CN114894954A - 一种催化剂性能检测装置 - Google Patents

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刘露
徐尔琨
杨红
孙中涛
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高爽
赵光锐
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Abstract

本发明公开了一种催化剂性能检测装置，包括：进气管，进气管连通垃圾焚烧线中脱酸后的出口烟道，内设第一烟气分析仪，以测量进气管内烟气中各污染物的初始浓度；加热单元，与进气管连通，以将进气管通入的烟气加热至预设温度；反应单元，设置于加热单元下游，包括喷氨装置和SCR反应器，预设温度的烟气喷氨后进入SCR反应器，在SCR反应器中催化剂的催化作用下反应；设置于反应单元下游的出气管，内设第二烟气分析仪，以测量SCR反应后的烟气中各污染物的最终浓度；风机，驱动烟气从进气管进入并从出气管排出。本发明公开的催化剂性能检测装置，连通垃圾焚烧线以采用生产过程中的烟气在催化剂催化作用下进行反应，保证了催化剂性能检测的准确性。

Description

一种催化剂性能检测装置
技术领域
本发明涉及催化剂检测技术领域，特别涉及一种催化剂性能检测装置。
背景技术
近年来，随着城市化进程和可持续发展战略的实施，城市生活垃圾的处理过程尤为重要，当前，生活垃圾最主要的处理方式之一是通过焚烧的方式进行处理。
但由于生活垃圾种类繁多，在生活垃圾的焚烧过程中，存在燃烧对象复杂多变的问题，导致污染物的种类的比例均难以确定，燃烧后的烟气中，二噁英、NOX(氮氧化合物)和TOC(总有机碳)等污染物的排放特征不明，未经完全处理的烟气极易造成严重的污染。
在现有技术中，NOX等气体污染物的降解多采用SCR(选择性催化还原法)进行处理，采用氨(NH3)作为还原剂将NOX选择性地还原成N2，其具有无副产物，不产生二次污染且脱出效率高等优点。在反应过程中，在一定温度范围内需要使用催化剂促进NH3和NOX的还原反应生成N2和水，而不会和烟气中的氧进行氧化反应，因此催化剂的种类和工作温度均十分重要。现有的催化剂性能检测过程多在实验室内进行，通过烟气模拟单元进行反应前烟气的模拟，并在模拟烟气经过催化剂催化反应后分析处理前后的烟气中的污染物含量，以评估催化剂的作用性能，再应用于实际的工业过程中。但由于实验烟气为人工模拟，相较于实际工业过程中状态多变的烟气，成分有一定的差别；另一方面，实际工业过程中由于烟气中污染物的含量随着焚烧阶段温度的变化也会产生变化，进行某一阶段的烟气进行研究实验也会由于实际运行过程中烟气温度差异而导致实验结果不准确的问题。
因此，如何检测催化剂对于实际工况中烟气中污染物的协同催化作用，以对催化剂进行分析及改进，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种催化剂性能检测装置，以检测催化剂对于实际工况中烟气中污染物的协同催化作用，并对催化剂进行分析及改进
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种催化剂性能检测装置，包括：
进气管，所述进气管连通垃圾焚烧线中脱酸后的出口烟道，所述进气管内设置有第一烟气分析仪，所述第一烟气分析仪至少用于检测所述进气管内烟气中NOX的初始浓度；
加热单元，所述加热单元与所述进气管连通，以将所述进气管通入的烟气加热至预设温度；
反应单元，所述反应单元设置于所述加热单元下游，所述反应单元包括喷氨装置和SCR反应器，处于预设温度的烟气经所述喷氨装置喷氨后进入所述SCR反应器，以在所述SCR反应器中催化剂的催化作用下进行反应；
出气管和风机，所述出气管设置于所述反应单元下游，所述出气管内设置有第二烟气分析仪，所述第二烟气分析仪至少用于检测SCR反应后的烟气中NOX的最终浓度，所述风机用于驱动烟气从所述进气管进入，并从所述出气管排出。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述加热单元的入口位置设置有第一测温传感器，所述第一测温传感器用于测量进入所述加热单元的烟气温度，所述加热单元根据所述第一测温传感器测得的温度值与所述预设温度的差值选择不同的加热模式，以使用不同的功率进行烟气加热。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述第一测温传感器测得的温度值与所述预设温度的差值为0℃-50℃时，所述加热单元选择普通加热模式；差值为50℃-100℃时，所述加热单元选择高效加热模式；差值为100℃-150℃时，所述加热单元选择强效加热模式。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述加热单元的出口位置设置有第二测温传感器，所述第二测温传感器用于检测所述加热单元加热后的烟气温度，以确认进入所述SCR反应器内的烟气的温度。