CN202533420U - 一种用于测试scr脱硝催化剂性能的测评*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，该测评***包括模拟烟气发生装置、氨气发生装置、催化反应器装置、温度控制装置、反应前烟气分析装置和反应后烟气分析装置，模拟烟气发生装置模拟实际锅炉产生的烟气，模拟烟气发生装置与催化反应器装置相连，两者相连的管道为反应前主管道，反应前烟气分析装置和氨气发生装置均与反应前主管道连通，催化反应器装置对进入的烟气进行SCR反应，温度控制装置环围反应前主管道和催化反应器装置，催化反应器装置的烟气输出管与反应后烟气分析装置相连，反应后的烟气进入反应后烟气分析装置。该测评***可模拟实际电厂工况，测试SO₂/SO₃转化率、NH₃逃逸、脱硝效率和压力降。

Description

一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***

技术领域

本实用新型涉及催化剂性能评价装置，具体是指一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***。

背景技术

氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，是形成酸雨和光化学烟雾的主要物质，对人体健康有较大的危害。同时，NOx通过大气化学反应可生成亚微米的硝酸盐和硝酸气溶胶粒子，是形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因。燃煤是NOx排放的主要来源，其中以火电燃煤占据比重为大。2011年发布的《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2011)中，NOx排放限值由450mg/m3降至100mg/m3，NOx控制势在必行。

在NOx控制技术中，选择性催化还原法(SCR)脱硝技术是脱硝效率最高、最具市场前景的脱硝技术，已成为国际上高效控制NOx排放的首选。其主要原理是将还原剂(液氨、氨水，尿素)喷入烟气中，在适当的温度并有催化剂存在的条件下，还原剂“有选择性”的与烟气中的NOx反应并生成氮气和水。

催化剂是SCR烟气脱硝技术的核心，催化剂的性能是影响SCR脱硝效率和经济性的主要因素。对SCR催化剂的性能评价一般由催化剂生产厂商测试或进行中型性能测试，来测试整个催化剂单元的性能。这种测试装置存在测试时间长，试验成本高、烟气参数调节困难等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，该测评***结构紧凑、整体测试温度均匀稳定、可模拟实际电厂工况采用多层催化剂布置、可同时测试SO₂/SO₃转化率、NH₃逃逸、脱硝效率和压力降，测试时间短且成本低。

本实用新型的上述目的通过如下的技术方案来实现的：一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：该测评***包括模拟烟气发生装置、氨气发生装置、催化反应器装置、温度控制装置、反应前烟气分析装置和反应后烟气分析装置，所述的模拟烟气发生装置模拟实际锅炉产生的烟气，所述的模拟烟气发生装置与催化反应器装置相连，两者相连的管道为反应前主管道，所述反应前烟气分析装置和氨气发生装置均与所述反应前主管道连通，反应前烟气分析装置与反应前主管道连接处位于氨气发生装置与反应前主管道连接处之前，所述催化反应器装置对进入的烟气进行SCR反应，所述温度控制装置环围所述的催化反应器装置和反应前主管道，以控制模拟烟气温度和催化反应器装置的温度，催化反应器装置的烟气输出管与所述反应后烟气分析装置相连，催化反应后的烟气经烟气输出管后进入反应后烟气分析装置进行烟气分析，通过分析对比反应前、后烟气分析装置测量的烟气参数来测评催化剂的脱硫脱硝性能。

本实用新型中，所述的模拟烟气发生装置包括气源发生单元、水蒸汽发生单元和混合器，所述的气源发生单元包括相连的气源发生器和质量流量计，所述的水蒸汽发生单元包括依次相连的H₂O储罐、计量泵和汽化器，所述的质量流量计和汽化器分别与混合器连接，所述的混合器与所述反应前主管道连通。

本实用新型中，所述的氨气发生装置包括依次相连的氨气源、质量流量计和氨气喷嘴，所述反应前主管道上设有氨/烟气混合器，所述的氨气喷嘴伸入到所述氨/烟气混合器内。

本实用新型中，所述的催化反应器装置由1～3个相串联的催化反应单元组成，以模拟实际电站SCR***中的催化剂层数，所述的催化反应单元包括反应管、支撑网格和催化剂试样块，所述的支撑网格焊接在反应管内，且位于反应管的下端，催化剂试样块承托在支撑网格上，相邻的反应管之间通过法兰连接。

