一种scr脱硝催化剂的评价装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种SCR脱硝催化剂的评价装置，可在真实工况下对SCR脱硝催化剂的性能进行评价。装置的基础烟气采用燃气锅炉或燃油锅炉产生；设有配气系统及烟气混合装置，可向基础烟气内均匀配入NO、NH3、SO2、O2、H2O；设有两段式预热器，可将烟气预热至200~550 ℃；二级预热器后设有反应器，由2?4段串联反应管组成，反应管的内截面尺寸为50*50 mm~150*150 mm，每段长度为500~1500 mm，工作温度为200~450 ℃；设有采样管线，用于烟气组分浓度的在线分析，采样管线一端通过开关阀与位于每段反应管前后部的采样端口相连，另一端与在线分析系统连接；采用可编程逻辑控制器，通过控制电脑上的人机交互界面控制功能性元件，使用数据库软件实时记录所有运行参数和分析结果。
【专利说明】
一种SCR脱硝催化剂的评价装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种SCR脱硝催化剂的评价装置，具体而言，涉及一种可以在真实 工况下对SCR烟气脱硝催化剂的反应性能进行评价的装置。
【背景技术】
[0002] 氮氧化物(N0X)是最主要的大气污染物之一，它可以与大气中的其它污染物发生 复杂的次级化学反应，形成酸雨、光化学烟雾和可入肺细颗粒物（即PM2.5)，严重影响环境 质量，危害人体健康。空气中的N〇x大都由化石燃料高温燃烧过程产生，主要来源包括火力 发电、机动车排放和锅炉废气。2013年中国N0 X排放量达到2227.4万吨，其中火力发电排放 量达834万吨，占比37.4%(燃煤电厂烟气排放连续监测系统现状分析：中国电力减排研究 2014,王志轩等著，北京：中国电力出版社，2015，pl8)，是N0 X排放的最主要来源。控制火电 N0X排放，是治理大气污染、减少灰霾天气的重点。
[0003] 选择催化氧化还原（Selective catalytic oxidation, SCR)具有装置简单、脱除 效率高等优点，是目前火电厂烟气脱除N0X的主流方法。SCR方法以氨(NH 3)为还原剂，通过催 化过程将N0X转化成无害的氮气和水。SCR催化剂通常以二氧化钛(Ti0 2)为载体，以氧化钒 (V205)为主活性组分，并加入W03或Mo0 3等助剂。根据成型方式的不同，可分为板式和蜂窝式 两类。随着中国对电厂烟气排放标准的不断提高，SCR催化剂市场日趋火热，但由于缺少合 适的催化剂反应性能评价装置，催化剂产品质量难以得到保障。
[0004] 现有的SCR催化剂评价装置可分为微型反应器和中型反应器。微型反应器内径较 小，仅能装入少量破碎的或粉末状的催化剂样品。因气流状态和催化剂实际运行工况有较 大差别，测试条件对测试结果影响极大，所获得的结果无法代表催化剂在真实工况下的性 能。现有中型反应器通常可以装入截面尺寸在70*70mm以上的块状催化剂样品或截面尺寸 为150*150_的单元体催化剂，气流状态与真实工况较为接近，但基础烟气通常采样制氮机 发生的氮气模拟。由于模拟烟气主要为氮气，其组成与真实烟气差别较大，测试结果并不能 代表催化剂在真实工况下的性能。
[0005] 此外，现有中型装置还存在以下问题。
[0006] (1)烟气流量难以精确调节。通常只设有一条主烟气通道，烟气流量仅能通过基础 烟气发生装置进行手动粗略调节，无法实现精确调节与设置，使装置的适用性极大降低，也 使测试结果的准确性受到影响。
[0007] (2)烟气组分含量难以控制。现有装置大部分都通过手动调节烟气组分的流量来 控制烟气组分的含量，不仅费时费力，还要求操作人员具有丰富的操作经验，增加了装置的 使用难度，对人工因素的依赖也影响了测试结果的可靠性。
[0008] (3)反应器密封操作困难。由于中型装置可放置的催化剂样品较大，为了便于操 作，反应器多采用顶部/侧面开启的方式，很难保证完全密封，会导致污染气体泄露，危害操 作人员安全。也有部分装置采用截面开启法兰密封的方式，反应器密封较好，但装卸催化剂 较为困难。此外，由于烟气有较强的腐蚀性，接口容易生锈，影响长期使用的可靠性。