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述SCR反应器包括第一反应区和第二反应区，所述第一反应区和所述第二反应区串联或并联。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，在所述SCR反应器中，所述第一反应区为双层结构，所述第二反应区为单层结构。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述进气管和所述出气管上均设置有预留孔，所述预留孔用于手持烟气测量装置进行烟气中污染物的浓度测量。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，还包括设置于所述进气管和所述加热单元之间的除尘器。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述除尘器为袋式除尘器。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述喷氨装置包括连通的液氨罐和设置于所述SCR反应器入口处的喷枪。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，经所述加热单元加热后的烟气温度为150℃-300℃。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述风机的流量为1000Nm3/h-1200Nm3/h，压力为5500Pa-6000Pa，功率为9kw-11kw。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述加热单元包括用于加热烟气的电加热器。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述加热单元和所述反应单元通过法兰密封连接。
优选地，在上述催化剂性能检测装置中，所述出气管连通垃圾焚烧线以对烟气进行工业处理。
从上述技术方案可以看出，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，包括进气管、加热单元、反应单元、出气管和风机，其中，进气管连通垃圾焚烧线中脱酸后的出口烟道，在垃圾焚烧线上，脱酸后的烟气的下一步即进行SCR反应，因此选取脱酸后的烟气作为催化剂性能检测的烟气，进气管内设置有第一烟气分析仪，第一烟气分析仪至少用于检测进气管内烟气中NOX的初始浓度；经进气管进入的烟气通入加热单元，以对烟气进行加热，在将烟气加热至预设温度后将烟气通入加热单元下游的反应单元进行SCR反应，需要说明的是，催化剂的性能检测需要在特定温度下进行，根据催化剂的选择确定烟气的温度，即预设温度，烟气在输送过程中会冷却降温，因此为了确保催化剂性能检测的准确性，进行反应的烟气需要使用加热单元加热至预设温度后再通入反应单元进行反应。
反应单元包括喷氨装置和SCR反应器，烟气经过喷氨装置进行喷氨后，进入SCR反应器，在SCR反应器中催化剂的催化作用下进行SCR反应，反应完成的烟气通过设置于SCR反应器下游的出气管排出，在出气管内设置有第二烟气分析仪，以分析出气管内经SCR反应后的烟气中NOX的最终浓度，通过对比烟气中NOX的初始浓度和最终浓度，以分析SCR反应器中催化剂的性能，此外，烟气从进气管流经各种设备后从出气管排出的过程由风机进行驱动。本发明提供的催化剂性能检测装置，将进气管连通于生产过程中的垃圾焚烧线中脱酸后的出口烟道，以将实际工况中的烟气引入催化剂性能检测装置，并在风机的驱动下使得烟气从进气管进入后，依次经过加热单元、反应单元后从出气管排出，其中，烟气经加热单元加热至催化剂进行催化反应时所需的预设温度后，进入反应单元，以经过反应单元中的喷氨装置进行喷氨后进入SCR反应器，在SCR反应器中的催化剂的催化作用下进行反应，通过设置于进气管内的第一烟气分析仪测得烟气中NOX的初始浓度，并通过设置于出气管内的第二烟气分析仪测得烟气中NOX的最终浓度，对比初始浓度和最终浓度，即可确定催化剂在预设温度下的催化性能；需要说明的是，第一烟气分析仪和第二烟气分析仪也可以通过测定烟气中其他污染物的浓度以检测其他种类催化剂的催化性能。
此外，本发明提供的催化剂性能检测装置，通过改变加热单元加热烟气的温度，能够检测同种催化剂在不同温度下的性能；也可以在SCR反应器更换催化剂种类后，调节加热单元的加热效果以检测更换后的催化剂在不同温度下的催化性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的催化剂性能检测装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的催化剂性能检测装置俯视图；
