CN212514445U

CN212514445U - 基于现场scr烟气脱硝装置的催化剂性能检测***

Info

Publication number: CN212514445U
Application number: CN202020722074.7U
Authority: CN
Inventors: 金理鹏; 宋玉宝; 曹明鑫; 刘瑞敬; 卢承政; 何金亮; 方朝君
Original assignee: Suzhou Xire Energy Saving Environmental Protection Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Xire Energy Saving Environmental Protection Technology Co Ltd
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2020-05-06
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2030-05-06

Abstract

本实用新型公开了一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，包括烟气主管路，该烟气主管路上连接有烟气输入单元、喷氨单元和SCR反应单元；烟气输入单元包括主烟气进入管路、脱硫出口烟气管路、压缩空气管路和烟气成分补入管路，喷氨单元包括喷氨管路，SCR反应单元包括试验反应器；烟气主管路的一端通过主烟气进入管路与上游的烟气脱硝装置的入口烟道连接，烟气主管路的另一端与下游的空预器出口烟道连接。本实用新型可全尺度复制SCR烟气脱硝装置真实的运行烟气条件，又可基于脱硝装置进口原烟气进行配制，得到不同试验条件要求的烟气参数；而且，烟气可在压差作用下快速流动，无需采用风机驱动装置。

Description

基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***

技术领域

本实用新型涉及一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***。

背景技术

SCR烟气脱硝技术是当前燃煤锅炉应用最广泛且成熟可靠的脱硝技术。 SCR烟气脱硝装置的核心设备是钒钛基催化剂，按外观形状一般分为蜂窝式、板式与波纹式三种。基于催化剂设计条件，一般催化剂设计化学寿命期为 24000小时。催化剂在SCR脱硝反应过程中由于受到烟气温度、脱硝效率、飞灰特性及烟气参数等因素的影响，会造成催化剂磨损、堵塞、中毒等物理、化学失活情况发生，表现为催化剂活性衰减加快，活性衰减偏离原有设计曲线，进而造成催化剂活性不能满足设计周期内的SCR脱硝达标排放要求。为充分发挥每层催化剂的残余活性，最大限度利用现有催化剂的活性并确保催化剂的性能满足SCR脱硝装置运行需要，需要定期(一般每年进行一次)进行催化剂测试单元体试验室性能检测和寿命评估，及时发现问题，规避风险，同时为催化剂的运行管理提供相应的理论判断数据。

催化剂性能检测是SCR催化剂寿命管理的核心，国内相关科研院所已建立了先进的全尺寸中试SCR催化剂性能检测实验室。实验室一般占地面积约 500平方米，建设初投资约2000万元，实验室一般包括SCR催化剂性能中试试验检测平台、SCR催化剂磨损实验台、比表面和孔径分布分析仪、X射线荧光光谱分析仪、X射线衍射分析仪、压汞仪、电感耦合等离子光谱分析仪、扫描电镜能谱分析仪等。检测内容一般包括：(1)几何特性检测，包括催化剂的孔径、节距、开孔率、几何比表面积等；(2)理化特性分析，包括催化剂的微观比表面积、化学成分以及抗压强度、磨损强度等特性；(3)工艺特性检测，包括催化剂的脱硝效率、氨逃逸、活性K、SO₂/SO₃转化率、阻力等特性等。其中，前两项检测内容可在实验室内，在静态条件下通过测量工具和仪器对催化剂样品进行测量分析并计算得出测试结果，而工艺特性检测需要在完全模拟催化剂真实运行烟气条件及布置方式下的试验平台上热态进行测试。因此，脱硝催化剂检测实验室最为关键的是SCR催化剂性能中试试验检测平台。性能试验检测平台主要由气体制配混合、气体电加热、全尺寸试验反应器、控制和检测***、尾气处理等装置组成，通过气体制配混合和电加热的方式模拟催化剂实际运行的烟气参数条件，这造成催化剂试验检测成本费用普遍偏高的特点。