[0009] (4)缺少自动控制功能，严重依赖人工操作。SCR催化剂测试需要较长的时间，现有 装置通常需要大量人工操作来完成流量调节、配气、分析等测试过程，导致测试成本居高不 下，结果的可靠性和重复性也难以保证。
【发明内容】
[0010] 本实用新型的目的是提供一种SCR脱硝催化剂的评价装置，可以克服现有技术的 不足之处，在真实工况下对脱硝催化剂反应性能进行评价。
[0011] -种SCR脱硝催化剂的评价装置，包括：
[0012] (1)基础烟气采用燃气锅炉或燃油锅炉产生；
[0013] ⑵设有配气系统及烟气混合装置，可向基础烟气内均匀配入N0、NH3、S02、02、H 20;
[0014] (3)设有两段式预热器，可将烟气预热至200~550 °C;
[0015] (4)二级预热器后设有反应器，由2-4段串联反应管组成，反应管的内截面尺寸为 50*50 mm~150*150 mm，每段长度为500~1500 mm，采用电加热方式加热，工作温度为 200 ~ 450 °C；
[0016] (5)设有采样管线，用于烟气组分浓度的在线分析，采样管线一端通过开关阀与位 于每段反应管前后部的采样端口相连，另一端与在线分析系统连接。
[0017] 本装置以燃气锅炉或燃油锅炉产生的烟气作为基础烟气，可提供催化剂在真实工 况下的烟气环境，是获得催化剂真实反应性能的基础条件。如果采用氮气发生器产生的氮 气作为模拟基础烟气，其成分单一，无法完全模拟催化剂的实际运行工况，因而测试结果的 准确性也会受到影响。燃油锅炉烟气与火电厂烟气最为接近，是优选的方案，所采用的燃料 包括但不限于汽油、柴油、煤油、石脑油等。如受条件限制只能采用燃气锅炉时，由于天然气 燃烧产生烟气的含水量高于火电厂烟气，可在锅炉出口烟气管路上安装除湿装置。本装置 的锅炉可以与工厂生产线或供热系统共用，以降低运行成本。如锅炉仅用来产生基础烟气， 则需配备循环冷却装置。通常情况下锅炉可以设置不同的燃烧级别，以适配不同的烟气流 量。在所需的烟气流量范围较大时，也可配置两台不同功率的锅炉。
[0018] 设有两级预热器，用于将烟气预热至200~550 °C。第一级预热器可根据需要设 置在配气及气体混合装置之前或之后，第二级预热器出口直接与反应器相连。
[0019] 反应器由2-4段反应管串联构成，内截面尺寸为50*50 mm~150*150 mm，每段反 应管长度为500~1500 _，可装入蜂窝状催化剂样品、板式催化剂样品或全尺寸的蜂窝催 化剂单元体进行测试。反应器采用模块式电加热，工作温度为200~450 °C，控温热电偶置 于烟气气流之中，以保证反应温度的准确性。
[0020] 每段反应管的前后部设有采样端口连接至采样管线及在线分析系统，用于烟气组 分浓度的在线分析。可根据所需分析的烟气组分选择一个或多个在线分析仪，如NOX、S〇2、〇2 等组分含量可通过红外分析仪进行分析，nh 3、h2〇等组分含量可通过激光分析仪进行分析。 分析仪还可设有多个通道与不同的采样位置直接相连，可实现反应器不同位置烟气组分浓 度的同步分析。
[0021] 优选地，通过反应器的烟气流量为10~550 Nm3/h。
[0022]进一步优选地，通过反应器的烟气流量为50~350 Nm3/h，可满足绝大多数SCR催 化剂的测试需求。
[0023] 优选地，烟气从锅炉出来以后分为两路，一路是主路，通向预热器反应器；另一路 是旁路，用于过量烟气的外排。
[0024] 进一步优选地，在主烟气管路和烟气旁路上分别设置流量调节阀，通过与主烟气 管路上的流量计形成控制回路实现烟气流量的自动调整。通常情况下采用文丘里管流量 计，通过测定文丘里管的压差计算得到准确的烟气流量。流量计的位置可根据需求设置在 二级预热器之前、二级预热器与反应器之间或反应器之后。
[0025]优选地，在线分析系统与配气系统组成控制回路，自动完成对烟气内N0、NH3、S02、 〇2、h2〇中一种或几种气体组分的含量调整。锅炉之后的主烟气管路上设有配气系统，用于调 整烟气内各种气体组分的含量。在配气系统后设有混合装置，用于烟气组分的充分混合。氨 是通过氨气或氨水的形式进样的，N0可以由气体钢瓶提供，也可以由氨氧化燃烧生成。