其中，10为进气管，110为第一烟气分析仪，20为加热单元，210为第一测温传感器，220为第二测温传感器，30为反应单元，310为喷氨装置，3110为液氨罐，3120为喷枪，320为SCR反应器，40为出气管，410为第二烟气分析仪，50为风机，60为除尘器。
具体实施方式
本发明的核心在于公开一种催化剂性能检测装置，该检测装置能够检测催化剂对于实际工况中烟气中污染物的协同催化作用，以对催化剂进行分析及改进。
以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
如图1及图2所示，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，包括进气管10、加热单元20、反应单元30、出气管40和风机50，其中，进气管10内设置有第一烟气分析仪110，出气管40内设置有第二烟气分析仪410。
进气管10的一端连通垃圾焚烧线中脱酸后的出口烟道，以将实际焚烧过程中脱酸后的烟气通入催化剂性能检测装置中，需要说明的是，在实际生产的过程中，烟气排放前需要进行半干法加湿法脱酸及SCR反应后进行排出，因此选取脱酸后的烟气进行催化剂性能检测实验，以判断催化剂在SCR反应过程中的催化性能，脱酸后的烟气经过进气管10通入催化剂性能检测装置中，并由第一烟气分析仪110检测进气管10内烟气中各个类污染物的初始浓度。
进气管10的另一端连通加热单元20，以对烟气进行加热，在将烟气加热至预设温度后，将烟气通入加热单元20下游的反应单元30进行SCR反应，需要说明的是，催化剂的性能检测需要在特定温度下进行，根据催化剂的选择确定烟气的温度，即预设温度，由于烟气在输送过程中会冷却降温，因此烟气到达反应单元30时温度会与原温度有差异，为了确保催化剂性能检测的准确性，进行反应的烟气需要使用加热单元20加热至预设温度后再通入反应单元30进行反应，同时，加热单元20也可以将烟气加热至不同温度，以检测同种催化剂在不同温度下的催化性能，该预设温度根据实验需要进行设定。
反应单元30包括喷氨装置310和SCR反应器320，烟气经过喷氨装置310进行喷氨后再进入SCR反应器320，在SCR反应器320中催化剂的催化作用下进行SCR反应，反应完成的烟气通过设置于SCR反应器320下游的出气管40排出，出气管40内设置的第二烟气分析仪410分析出气管40内经SCR反应后的烟气中NOX的最终浓度，通过对比烟气中NOX的初始浓度和最终浓度，以分析SCR反应器320中催化剂的性能，此外，烟气从进气管10流经各种设备后从出气管40排出的过程由风机50进行驱动。
需要说明的是，第一烟气分析仪110和第二烟气分析仪410也可以通过测定烟气中其他污染物的浓度以检测其他种类催化剂的催化性能。
本发明提供的催化剂性能检测装置，将进气管10连通于生产过程中的垃圾焚烧线中脱酸后的出口烟道，以将实际工况中的烟气引入催化剂性能检测装置，并在风机50的驱动下使得烟气从进气管10进入后，依次经过加热单元20、反应单元30后从出气管40排出，其中，烟气经加热单元20加热至催化剂进行催化反应时所需的预设温度后，进入反应单元30，以经过反应单元30中的喷氨装置310进行喷氨后进入SCR反应器320，在SCR反应器320中的催化剂的催化作用下进行反应，通过设置于进气管10内的第一烟气分析仪110测得烟气中NOX的初始浓度，并通过设置于出气管40内的第二烟气分析仪410测得烟气中NOX的最终浓度，对比初始浓度和最终浓度，即可确定催化剂在预设温度下对实际运行过程中烟气在SCR反应过程中的催化性能。
此外，由于本发明提供的催化剂性能检测装置设置有加热单元20，通过改变加热单元20加热烟气的温度，能够检测同种催化剂在不同温度下的性能；也可以在SCR反应器320更换催化剂种类后，调节加热单元20的加热效果以检测更换后的催化剂在不同温度下的催化性能。通过采用实际运行过程中的烟气，并控制烟气进入反应单元30的温度，能够更全面地进行催化剂的性能检测。
为了进一步优化上述技术方案，在加热单元20的入口位置设置有第一测温传感器210，用于测量进入加热单元20之前的烟气温度，加热单元20接收第一测温传感器210测得的温度值，并根据第一测温传感器210测得的温度值和预设温度进行比对，而选择不同的加热模式进行烟气的加热，不同模式下，加热单元20的加热功率不同，从而使得加热后的烟气温度不同。
在上述技术方案的一个具体实施例中，加热单元20包括普通加热模式、高效加热模式和强效加热模式三种加热模式，根据第一测温传感器210测得的温度值与预设温度的差值，加热单元20选择不同的加热模式，当第一测温传感器210测得的温度值与预设温度的差值为0℃-50℃时，烟气温度接近预设温度，加热单元20选择普通加热模式；当第一测温传感器210测得的温度值与预设温度的差值为50℃-100℃时，加热单元20选择高效加热模式；当第一测温传感器210测得的温度值与预设温度的差值为100℃-150℃时，加热单元20选择强效加热模式，加热单元20设置多种加热模式，能够保证烟气在经过加热单元20后被加热至预设温度以进行后续反应。