SCR脱硝催化剂性能检测实验室建设成本较高，占地面积大，试验检测成本费用偏高。国内建设的SCR脱硝催化剂性能实验室能长期正常运转是基于国内体量巨大的火电装机容量和SCR脱硝催化剂检测的广泛市场需求。而对于国外相对火电装机容量小、检测需求较少的国家或组织来讲，其建设完整的催化剂性能检测实验室不具备建设运营的经济性。近年来国内企业在海外，诸如越南、印尼等国家投资建设了大型燃煤火电厂并配套建设了SCR脱硝装置，如此面临着催化剂性能检测和寿命评估的需求。在海外机组所在国暂没有相应SCR催化剂检测实验室的情况下，中国已发布相关法规文件规定催化剂为危废品，暂不能通过海关进入中国境内。面对催化剂检测市场需求相对小、且又迫切需要检测的情况，有必要建设一种投资相对少、维护方便、检测运行经济性高的SCR脱硝催化剂检测平台。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***；该检测***采用烟气脱硝装置进口原烟气，可全尺度复制烟气脱硝装置真实的运行烟气条件，同时又可基于脱硝装置进口原烟气进行配制，得到不同试验条件要求的烟气参数，满足不同机组设计条件下的脱硝催化剂性能检测要求，而且，该检测***中的烟气可在压差作用下快速流动，无需采用风机驱动装置，解决检测成本。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其包括烟气主管路，该烟气主管路上连接有烟气输入单元、喷氨单元和SCR反应单元；该烟气输入单元包括主烟气进入管路、脱硫出口烟气管路、压缩空气管路和烟气成分补入管路，该喷氨单元包括喷氨管路，该反应单元包括试验反应器；所述烟气主管路的一端通过主烟气进入管路与上游的烟气脱硝装置的入口烟道连接，烟气主管路的另一端与下游的空预器出口烟道连接；脱硫出口烟气管路、压缩空气管路和烟气成分补入管路三者的出口端分别与烟气主管路连接，烟气主管路上还设有用于对进入烟气主管路的烟气进行补偿加热的电加热器；所述喷氨管路设置于电加热器的下游，喷氨管路的出口端与烟气主管路连接；所述试验反应器内嵌装有催化剂单元体，试验反应器的进口端和出口端均与烟气分析仪表连接；试验烟气在烟气脱硝装置入口烟道与空预器出口烟道之间的压差作用下流动。

进一步的，主烟气进入管路、脱硫出口烟气管路、压缩空气管路、烟气成分补入管路以及喷氨管路上均设置有阀门。

进一步的，所述脱硫出口烟气管路上设置有烟气循环风机。

进一步的，所述喷氨管路的进口端与现场烟气脱硝装置的氨/空气混合气管路连接。

进一步的，喷氨管路与烟气主管路的汇合处设有位于烟气主管路中的喷氨混合组件，该喷氨混合组件包括喷氨格栅和静态混合器，喷氨格栅与氨/空气混合气管路连接，静态混合器与喷氨格栅的喷氨口连接。

进一步的，所述SCR反应单元包括串联连接的四级试验反应器，其中，至少一级试验反应器内嵌装有催化剂单元体。

进一步的，四级试验反应器中，第一级试验反应器的进口处、第二级试验反应器的出口处以及相邻两级试验反应器之间分别连接烟气分析仪表。

进一步的，所述烟气主管路上连接有压力表、温度指示仪、温度检测仪、流量计。

更进一步的，烟气主管路连接有两路或两路以上的主烟气进入管路，且两路或两路以上的主烟气进入管路的汇合处以及脱硫出口烟气管路与烟气主管路的汇合处均设有烟气扰流混合挡板。

本实用新型的有益效果：

(1)该检测***采用SCR脱硝装置进口原烟气，原烟气相比完全通过配制模拟的烟气含有其后者不包含的烟尘等其它烟气成分，烟气基本条件最为真实，可全尺度复制脱硝装置真实的运行烟气条件：氧量、湿度、NO浓度、SO₂浓度、NH₃浓度、空速以及温度等条件，可适用于就地机组SCR脱硝催化剂的不同工况下性能试验检测；

(2)该检测***同时设计了脱硫出口低NO_x、低SO₂烟气管路、外接NO_x、 SO₂、N₂气体补配气瓶的烟气成分补入管路、压缩空气管路，配合烟气主管路和主烟气进入管路，基于脱硝装置进口原烟气可配置混合出不同试验条件要求的烟气参数，可满足不同机组设计条件下的SCR脱硝催化剂性能检测要求；

(3)该检测***的进口连接烟气脱硝装置入口烟道，出口连接空预器出口烟道，从而利用烟气脱硝装置入口烟道与空预器出口烟道之间的压差作用，驱动烟气快速流动，无需采用风机驱动装置，降低检测***的检测成本。

