 vpm(S.T.P.，dry)
线速度(LV)：0.88 m/s(S.T.P.，wet)
面速度(AV)：24.76 m/h(S.T.P.，wet)
实施例5
与实施例4微型性能测试同一催化剂单体上制取孔数为3×3，长度为280mm，烟气量为1645.5l/h S.T.P.，wet，面速度(AV)为24.76m/hS.T.P.，wet，线速度(LV)为1.17m/s(S.T.P.，wet)，其他条件与实施例4一样，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
实施例6
与实施例4微型性能测试同一催化剂单体上制取孔数为3×3，长度为400mm，烟气量为2350.71(l/h S.T.P.，wet)，面速度(AV)为24.76m/h(S.T.P.，wet)，线速度(LV)为1.67m/s(S.T.P.，wet)，其他条件与实施例4一样，进行微型测试。
实施例7
选择节距为10.0mm的催化剂单体，以温度为385℃，线速度(LV)为2.45m/s，面速度(AV)为19.24m/h的烟气条件，在中型(bench)性能测试装置上进行性能测试。
测试结束后，在该催化剂测试单体上制取孔数为2×2，长度为360mm的测试单体样，保持与中型(bench)测试相同的温度及面速度(AV)，线速度(LV)为0.89m/s的条件下，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
实施例8
选择节距为8.2mm的催化剂单体，以温度为382℃，线速度(LV)为2.82m/s，面速度(AV)为18.28m/h的烟气条件下，在中型(bench)性能测试装置上进行性能测试。
测试结束后，在该催化剂测试单体上制取孔数为3×3，长度为341.1mm的测试单体样，保持与中型(bench)测试相同的温度及面速度(AV)，线速度(LV)为0.97m/s的条件下，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
实施例9
选择节距为7.6mm的催化剂单体，以温度为394℃，线速度(LV)为2.79m/s，面速度(AV)为20.72m/h的烟气条件下，在中型(bench)性能测试装置上进行性能测试。
测试结束后，在该催化剂测试单体上制取孔数为3×3，长度为300mm的测试单体样，保持与中型(bench)测试相同的温度及面速度(AV)，线速度(LV)为1.02m/s的条件下，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
实施例10
选择节距为4.3mm的催化剂单体，以温度为310℃，线速度(LV)为2.47m/s，面速度(AV)为17.25m/h的烟气条件下，在中型(bench)性能测试装置上进行性能测试。
测试结束后，在该催化剂测试单体上制取孔数为5×5，长度为200.8mm的测试单体样，保持与中型(bench)测试相同的温度及面速度(AV)，线速度(LV)为1.08m/s的条件下，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
比较例1选择节距为10.0mm的催化剂单体，按实施例1在中型(bench)性能测试装置上进行性能测试后，保持烟气面速度(AV)不变，改变线速度(LV)为0.45m/s，在本发明微型性能测试装置上进行测试。测试条件如下：
烟气量：1072.75 l/h(S.T.P.，wet)
温度： 372 ℃
氧含量：3.28 ％
水含量：8.50 ％
NO浓度：319.3 vpm(S.T.P.，wet)
SO2浓度： 403.1 vpm(S.T.P.，wet)
线速度(LV)：0.45 m/s(S.T.P.，wet)
面速度(AV)：20.6 m/h(S.T.P.，wet)
比较例2在同一催化剂单体上制取样品，其他条件与比较例1一样，改变线速度(LV)为0.65m/s(S.T.P.，wet)，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
比较例3在同一催化剂单体上制取样品，其他条件与比较例1一样，改变线速度(LV)为0.80m/s(S.T.P.，wet)，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
比较例4在同一催化剂单体上制取样品，保证线速度(LV)为0.85m/s(S.T.P.，wet)，其他条件与实施例1一样，改变面速度(AV)为16m/h(S.T.P.，wet)，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
比较例5在同一催化剂单体上制取样品，其他条件与比较例4一样，改变面速度(AV)为20m/h(S.T.P.，wet)，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