进一步地，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，在加热单元20的出口位置设置有第二测温传感器220，第二测温传感器220用于检测加热单元20加热后的烟气温度，以确认流出加热单元20的烟气的温度，通过第二测温传感器220能够反馈加热单元20进行加热模式的调整，以使得加热单元20流出的烟气温度达到预设温度
需要说明的是，在本发明提供的两个实施例中，分别使用第一测温传感器210和第二测温传感器220以保证加热单元20中输出的烟气温度达到预设温度，而在本发明另一具体实施例中，在加热单元20的入口位置设置有第一测温传感器210，同时在加热单元20的出口位置设置有第二测温传感器220，以在加热单元20加热烟气的同时进行出口位置烟气温度的验证，确保加热单元20加热后的烟气温度达到预设温度。
需要进一步说明的是，在本发明一具体实施例中，加热单元20包括电加热器，电加热器将电能转化为热能并进行烟气的加热。
此外，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，加热单元20进行加热后的烟气温度为150℃-300℃，即在催化剂的性能检测实验中，通过调整加热单元20的加热模式能够使得催化剂在150℃-300℃内任一温度下进行实验，以增大实验的广度。
进一步地，为了满足实验过程中不同的容量需求，及实验运行过程的稳定性，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，反应单元30中的SCR反应器320包括第一反应区和第二反应区，第一反应区和第二反应区可以并联或串联，在第一反应区和第二反应区并联时，其中一个反应区为备用反应区；在第一反应区和第二反应区串联时，SCR反应器320满足最大实验容量需求。
进一步地，SCR反应器320中的第一反应区和第二反应区可以设置为相同容量，也可以设置为不同容量，在本发明一具体实施例中，SCR反应器320中的第一反应区和第二反应区容量不同，其中第一反应区为两层结构，第二反应区为单层结构，单层结构的第二反应区能够满足一个单位的实验容量需求，以使得本实施例中的SCR反应器320能够满足三个单位以下的任一容量需求，并通过两个反应区的单独启停，以达到了节约能源的技术效果。
在催化剂的性能检测实验过程中，由于烟气中的污染物含量复杂，而单一类型的烟气分析仪仅能进行部分种类污染物的浓度测量，因此，在本发明另一具体实施例中，在第一烟气分析仪110和第二烟气分析仪410处均设置有预留孔，预留孔能够使操作人员手持特定的烟气测量装置以进行烟气中特定污染物的浓度测量。
此外，由于本发明提供的催化剂性能检测装置使用实际垃圾焚烧线过程中的烟气进行催化剂性能的检测，而实际生产过程中的烟气相较于模拟烟气，粉尘含量极高，为了避免粉尘影响催化剂的催化反应作用，同时防止粉尘对下游设备造成机械磨损及堵塞，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，还包括设置于进气管10和加热单元20之间的除尘器60，烟气经进气管10进入除尘器60，在除尘器60内经过除尘后再进入加热单元20进行加热。
需要说明的是，除尘器60可以为干式机械除尘器60，也可以为袋式除尘器60或电除尘器60，在这里优选除尘器60为袋式除尘器60。
进一步地，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，反应单元30中用于向烟气喷氨的喷氨装置310包括连通的液氨罐3110和喷枪3120，喷枪3120设置于SCR反应器320入口处的管路上，以对管路内的烟气进行喷氨。
进一步地，在本发明一具体实施例中，催化剂性能检测装置实验所需的烟气进口流量为1000Nm3/h，因此风机50选择为流量为1000Nm3/h-1200Nm3/h，压力为5500Pa-6000Pa，功率为9kw-11kw的风机50。
由于本发明提供的催化剂性能检测装置在实际生产过程中进行实验，因此各个设备的体积较大，为了便于进行设备的运输及拆装，在本发明中，加热单元20和反应单元30均采用集装箱式设计，加热单元20和反应单元30通过管道和法兰进行密封连接，以实现加热单元20和反应单元30的单独生产运输，并能够在实际生产现场进行安装使用，以降低体积较大的催化剂性能检测装置的拆装及使用。
需要说明的是，上述实施例提供的除尘器60及风机50等设备也采用集装箱式设计并能够进行单独拆装使用。
此外，经SCR反应器320反应后的烟气由出气管40排出，在催化剂性能较好时，烟气达到排放标准并可以直接排除，而催化剂性能较差时，烟气需要进行后续处理再排出空气，考虑到实验过程存在不确定风险，因此，在本发明提供的催化剂性能检测装置中，出气管40连通垃圾焚烧线以对烟气进行后续工业处理后再排出空气。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种催化剂性能检测装置，其特征在于，包括：