(4)该检测***中的压缩空气管路一方面可满足试验过程中配置烟气中的氧气含量水平，另一方面在各管路阀门的配合下，可以实现对检测***各管路的吹扫以及降温。

附图说明

图1为本实用新型基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***的结构示意图。

图2为本实用新型中的试验反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***的较佳实施例；该催化剂性能检测***包括烟气主管路1，该烟气主管路1上连接有烟气输入单元、喷氨单元和SCR反应单元；该烟气输入单元包括主烟气进入管路2、脱硫出口烟气管路3、压缩空气管路4和烟气成分补入管路5，该喷氨单元包括喷氨管路6，该SCR反应单元包括试验反应器7；所述烟气主管路1的一端通过主烟气进入管路2与上游的烟气脱硝装置的入口烟道8连接，烟气主管路1的另一端与下游的空预器出口烟道9连接；脱硫出口烟气管路3、压缩空气管路4和烟气成分补入管路5三者的出口端分别与烟气主管路1连接；其中的脱硫出口烟气管路3用于连接SCR脱硫出口，以在配制时通入脱硫后烟气；其中的压缩空气管路4用于通入压缩空气；其中的烟气成分补入管路5连接NO_x、SO₂、N₂气体补配气瓶10，以在配制时补入NO_x、 SO₂、N₂气体；烟气主管路1上还设有用于对进入烟气主管路的烟气进行补偿加热的电加热器11；所述喷氨管路6设置于电加热器11的下游，喷氨管路6 的出口端与烟气主管路1连接；所述试验反应器7连接在烟气主管路1的最下游上，其内嵌装有催化剂单元体701，试验反应器7的进口处和出口处均与烟气分析仪表15连接；试验烟气在烟气脱硝装置入口烟道8与空预器出口烟道9之间的压差作用下流动。

在该实施例中，检测***采用两路主烟气进入管路2，但主烟气进入管路的路数不限于两路，可设计为三路或三路以上。采用两路或两路以上的主烟气进入管路，一方面可提高试验烟气流速，另一方面可使进入烟气主管路中的烟气混合均匀，避免污染物成分波动。

为了实现管路的开闭或流量调节等，主烟气进入管路2、脱硫出口烟气管路3、压缩空气管路4、烟气成分补入管路5以及喷氨管路6上均设置有阀门。例如，在主烟气进入管路2上设置蝶阀、止回阀，在脱硫出口烟气管路3上设置调节阀。通过各阀门，可以实现各管路的开启或关闭。而且，又可通过调节各阀门的开度，实现对管路内的烟气或其他气体的流量和流速的调节。在该实施例中，经过现场试验验证，对于直径为100mm的烟气主管路，烟气脱硝装置入口烟道8与空预器出口烟道9之间的压差超过1kPa，则管路中的烟气流速可达15m/s；通过调节阀门开度，可根据试验要求调整烟气流量和流速。

该检测***可以根据催化剂设计烟气条件或实际运行烟气条件，利用脱硝装置进口原烟气(锅炉原烟气)或者基于脱硝装置进口原烟气得到的配制烟气(以脱硝装置进口原烟气为主)进行试验；该***利用脱硫出口低NO_x、低SO₂烟气管路、外接NO_x、SO₂、N₂气体补配气瓶的烟气成分补入管路以及压缩空气管路，配合烟气主管路和主烟气进入管路，基于脱硝装置进口原烟气，通入一定的脱硫后烟气、氧气以及NO_x、SO₂、N₂气体等，配置混合出不同试验条件要求的烟气参数(空速、温度、NO、SO₂、SO₃、NH₃、湿度、氧量等)，可满足不同机组设计条件下的SCR脱硝催化剂性能检测要求。

对于脱硫出口烟气管路3而言，脱硫出口相对脱硝入口有一定的压差，但考虑管路沿程阻力配置烟气循环风机12，满足对循环烟气量的需求。

在该实施例中，两路主烟气进入管路2的汇合处以及脱硫出口烟气管路3 与烟气主管路1的汇合处均设有烟气扰流混合挡板13。烟气扰流混合挡板13 可以破坏烟气的层流状态，强迫烟气混合均匀。

烟气主管路1中设置的电加热器11，可以对原烟气或配置后的烟气进行补偿加热，使得烟气温度满足试验要求。由于该检测***采用锅炉原烟气，温度较高，只需进行较小程度的补热，相比其他试验检测***加热幅度小，能耗较低。

