选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置和方法
【专利摘要】本发明公开一种选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置和方法，属于烟气处理【技术领域】。该检测装置包括气体控制单元、液体控制单元、反应器单元、产物分析单元和系统控制单元；所述气体控制单元和液体控制单元均通过管道连接于反应器单元的入口，所述产物分析单元通过管道连接于反应器单元的出口，所述气体控制单元、液体控制单元、反应器单元和产物分析单元均与系统控制单元电气连接。利用上述检测装置进行选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测方法，可获得催化剂的活性数据，进而为电厂提出运行优化建议。
【专利说明】选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烟气处理技术，特别是涉及一种选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性检测装置和方法。
【背景技术】
[0002]选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction, SCR)脱硝技术是在催化剂(如V205/Ti02和V205-W03/Ti02)作用下，还原剂NH3在高温下将NO和NO2还原成N2,而几乎不发生NH3的氧化反应，从而提高了 N2的选择性，减少了 NH3消耗的一种技术，其首先由美国的Engelhard公司发明并于1957年申请专利,后来日本在该国环保政策的驱动下,成功研制出了现今被广泛使用的V205/Ti02催化剂，并分别在1977年和1979年在燃油和燃煤锅炉上成功投入商业运用，欧洲是从1985年开始引进SCR技术。目前，国外经过30多年的研究和工业实践，研发出了多种以TiO2为载体的V2O5基工业催化剂，包括V205/Ti02、V2O5/TiO2-SiO2, V2O5-WO3AiO2和V205-Mo03/Ti02，其操作温度在280_420°C之间，脱硝效率可达到85%以上，可有效地减少氮氧化物排放，满足日益严格的环保要求，在国外得到了广泛应用。在国内，为了满足越来越严格的NOx排放标准，SCR脱硝技术也已经成为火电厂氮氧化物控制的主流技术。
[0003]近年来，低温SCR脱硝催化剂的研发进展很快，形成了以活性炭为载体，以V205、Fe2O3和MnOx等为活性组分的各种催化剂，但这些催化剂均尚未经过工业验证。并且催化剂是电厂SCR烟气脱硝系统的核心，它约占其投资的1/3。催化剂结构和组成的选择对电站安全经济运行至关重要，而且在运行过程中，由于其催化剂的失效而需要的定期更换费用占运行成本的主要部分。安装SCR脱硝系统后，也会对锅炉系统的结构设计及安全经济运行带来影响。因此，亟需一种可靠的催化剂评估验证方法
【发明内容】
[0004]基于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置和方法，可以对各种选择性催化还原法脱硝系统的催化剂活性进行检测，评估催化剂。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0006]一种选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，包括产生模拟烟气和还原气体的气体控制单元、产生模拟水蒸气的液体控制单元、供模拟烟气和还原气体反应的反应器单元、分析气体成分的产物分析单元和控制该检测装置运行的系统控制单元；所述气体控制单元和液体控制单元均通过管道连接于反应器单元的入口，所述产物分析单元通过管道连接于反应器单元的出口，所述气体控制单元、液体控制单元、反应器单元和产物分析单元均与系统控制单元电气连接。
[0007]采用上述检测装置检测选择性催化还原法脱硝系统催化剂的活性时，将催化剂置于反应器单元中，用系统控制单元控制气体控制单元和液体控制单元产生合适的模拟真实烟气成分的气体，然后将模拟气体和用于还原的气体送入反应器单元中，在催化剂的作用下进行反应，随后分析反应后气体成分，通过计算，得到催化剂的活性。
[0008]在其中一个实施例中，所述气体控制单元包括通过管道依次连接的原料气储存瓶、流量计、气体预热器。所述流量计用于控制原料气的流量，所述气体预热器用于将原料气加热，既真实反应烟气情况，又为下一步的还原反应提供预热。所述原料气分别为n2、02、NO、SO2, NH3，其中NH3为加入的还原气体，其它原料气为模拟烟气成分。还可根据不同情况的烟气组成调整原料气的种类和比例，真实的模拟再现实际生产中产生的烟气。
[0009]在其中一个实施例中，所述液体控制单元包括通过管道依次连接的液体储罐、计量泵和汽化器。液体储罐内的水通过计量泵计量后进入汽化器，在汽化器内全部气化，用于模拟烟气中产生的水蒸气。
[0010]在其中一个实施例中，所述反应器单元包括反应器本体和用于加热该反应器本体的加热器，该反应器本体内设有容置催化剂的恒温区。加热器将反应器加热至所需的反应温度，反应器内设有的恒温区可保证温度的均匀性。
[0011]在其中一个实施例中，所述反应器单元还包括设于反应器本体内的探热管，该探热管贯穿所述恒温区。该探热管用于测定催化剂床内的真实反应温度和温度分布均匀性。