进气管(10)，所述进气管(10)连通垃圾焚烧线中脱酸后的出口烟道，所述进气管(10)内设置有第一烟气分析仪(110)，所述第一烟气分析仪(110)至少用于检测所述进气管(10)内烟气中NOX的初始浓度；
加热单元(20)，所述加热单元(20)与所述进气管(10)连通，以将所述进气管(10)通入的烟气加热至预设温度；
反应单元(30)，所述反应单元(30)设置于所述加热单元(20)下游，所述反应单元(30)包括喷氨装置(310)和SCR反应器(320)，处于预设温度的烟气经所述喷氨装置(310)喷氨后进入所述SCR反应器(320)，以在所述SCR反应器(320)中催化剂的催化作用下进行反应；
出气管(40)和风机(50)，所述出气管(40)设置于所述反应单元(30)下游，所述出气管(40)内设置有第二烟气分析仪(410)，所述第二烟气分析仪(410)至少用于检测SCR反应后的烟气中NOX的最终浓度，所述风机(50)用于驱动烟气从所述进气管(10)进入，并从所述出气管(40)排出。
2.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述加热单元(20)的入口位置设置有第一测温传感器(210)，所述第一测温传感器(210)用于测量进入所述加热单元(20)的烟气温度，所述加热单元(20)根据所述第一测温传感器(210)测得的温度值与所述预设温度的差值选择不同的加热模式，以使用不同的功率进行烟气加热。
3.如权利要求2所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述第一测温传感器(210)测得的温度值与所述预设温度的差值为0℃-50℃时，所述加热单元(20)选择普通加热模式；差值为50℃-100℃时，所述加热单元(20)选择高效加热模式；差值为100℃-150℃时，所述加热单元(20)选择强效加热模式。
4.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述加热单元(20)的出口位置设置有第二测温传感器(220)，所述第二测温传感器(220)用于检测所述加热单元(20)加热后的烟气温度，以确认进入所述SCR反应器(320)内的烟气的温度。
5.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述SCR反应器(320)包括第一反应区和第二反应区，所述第一反应区和所述第二反应区串联或并联。
6.如权利要求5所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，在所述SCR反应器(320)中，所述第一反应区为双层结构，所述第二反应区为单层结构。
7.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述进气管(10)和所述出气管(40)上均设置有预留孔，所述预留孔用于手持烟气测量装置进行烟气中污染物的浓度测量。
8.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，还包括设置于所述进气管(10)和所述加热单元(20)之间的除尘器(60)。
9.如权利要求8所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述除尘器(60)为袋式除尘器(60)。
10.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述喷氨装置(310)包括连通的液氨罐(3110)和设置于所述SCR反应器(320)入口处的喷枪(3120)。
11.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，经所述加热单元(20)加热后的烟气温度为150℃-300℃。
12.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述风机(50)的流量为1000Nm3/h-1200Nm3/h，压力为5500Pa-6000Pa，功率为9kw-11kw。
13.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述加热单元(20)包括用于加热烟气的电加热器。
14.如权利要求1所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述加热单元(20)和所述反应单元(30)通过法兰密封连接。
15.如权利要求1-14任一项所述的催化剂性能检测装置，其特征在于，所述出气管(40)连通垃圾焚烧线以对烟气进行工业处理。
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