一种基于高温管式炉的硫酸氢铵反应发生装置的制作方法

本发明涉及硫酸氢铵反应发生实验装置技术领域。

背景技术：

燃煤电厂通行的烟气脱硝工艺种类众多，选择性催化还原法(scr)因其脱硝效率高、技术适用性强以及脱硝产物无污染等优势显著，在近几年内，运用较为广泛。但在其脱硝的过程中还会造成大量的氨逃逸以及将烟气中的so2催化氧化成so3。逃逸氨和so3烟气中水蒸气反应生成硫酸氢铵，导致催化剂和空气预热器堵塞。造成机组热经济性损失以及严重威胁到电力系统安全运行。硫酸氢氨的生成速率与其反应物的浓度，摩尔比，反应温度密切相关，因此研究硫酸氢铵这种物质的气相生成机理，掌握其合成过程中各反应物的实时浓度参数，对于电厂高低硫煤掺混燃烧，以及脱硝系统实时喷氨量提供理论指导，以预防低负荷运行条件下，催化剂中毒以及空预器堵塞，保障机组运行的安全性和经济性有着重要意义。

由于当前科研工作者主要采用加热稀硫酸的方式模拟烟气中的so3，通过稀释一定浓度的nh3混合气模拟烟气中的nh3，平衡气体为空气。雾化器将稀硫酸雾化成液滴，然后由部分空气携带，和已经经过预热的空气合，稀硫酸液雾迅速蒸发，再经过进一步加热后，和nh3混合气混合，最终形成实验所需的模拟烟线。这种方法，看似简单，但实际操作起来特别麻烦，而且这种方法模拟出的烟气中so3和h2o的摩尔比是一个定值，不能真实反映脱销系统烟气中so3实际情况。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于高温管式炉的硫酸氢铵反应模拟装置，它具有便于操作，可控性高等特点。可以比较真实的模拟硫酸氢铵的气相反应机理。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于高温管式炉的硫酸氢铵反应发生装置，包括混合气反应腔室和位于其下方的so3发生器，混合气反应腔室为tdlas测量通道的一部分，tdlas测量通道整体形状为由透明材质组成的柱形体，混合气反应腔室设置在柱形体的中部，柱形体位于混合气反应腔室左端的部分为左侧反应腔室附属体，柱形体位于混合气反应腔室右端的部分为右侧反应腔室附属体，混合气反应腔室设有nh3进气管、雾化水蒸气进气管、排气管和so3进气管，so3进气管与so3发生器连通。

本发明进一步改进在于：

so3发生器包括外层玻璃套管和内层玻璃套管，外层玻璃套管左端为开口端，其右端为闭口端，内层玻璃套管的左端为开口端，并设有与其相适配的密封塞，密封塞设有so2进气孔，内层玻璃套管的右端口通过后置玻璃砂芯板封闭，在内层玻璃套管内设有可沿管壁滑动的前置玻璃砂芯板，内层玻璃套管中后置玻璃砂芯板与前置玻璃砂芯板之间所形成的腔室为钒基催化剂容纳腔，内层玻璃套管滑配于外层玻璃套管内，内层玻璃套管右端的后置玻璃砂芯板与外层玻璃套管右端形成的空间为so3气体积聚室，so3进气管与so3气体积聚室连通。

tdlas测量通道的柱形体具体结构为：柱形体为左端和右端均由透明玻璃板封闭的柱形管，在柱形管内间隔设有两片透明玻璃板，两片透明玻璃板的外沿与柱形管内壁密封连接，以使柱形管内形成左侧腔室、中间腔室和右侧腔室，左侧反应腔室附属体为左侧腔室，右侧反应腔室附属体为右侧腔室，混合气反应腔室为中间腔室，左侧腔室与右侧腔室之间设有连通管，左侧腔室的左侧与右侧腔室的右侧各设有氮气吹扫管接口。

柱形管和位于其下方的外层玻璃套管相互平行设置，在柱形管和外层玻璃套管之间设有连接筋，nh3进气管和雾化水蒸气进气管分别设置在柱形管的两侧，且nh3进气管、雾化水蒸气进气管、排气管和柱形管在水平方向上相互平行设置。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本套模拟装置，采用so2催化氧化法制so3，单独雾化h2o，然后通入还原气nh3，采用三路独立的气路，可控性，变量设置更加自由，可以比较真实地模拟硫酸氢铵的气相反应机理。且本套装置基于高温管式炉设计而成，且so3的发生与反应均在高温管式炉内进行，因此可以避免so3因为沸点(44.8℃)高于室温而出现在在常温下呈液态的情形而不进入装置发生反应。此外，so3发生器采用分体式结构设计可以方便催化剂的填充与拆卸。

通过实验室模拟硫酸氢氨的生成机理，可以避免去工业现场进行繁杂的现场试验，通过实验探究出硫酸氢氨的生成机理，可以为火电厂机组运行优化提供理论指导，防止硫酸氢铵的大量生成造成脱销催化剂中毒以及空预器堵塞，为电厂带来经济损失和安全隐患。

它具有便于操作，可控性高等特点。可以比较真实的模拟硫酸氢铵的气相反应机理。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中柱形管的俯视图；