[0012]在其中一个实施例中，所述产物分析单元包括通过管道依次连接的气液分离器和烟气分析仪。反应后的气体经气液分离器(即通过浓硫酸除水)将水与气体分开，以避免水对烟气分析仪的影响，然后用烟气分析仪对气体进行分析。
[0013]在其中一个实施例中，该检测装置还包括混合器和保温箱，所述气体控制单元和液体控制单元具有共同的连接反应器单元的管道，所述混合器设于该段共同的连接反应器单元的管道上，所述保温箱套装于混合器外。且该混合器与反应器单元之间的管道为保温管道。所有模拟气体在混合器内混合均匀再进入反应器单元中，保温箱和保温管道的运用，可以确保经预热的气体保持温度不降低。
[0014]本发明还提供采用上述的检测装置进行选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测方法，其特征在于包括以下步骤:
[0015]I)使气体控制单元模拟烟气和还原气体，该模拟烟气和还原气体中的氨氮比(即反应体系中氨和NOx的摩尔比与理论上的氨还原NOx反应的当量摩尔比之间的比值)大于I ;使液体控制单元产生模拟水蒸气；
[0016]2)将上述模拟烟气、还原气体和模拟水蒸气混合后加热至320-400°C，以3000-400(?.1的空速进入容置有催化剂的反应器单元中反应；
[0017]3)利用产物分析单元分析步骤(2)反应后的气体成分；
[0018]4)根据步骤3)得到的结果计算催化剂的活性。
[0019]所述催化剂的活性是指单位表面催化剂处理氮氧化物的综合能力，主要是由烟气的物化组成、烟气温度、烟气速度和催化剂性能等决定。根据德国VGB标准，催化剂的活性计算公式如下:
【权利要求】
1.一种选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，其特征在于，包括产生模拟烟气和还原气体的气体控制单元、产生模拟水蒸气的液体控制单元、供模拟烟气和还原气体反应的反应器单元、分析气体成分的产物分析单元和控制该检测装置运行的系统控制单元；所述气体控制单元和液体控制单元均通过管道连接于反应器单元的入口，所述产物分析单元通过管道连接于反应器单元的出口，所述气体控制单元、液体控制单元、反应器单元和产物分析单元均与系统控制单元电气连接。
2.根据权利要求1所述的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，其特征在于，所述气体控制单元包括通过管道依次连接的原料气储存瓶、流量计、气体预热器。
3.根据权利要求1所述的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，其特征在于，所述液体控制单元包括通过管道依次连接的液体储罐、计量泵和汽化器。
4.根据权利要求1所述的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，其特征在于，所述反应器单元包括反应器本体和用于加热该反应器本体的加热器，该反应器本体内设有容置催化剂的恒温区。
5.根据权利要求4所述的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，其特征在于，所述反应器单元还包括设于反应器本体内的探热管，该探热管贯穿所述恒温区。
6.根据权利要求1所述的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，其特征在于，所述产物分析单元包括通过管道依次连接的气液分离器和烟气分析仪。
7.根据权利要求1-6任一项所述的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测装置，其特征在于，该检测装置还包括混合器和保温箱，所述气体控制单元和液体控制单元具有共同的连接反应器单元的管道，所述混合器设于该段共同的连接反应器单元的管道上，所述保温箱套装于混合器外。
8.采用权利要求1-7任一项的检测装置进行选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测方法，其特征在于包括以下步骤: 1)使气体控制单元产生模拟烟气和还原气体，该模拟烟气和还原气体中的氨氮比大于I ;使液体控制单元产生模拟水蒸气； 2)将上述模拟烟气、还原气体和模拟水蒸气混合后加热至320-400°C，以3000-4000h一1的空速进入容置有催化剂的反应器单元中反应； 3)利用产物分析单元分析步骤(2)反应后的气体成分； 4)根据步骤3)得到的结果计算催化剂的活性。
9.根据权利要求8的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测方法，其特征在于: 步骤I)中，所述模拟烟气和还原气体中的氨氮比为1.1 ； 步骤2)中，所述模拟烟气、还原气体和模拟水蒸气加热至350°C，所述空速为3500h 一、
10.根据权利要求8的选择性催化还原法脱硝系统催化剂活性的检测方法，其特征在于: 步骤2)中，控制混合后的各气体成分的浓度波动范围为0%-5% ； 步骤3)中，每隔30min分析一次气体成分，至少分析5次，且相邻两次分析的结果相对偏差应小于10%，否则应重新开始检测。
【文档编号】G01N31/10GK103529161SQ201310362815
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】李德波 申请人:广东电网公司电力科学研究院