检测***中的喷氨管路6的进口端与现场烟气脱硝装置的氨/空气混合气管路连接，并在喷氨管路6与烟气主管路1的汇合处设置位于烟气主管路中的喷氨混合组件14，该喷氨混合组件14包括喷氨格栅和静态混合器，喷氨格栅与氨/空气混合气管路连接，静态混合器与喷氨格栅的喷氨口连接。如此，该检测***的氨气来源于烟气脱硝装置，并利用在烟气主管路中的喷氨混合组件，实现氨气与烟气的混合均匀；此外，喷氨管路6布置在电加热器11的下游，可避免烟气中的氨接触电热器表面发生分解。

在该实施例中，检测***中的反应单元包括串联连接的四级试验反应器 7，其中，至少一级试验反应器7内嵌装有催化剂单元体701。嵌装催化剂单元体的反应器截面尺寸为150mm×150mm(宽×高)、长度可设为 1600mm～1800mm，满足催化剂试样的全尺寸要求。如图2所示，试验反应器 7具有不锈钢材质的箱体702和箱盖703，箱体702内具有内腔，催化剂单元体701嵌装于箱体702的内腔中，箱盖703盖合在箱体702上。箱体702的内腔壁与催化剂单元体701之间填充有隔热保温材料；箱盖703与箱体702 接触面之间设有高温密封材料，保证试验过程中的严密性。试验反应器7的箱体的两侧均设有对接块704，通过对接块704，实现相邻两个试验反应器7 之间的连接。该实施例的反应单元可实现最多“3+1”(3层催化剂设计层加1 层催化剂预留层)布置方式的测试要求，也满足1层、2层、3层的布置方式的测试要求。

四级试验反应器中，第一级试验反应器的进口处、第四级试验反应器的出口处以及相邻两级试验反应器之间均连接烟气分析仪表15。更具体的，第一级试验反应器的进口处与烟气分析仪表的连接位置在喷氨管路6的上游。

此外，烟气主管路1上还连接有压力表、温度指示仪、温度检测仪、流量计，以检测烟气的压力、温度和烟气流量。

再有，该检测***的主烟气进口管路2、脱硫出口烟气管路3、试验反应器7的进出口等处均采用保温材料进行保温处理。

上述催化剂性能检测***的检测方法，具体为：脱硝装置进口原烟气，或者基于脱硝装置进口原烟气在压缩空气管路4、脱硫出口烟气管路3和烟气成分补气管路5配合下得到的配制烟气在烟气脱硝装置入口烟道8与空预器出口烟道9之间的压差作用下流动，经由烟气主管路1，再经电加热器11进行补偿加热，然后脱硝装置进口原烟气或配制烟气进入试验反应器7与氨气进行反应，检测烟气流量、氨逃逸浓度、试验反应器进口处和出口处的烟气中NO_x浓度、SO₂浓度，计算出催化剂的脱硝效率、SO₃转化效率和活性K。

进行上述试验更具体的步骤如下：

(1)对检测***进行吹扫及严密性检测。通过调整检测***各路阀门开度，分别用压缩空气吹扫各管路和试验反应器。吹扫结束后，打开主烟气进入管路通入锅炉原烟气，通过测试对比烟气脱硝装置入口处与试验反应器出口处 O₂含量水平检查检测***气密性，满足严密性要求。

(2)进行试验烟气条件的设定和配置。根据催化剂设计烟气条件或实际运行烟气条件，通过烟气主管路1、主烟气进入管路2、脱硫出口烟气管路3、烟气成分补入管路5、压缩空气管路4、喷氨管路6的配合，并通过设置电加热器参数，配置混合出试验条件要求的烟气参数，即：空速、温度、NO、SO₂、 SO₃、NH₃、湿度、氧量等。

(3)催化剂试样的安装及老化。按照试验要求，完全模拟电厂催化剂布置方式，将催化剂单元体安装到试验反应器中。新催化剂测试前应对其通烟气进行老化处理，老化结果需满足标准要求。

(4)测试及数据记录。脱硝装置进口原烟气，或者基于脱硝装置进口原烟气得到的配制烟气在烟气脱硝装置入口烟道8与空预器出口烟道9之间的压差作用下流动，经由烟气主管路1，再经电加热器11进行补偿加热，然后脱硝装置进口原烟气或配制烟气进入试验反应器7与氨气进行反应，实现测试，并记录试验数据。在正式进入测试阶段前还需进行试验工况的稳定工作。稳定的工况要求正式测试前30分钟内进入试验反应器入口的烟气参数波动幅度需满足检测标准要求。试验期间，当烟气条件发生变化时，应稳定1小时后再次进行测量数据采集。进入正式测试试验后，每间隔1.0～1.5小时测定一次，至少测定5次。当相邻两次的测量结果相对偏差不大于10％时，可以结束试验。