本实用新型中，所述的反应管为方形管，所述催化剂试样块为蜂窝式、板式或波纹板式结构。

本实用新型中，所述的温度控制装置包括加热箱和温控单元，所述反应前主管道和催化反应器装置位于该加热箱内，所述温控单元与加热箱相连，控制加热箱工作。

本实用新型中，所述加热箱为电加热箱，所述加热箱外包覆一层保温棉。

本实用新型中，所述反应前烟气分析装置包括SO₂和NO分析单元、以及SO₃分析单元，所述的SO₂和NO分析单元为烟气分析仪，所述的SO₃分析单元包括依次相连的采样旁路、阀门、冷凝管、冷凝瓶、循环水浴和采样泵，所述的烟气分析仪和采样旁路分别与所述反应前主管道连通。

本实用新型中，所述反应后烟气分析装置包括SO₂和NO分析单元、氨气分析单元以及SO₃分析单元，所述的SO₂和NO分析单元包括依次相连的冷凝器、气液分离器和烟气分析仪，所述的氨气分析单元包括依次相连的采样旁路、阀门、吸收瓶和采样泵，所述的SO₃分析单元包括依次相连的采样旁路、阀门、冷凝管、冷凝瓶、循环水浴和采样泵，所述的冷凝器、氨气分析单元的采样旁路和SO₃分析单元的采样旁路分别与所述催化反应器装置的烟气输出管连通。

本实用新型的测评***，结构紧凑，整体测试温度保持均匀稳定，可模拟实际电厂工况采用多层催化剂布置，可同时测试SO₂/SO₃转化率、NH₃逃逸、脱硝效率和压力降，测试时间短、成本低，可用于对新鲜SCR脱硝催化剂和实际运行中的SCR脱硝催化剂进行性能评价，具有显著的技术经济效益。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型测评***的整体结构示意图；

图2是本实用新型测评***中的模拟烟气发生装置的示意图；

图3是本实用新型测评***中的氨气发生装置的示意图；

图4是本实用新型测评***中的催化反应装置的组成示意图；

图5是本实用新型测评***中的温度控制装置的组成示意图；

图6是本实用新型测评***中的反应前烟气分析装置的组成示意图；

图7是本实用新型测评***中的反应后烟气分析装置的组成示意图。

具体实施方式

如图1至图7所示的一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，该测评***包括模拟烟气发生装置100、氨气发生装置200、催化反应器装置300、温度控制装置400、反应前烟气分析装置500和反应后烟气分析装置600，模拟烟气发生装置100模拟实际锅炉产生的烟气，模拟烟气发生装置100与催化反应器装置300相连，两者相连的管道为反应前主管道170，反应前烟气分析装置500和氨气发生装置200均与反应前主管道连通，反应前烟气分析装置500与反应前主管道连接处位于氨气发生装置200与反应前主管道连接处之前，催化反应器装置300对进入的烟气进行SCR反应，温度控制装置400环围反应前主管道170和催化反应器装置300，以控制烟气温度和催化反应器装置300的温度，催化反应器装置300的烟气输出管370与反应后烟气分析装置600相连，催化反应后的烟气经烟气输出管后进入反应后烟气分析装置600进行烟气分析，通过分析对比反应前、后烟气分析装置测量的烟气参数来测评催化剂的脱硝性能。

如图2所示，模拟烟气发生装置100包括气源发生单元、水蒸汽发生单元和混合器160，气源发生单元包括相连的气源发生器140和质量流量计150，水蒸汽发生单元包括依次相连的H₂O储罐110、计量泵120和汽化器130，质量流量计150和汽化器160分别与混合器160连接，混合器与反应前主管道170连通，连通位置位于反应前主管道170的管口，气源发生器140产生高纯氮气、氧气、CO₂、NO、SO₂，水蒸汽发生单元产生H₂O蒸汽，烟气中的H₂O通过去离子水汽化后实现，混合器160将高纯氮气、氧气、CO₂、NO、SO₂、H₂O蒸汽混合成与催化剂实际运行工况烟气成分一致的模拟烟气后输入反应前主管道170中，实际烟气中的各成分通过质量流量计150和计量泵120分别控制流量后，进入混合器160充分混合后再进入反应前主管道170。