比较例6在同一催化剂单体上制取样品，其他条件与比较例4一样，改变面速度(AV)为24m/h(S.T.P.，wet)，在本发明微型性能测试装置上进行测试。
试验结果
将上述各种催化剂试验结果及性能偏差情况列于下面表1：
表1：各种催化剂性能试验结果
如表1所示，本发明实施例1-3是同一10.0mm节距催化剂单体上的样品，在保证烟气通过催化剂的面速度(AV)与中型测试条件相同的前提下，分别在烟气通过催化剂的线速度(LV)为0.85m/s(S.T.P.，wet)，1.2m/s(S.T.P.，wet)，1.6m/s(S.T.P.，wet)条件下进行试验，三者测试结果与中型测试结果的偏差在允许范围内。本发明实施例4-6是同一个7.6mm节距催化剂单体上的样品，在保证烟气通过催化剂的面速度(AV)与中型测试条件一样的前提下，分别在烟气通过催化剂的线速度(LV)为0.88m/s(S.T.P.，wet)，1.17m/s(S.T.P.，wet)，1.67m/s(S.T.P.，wet)条件下进行测试，它们的结果偏差也较小。从上面6个实施例可见，在不同的催化剂样品上进行测试，结果都很好的与中型测试结果吻合。本发明实施例7-10分别在节距是10.0、8.2、7.6、4.3的同一个催化剂样品上进行微型与中型的对比试验，它们的结果偏差也较小。本发明比较例1-3是保证微型测试面速度条件与中型试验相同，在烟气通过催化剂的线速度(LV)低于0.85m/s(S.T.P.，wet)下变化，微型测试结果随线速度增大而增大，且与中型测试结果偏差较大。本发明比较例4-6是保证微型测试线速度(LV)为0.85m/s(S.T.P.，wet)不变的情况下，改变烟气面速度(AV)，测试结果随烟气面速度(AV)的增大而减小，与中型测试结果偏差较大，在此条件下不能实现测试装置及方法的替代。
根据上述试验可以确认，利用本发明的微型测试装置及方法，在保持烟气通过催化剂的面速度(AV)面速度与中型测试条件相同的前提下，保证微型测试烟气烟气通过催化剂的线速度(LV)大于0.85m/s(S.T.P.，wet)，其测试催化剂的性能与中型测试结果一致。并且本发明具有微型测试装置结构简单，催化剂性能测试方法需要的烟气量小、测试时间短、测试成本低，可一次同时测试2个催化剂样品的优点，克服了中型测试装置及方法的相应缺点。
Claims (6)
1.一种SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法，其特征是包括以下步骤：
(1)将高纯氮气、压缩空气、NO、SO2、NH3和H2O蒸汽混合，各成分含量与催化剂实际运行工况烟气成分含量一致；
(2)将(1)步骤混合烟气加热至催化剂实际运行工况下的烟气温度；
(3)将截面10×10mm～30×30mm，长度100～400mm的催化剂样品装入微型反应器；
(4)在下列条件下将步骤(2)加热后的模拟烟气通过步骤(3)反应器，A、烟气流量1～2Nm3/h(S.T.P.，wet)，B、通过催化剂的线速度LV大于0.85m/s(S.T.P.，wet)，C、通过催化剂的面速度AV与实际运行工况下面速度AV相同；
(5)通过微型反应器的入口和出口端分别安装的温度、压力检测装置和NO、SO2、SO3、NH3取样装置分别获取数据并进行处理。
2.根据权利要求1所述的SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法，其特征是：所述微型反应器入口和出口端NO浓度测试数据用化学发光法测定并确定脱硝催化剂的脱硝效率。
3.根据权利要求1所述的SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法，其特征是：所述微型反应器入口和出口端SO2和/或SO3浓度测试数据用氧化还原滴定法测定并确定SO2/SO3转化率。
4.根据权利要求1所述的SCR烟气脱硝催化剂性能测试方法，其特征是：所述微型反应器入口和出口端NH3浓度测试数据用中和滴定法测定并确定NH3脱除率。
5.一种SCR烟气脱硝催化剂性能测试装置，其特征是所述测试装置包括以下部分：
(1)烟气混合装置，将高纯氮气、压缩空气、NO、SO2、NH3和H2O蒸汽混合合成与催化剂实际运行工况烟气成分一致的模拟烟气；
(2)电热交换器，将模拟混合烟气加热至催化剂实际运行工况下的烟气温度；
(3)微型反应器，反应器为管状，直径≤Φ50mm，长度300～500mm，反应器内装截面10×10mm～30×30mm，长度100～400mm的催化剂样品，加热后的模拟烟气通过该反应器；
(4)测试装置，在微型反应器的入口和出口端分别装有温度、压力检测装置和NO、SO2、SO3、NH3取样装置；
上述烟气混合装置、电热交换器、微型反应器安装在恒温加热炉内。
6.根据权利要求5所述的SCR烟气脱硝催化剂性能测试装置，其特征是：测试装置是在配套了烟气配制***的恒温加热炉内平行安装2个烟气混合器、2个电热交换器和2个微型反应器，一次可以同时进行测试条件相同的2个催化剂性能测试。
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