(5)试验测试结束后，关闭相关仪器和设备，并依次关闭烟气成分补入管路5上的阀门(如开)、喷氨管路6上的阀门、脱硫出口烟气管路3上的烟气循环风机和阀门、主烟气进入管路2上的阀门，并打开压缩空气管路4上的阀门，利用压缩空气进行吹扫及降温，待温度满足要求后关断压缩空气管路上的阀门及烟气主管路上的阀门，并开启试验反应器7，取出催化剂单元体 701。

(6)试验数据处理及计算。按照检测标准，检测各烟气成分参数，如烟气流量、氨逃逸浓度、试验反应器进口处和出口处的烟气中NO_x浓度、SO₂浓度，根据试验期间记录数据进行算术平均值计算并折算到标准状态、干基、过剩空气系数1.4的状态下，并根据已知的相应公式计算出催化剂的脱硝效率、SO₃转化效率和活性K。例如，催化剂试样的脱硝效率η＝100×(C₁-C₂) /C₁，其中，C₁为试验反应器进口处的烟气中NO_x浓度，C₂为试验反应器出口处的烟气中NO_x浓度。此外，也可以通过检测***中的仪表检测得到其他指标，如压降。

试验结束后的尾气直接接入空预器出口烟道9中，试验烟气中的灰尘和 SO₂可在机组后续环保设备中脱除，无需额外进行处理。

通过脱硝催化剂检测结果，可以对催化剂当前脱硝性能、失活原因、劣化趋势进行评估，提出催化剂采购、运行、加装、更换、再生、报废等管理建议。

该检测***设计因地制宜，充分利用了现场高温烟气和场地空间，整体自上而下竖直布置，结构设计简明，占用场地空间较小，并对现有设备无影响，可满足相对火电装机容量小、检测需求较少的国家或集团组织的SCR脱硝催化剂检测平台建设，其投资相对少，维护方便，检测运行经济性高。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于：该检测***包括烟气主管路，该烟气主管路上连接有烟气输入单元、喷氨单元和SCR反应单元；该烟气输入单元包括主烟气进入管路、脱硫出口烟气管路、压缩空气管路和烟气成分补入管路，该喷氨单元包括喷氨管路，该SCR反应单元包括试验反应器；所述烟气主管路的一端通过主烟气进入管路与上游的烟气脱硝装置的入口烟道连接，烟气主管路的另一端与下游的空预器出口烟道连接；脱硫出口烟气管路、压缩空气管路和烟气成分补入管路三者的出口端分别与烟气主管路连接，烟气主管路上还设有用于对进入烟气主管路的烟气进行补偿加热的电加热器；所述喷氨管路设置于电加热器的下游，喷氨管路的出口端与烟气主管路连接；所述试验反应器内嵌装有催化剂单元体，试验反应器的进口端和出口端均与烟气分析仪表连接；试验烟气在烟气脱硝装置入口烟道与空预器出口烟道之间的压差作用下流动。

2.根据权利要求1所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，主烟气进入管路、脱硫出口烟气管路、压缩空气管路、烟气成分补入管路以及喷氨管路上均设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，所述脱硫出口烟气管路上设置有烟气循环风机。

4.根据权利要求1所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，所述喷氨管路的进口端与现场烟气脱硝装置的氨/空气混合气管路连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，喷氨管路与烟气主管路的汇合处设有位于烟气主管路中的喷氨混合组件，该喷氨混合组件包括喷氨格栅和静态混合器，喷氨格栅与氨/空气混合气管路连接，静态混合器与喷氨格栅的喷氨口连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，所述SCR反应单元包括串联连接的四级试验反应器，其中，至少一级试验反应器内嵌装有催化剂单元体。

7.根据权利要求6所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，第一级试验反应器的进口处、第二级试验反应器的出口处以及相邻两级试验反应器之间分别连接烟气分析仪表。

8.根据权利要求1所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，所述烟气主管路上连接有压力表、温度指示仪、温度检测仪、流量计。

9.根据权利要求1所述的一种基于现场SCR烟气脱硝装置的催化剂性能检测***，其特征在于，烟气主管路连接有两路或两路以上的主烟气进入管路，且两路或两路以上的主烟气进入管路的汇合处以及脱硫出口烟气管路与烟气主管路的汇合处均设有烟气扰流混合挡板。