如图3所示，氨气发生装置200包括依次相连的氨气源210、质量流量计220和氨气喷嘴230，反应前主管道170上设有氨/烟气混合器240，氨气喷嘴230伸入到氨/烟气混合器240内将烟气和氨气混合，氨气通过质量流量计220控制流量后由喷嘴喷入氨/烟气混合器240中与烟气充分混合，以保证氨气与烟气的混合均匀性。氨气作为还原剂在催化剂的作用下将烟气中的氮氧化物还原成氮气。

如图4所示，催化反应器装置300由3个相串联的催化反应单元组成，以模拟实际电站SCR***中的催化剂层数，与实际电厂的催化剂层数相匹配，催化反应单元包括反应管310、支撑网格320和催化剂试样块330，反应管310为方形管，支撑网格320焊接在反应管内，且位于反应管的下端，催化剂试样块330可以采用蜂窝式、板式或波纹板式结构，催化剂试样块330承托在支撑网格320上，相邻的反应管之间通过法兰340连接和密封，在与最上层的反应管310相连接的反应前主管道170上安装有压力传感器350和温度传感器360，每层反应管310上均安装有温度传感器360，在与最下层的反应管310相连接的烟气输出管370上安装有压力传感器350，压力传感器350用以测试烟气经过催化剂的压力降，温度传感器360用以确定反应温度的均匀性。

在催化反应器装置中发生了如下反应：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

2SO₂+O₂→2SO₃

如图5所示，温度控制装置400包括加热箱和温控单元，催化反应器装置位于该加热箱内，温控单元与加热箱410相连，控制加热箱工作，加热箱410为电加热箱，加热箱外包覆一层保温棉420，温控单元包括热电偶430、温度时间调节器440、电加热器450和控制室460，该测评***的混合器160、氨气喷嘴230、氨/烟气混合器240、反应前主管道170、催化反应器装置300和烟气输出管370均安装在加热箱410内，以保证烟气及反应过程都能保持均匀稳定的温度。

如图6所示，反应前烟气分析装置500包括SO₂和NO分析单元、以及SO₃分析单元，SO₂和NO分析单元为烟气分析仪511，SO₃分析单元包括依次相连的采样旁路510、阀门520、冷凝管530、冷凝瓶540、循环水浴550和采样泵560，烟气分析仪511和反应前主管道170之间通过和采样旁路510和阀门520连通，烟气分析仪511的采样旁路510和SO₃分析单元的采样旁路510分别与反应前主管道170连通，SO₂和NO分析单元用于测试反应前烟气中NO、SO₂、O₂等烟气成分含量，SO₃分析单元用于分析反应前烟气中SO₃的含量。

如图7所示，反应后烟气分析装置600包括SO₂和NO分析单元、氨气分析单元以及SO₃分析单元，SO₂和NO分析单元用于测试反应后烟气中NO、SO₂、O₂等烟气成分含量，SO₂和NO分析单元包括依次相连的冷凝器680、气液分离器690和烟气分析仪611，氨气分析单元包括依次相连的采样旁路610、阀门620、吸收瓶670和采样泵660，用于检测氨逃逸，SO₃分析单元包括依次相连的采样旁路610、阀门620、冷凝管630、冷凝瓶640、循环水浴660和采样泵660，用于测试SO₂/SO₃转化率，冷凝器680、氨气分析单元的采样旁路610和SO₃分析单元的采样旁路610分别与催化反应器装置300的烟气输出管370连通。

作为本实施例的变换，该测评***中的催化反应器装置也可以由1～3个相串联的催化反应单元组成，以模拟实际电站SCR***中的催化剂层数。

如上所述，利用本实用新型的测评***，可方便的测试SO₂/SO₃转化率、NH₃逃逸、脱硝效率和压力降，并具有结构紧凑，整体测试温度保持稳定，可模拟实际电厂工况采用多层催化剂布置，测试时间短、成本低等优点。其中，SO₂/SO₃转化率、脱硝效率具体的计算公式如下：