图3是本发明使用状态结构示意图。

在附图中：1、混合气反应腔室；1-1、nh3进气管；1-2、雾化水蒸气进气管；1-3、so3进气管；1-4、排气管；2、左侧反应腔室附属体；3、右侧反应腔室附属体；4、外层玻璃套管；5、内层玻璃套管；5-1、密封塞；5-1-1、so2进气孔；5-2、后置玻璃砂芯板；5-3、前置玻璃砂芯板；5-4、钒基催化剂容纳腔；5-5、so3气体积聚室；6、连接筋；a、柱形管；a1、透明玻璃板；a2、左侧腔室与右侧腔室之间的连通管；a3、氮气吹扫管接口；7、激光器；8、光电传感器；9、高温管式炉。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

由图1-2所示的实施例可知，本实施例包括混合气反应腔室1和位于其下方的so3发生器，混合气反应腔室1为tdlas测量通道的一部分，tdlas测量通道整体形状为由透明材质组成的柱形体，混合气反应腔室1设置在柱形体的中部，柱形体位于混合气反应腔室1左端的部分为左侧反应腔室附属体2，柱形体位于混合气反应腔室1右端的部分为右侧反应腔室附属体3，混合气反应腔室1设有nh3进气管1-1、雾化水蒸气进气管1-2、排气管1-4和so3进气管1-3，so3进气管1-3与so3发生器连通。

so3发生器包括外层玻璃套管4和内层玻璃套管5，外层玻璃套管4左端为开口端，其右端为闭口端，内层玻璃套管5的左端为开口端，并设有与其相适配的密封塞(硅胶塞)5-1，密封塞5-1设有so2进气孔5-1-1，内层玻璃套管5的右端口通过后置玻璃砂芯板5-2(可以透过气体并防止尘粒通过)封闭，在内层玻璃套管5内设有可沿管壁滑动的前置玻璃砂芯板5-3，内层玻璃套管5中后置玻璃砂芯板5-2与前置玻璃砂芯板5-3之间所形成的腔室为钒基催化剂容纳腔5-4，内层玻璃套管5滑配于外层玻璃套管4内，内层玻璃套管5右端的后置玻璃砂芯板5-2与外层玻璃套管4右端形成的空间为so3气体积聚室5-5，so3进气管1-3与so3气体积聚室5-5连通。

tdlas测量通道的柱形体具体结构为：柱形体为左端和右端均由透明玻璃板a1封闭的柱形管a，在柱形管a内间隔设有两片透明玻璃板a1，两片透明玻璃板a1的外沿与柱形管a内壁密封连接，以使柱形管a内形成左侧腔室、中间腔室和右侧腔室，左侧反应腔室附属体2为左侧腔室，右侧反应腔室附属体3为右侧腔室，混合气反应腔室1为中间腔室，左侧腔室与右侧腔室之间设有连通管a2，左侧腔室的左侧与右侧腔室的右侧各设有氮气吹扫管接口a3。

柱形管a和位于其下方的外层玻璃套管4相互平行设置，在柱形管a和外层玻璃套管4之间设有连接筋6，nh3进气管1-1和雾化水蒸气进气管1-2分别设置在柱形管a的两侧，且nh3进气管1-1、雾化水蒸气进气管1-2、排气管1-4和柱形管a在水平方向上相互平行设置。

使用方法：

参见图3，实验开始前，将内层玻璃套管5上的密封塞5-1拔掉，并将前置玻璃砂芯板5-3倒出，取适量的钒基催化剂倒入内层玻璃套管5内，再把前置玻璃砂芯板5-3推入内层玻璃套管5，使钒基催化剂固定于容纳腔5-4内，催化剂填料并使气体扩散均匀，重新塞好密封塞5-1，将内层玻璃套管5重新插入外层玻璃套管4适当位置，使得气体经过前置玻璃砂芯板5-3后能顺利经钒基催化剂容纳腔5-4产生so3于so3气体积聚室5-5聚集，通过so3进气管进入混合气反应腔室1，最后在外层玻璃套管4的出口位置与内层玻璃套管5之间形成涂满耐高温硅胶，起到密封作用。

之后将本装置放置于高温管式炉9内，高温管式炉9两端插入事先准备好的挖好孔槽的氧化铝塞，起到固定本装置和保温的作用，左侧反应腔室附属体2和右侧反应腔室附属体3分别支撑在高温管式炉9左右两侧，以使柱形管a的左右两端延伸出管式炉外部便于测量，并使混合气反应腔室1位于高温管式炉9中部温度较高且较稳定位置，将二氧化硫储气瓶里的so2和干燥空气经过流量计后混合并由气管连接后插入密封塞5-1的so2进气孔(硅胶孔)5-1-1中，再将氨气储气罐里的nh3稀释到适当的浓度经过流量计后通过软管输送至nh3进气管1-1，将水蒸气雾化(通过调整雾化器功率来控制雾化流量)好后通过软管接入雾化水蒸气进气管1-2。最后通过氮气吹扫管接口a3接入定量的n2进行吹扫，保持左侧腔室和右侧腔室的洁净度及排除内部水分，以排除激光测量干扰。

试验管路连接完毕，将激光器7和光电传感器8分别固定在柱形管a左右两侧，调增好光路，并调试传感器接收端，通过采集卡将采集信号传送至计算机。最后开始加热高温管式炉9，设置不同的保温温度，并将参与反应的各种气体按照不同的比例通入本装置并在混合气反应腔室1混合，尾气由排气管1-4排出，并用氢氧化钠将其吸收。

利用tdlas测量原理，通过光强的改变量来反应出被测气体的浓度变化值。尾气利用pentol-so3在线检测装置来检测so3的实时变化量。通过分析在不同温度下硫酸氢铵的形成过程中，各反应气体的浓度变化值，以及nh3/so3摩尔比，结合化学平衡理论，分析硫酸氢铵的气相形成机理。