SO₂/SO₃转化率计算公式为：

式中

分别为反应器进出口的SO3浓度，单位为ppm，

为反应器进口SO2浓度，单位为ppm。

脱硝效率计算公式为：

$X=\frac{C_{\mathrm{NO}}^{\mathrm{in}}-C_{\mathrm{NO}}^{\mathrm{out}}}{C_{\mathrm{NO}}^{\mathrm{in}}}\×100\%$

式中分别表示为反应器进出口NO的浓度，单位为ppm。

NH3逃逸通过测试得到的氨气出口浓度。

Claims (9)

1.一种用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：该测评***包括模拟烟气发生装置、氨气发生装置、催化反应器装置、温度控制装置、反应前烟气分析装置和反应后烟气分析装置，所述的模拟烟气发生装置模拟实际锅炉产生的烟气，所述的模拟烟气发生装置与催化反应器装置相连，两者相连的管道为反应前主管道，所述反应前烟气分析装置和氨气发生装置均与所述反应前主管道连通，反应前烟气分析装置与反应前主管道连接处位于氨气发生装置与反应前主管道连接处之前，所述催化反应器装置对进入的烟气进行SCR反应，所述温度控制装置环围所述的反应前主管道和催化反应器装置，以控制模拟烟气温度和催化反应器装置的温度，催化反应器装置的烟气输出管与所述反应后烟气分析装置相连，催化反应后的烟气经烟气输出管后进入反应后烟气分析装置进行烟气分析，通过分析对比反应前、后烟气分析装置测量的烟气参数来测评催化剂的脱硝性能。

2.根据权利要求1所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述的模拟烟气发生装置包括气源发生单元、水蒸汽发生单元和混合器，所述的气源发生单元包括相连的气源发生器和质量流量计，所述的水蒸汽发生单元包括依次相连的H₂O储罐、计量泵和汽化器，所述的质量流量计和汽化器分别与混合器连接，所述的混合器与所述反应前主管道连通。

3.根据权利要求1所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述的氨气发生装置包括依次相连的氨气源、质量流量计和氨气喷嘴，所述反应前主管道上设有氨/烟气混合器，所述的氨气喷嘴伸入到所述氨/烟气混合器内。

4.根据权利要求1所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述的催化反应器装置由1～3个相串联的催化反应单元组成，以模拟实际电站SCR***中的催化剂层数，所述的催化反应单元包括反应管、支撑网格和催化剂试样块，所述的支撑网格焊接在反应管内，且位于反应管的下端，催化剂试样块承托在支撑网格上，相邻的反应管之间通过法兰连接。

5.根据权利要求4所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述的反应管为方形管，所述催化剂试样块为蜂窝式、板式或波纹板式结构。

6.根据权利要求1所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述的温度控制装置包括加热箱和温控单元，所述反应前主管道和催化反应器装置位于该加热箱内，所述温控单元与加热箱相连，控制加热箱工作。

7.根据权利要求6所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述加热箱为电加热箱，所述加热箱外包覆一层保温棉。

8.根据权利要求1至7任一项所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述反应前烟气分析装置包括SO₂和NO分析单元、以及SO₃分析单元，所述的SO₂和NO分析单元为烟气分析仪，所述的SO₃分析单元包括依次相连的采样旁路、阀门、冷凝管、冷凝瓶、循环水浴和采样泵，所述的烟气分析仪和采样旁路分别与所述反应前主管道连通。

9.根据权利要求1至7任一项所述的用于测试SCR脱硝催化剂性能的测评***，其特征在于：所述反应后烟气分析装置包括SO₂和NO分析单元、氨气分析单元以及SO₃分析单元，所述的SO₂和NO分析单元包括依次相连的冷凝器、气液分离器和烟气分析仪，所述的氨气分析单元包括依次相连的采样旁路、阀门、吸收瓶和采样泵，所述的SO₃分析单元包括依次相连的采样旁路、阀门、冷凝管、冷凝瓶、循环水浴和采样泵，所述的冷凝器、氨气分析单元的采样旁路和SO₃分析单元的采样旁路分别与所述催化反应器装置的烟气输出管连通。

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