[0026] 优选地，在两级预热器和反应器内部涂覆耐高温惰性涂层，避免酸性气体在高温 高湿条件下与金属内部发生反应。
[0027] 进一步优选地，在反应器内每段反应管的前后端放置石墨垫片，用于反应管的密 封。
[0028]优选地，采样管线设有电加热及保温层，最高可加热至350 °C，以避免无机盐在管 壁上沉积。
[0029] 进一步优选地，采样管线与采样端口之间的开关阀为自动开关阀，以实现采样管 线的自动切换。
[0030] 与现有技术相比，本实用新型的测试装置具有以下显著优点：
[0031] (1)采用燃烧过程产生的真实烟气作为基础烟气，测试条件与真实工况完全一致， 测试结果更为准确；
[0032] (2)可采用烟气旁路设计，配合自动调节阀，实现工作范围内任意烟气流量的精确 快速调节；
[0033] (3)可采用石墨垫片液压密封设计，反应器密封良好，催化剂拆卸操作简便，可靠 性好。
【附图说明】
[0034] 图1是本实用新型的一种SCR脱硝催化剂评价装置的结构示意图。
[0035] 图中：1-燃油/燃气锅炉；2a_旁路流量调节阀；2b_主路流量调节阀；3--级预热 器;4-配气系统;5-混合装置;6-流量计;7-二级预热器;8-采样口； 9-反应器；10-采样管线； 11-在线分析系统；12-排气栗;13-开关阀；14-反应管。
【具体实施方式】
[0036] 实施例1
[0037] 本实用新型的一种SCR脱硝催化剂评价装置，流程如图1所示。采用燃油锅炉（1)作 为基础烟气发生装置，配有两级预热器(3,7)和两段式反应器(9)。每段反应管（14)的内部 尺寸为150*150*1500 mm，反应管（14)前后采用石墨垫片密封，前部、中部、后部均设有采样 管线（10)与在线分析系统（11)连接，烟气流量由流量计(6)测定，并与锅炉（1)出口旁路上 的流量调节阀（2a)及反应器(9)出口管路上的流量调节阀（2b)构成控制回路，自动调整经 过反应器(9 )的烟气流量。
[0038] 实施例2
[0039] 本实用新型的一种SCR催化剂评价装置，与实施例1不同的是采用天然气燃烧炉及 除水装置代替燃油锅炉（1)。
[0040] 实施例3
[0041] 本实用新型的一种SCR催化剂评价装置，与实施例1不同的是锅炉出口管路上不包 含烟气旁路管道和调节阀（2a)，不具备烟气流量自动调整功能。
[0042] 实施例4
[0043] 本实用新型的一种SCR催化剂评价装置，与实施例1不同的是采样管线（10)上的阀 门（13)为自动开关阀。
[0044] 实施例5
[0045] 本实用新型的一种SCR催化剂评价装置，与实施例1不同的是采样管线（10)上的阀 门（13)为自动开关阀。配气系统(4)与在线分析系统（11)形成控制回路。
[0046] 实施例6
[0047] 本实用新型的一种SCR催化剂评价装置，与实施例1不同的是采样管线（10)上的阀 门（13)为自动开关阀。配气系统(4)与在线分析系统（11)形成控制回路;装置配置独立的硬 件安全系统和自动执行系统。
[0048] 实施例7
[0049] 本实用新型的一种SCR催化剂评价装置，流程参见图1，所不同的是反应管(9)的内 部尺寸为70*70*750 mm。
[0050] 对比例1
[0051]小型SCR催化剂评价装置，反应器(9)为单段管状，内径4 cm，催化剂容积50 ml，使 用法兰密封，基础烟气采用氮气模拟。
[0052] 对比例2
[0053]中型SCR催化剂评价装置，设有两段式反应管（14)，每段反应管（14)内部尺寸为 150*150*1500 mm，反应器(9)基础烟气采用氮气模拟。
[0054] 实施例8
[0055] 将相同批次的蜂窝状SCR催化剂按上述装置反应器尺寸切割或破碎后装样，在相 同的反应温度和S02、N0、0 2浓度下进行测试，烟气流速根据各设备的优化条件设定。
[0056] 测试条件：
[0057] 反应温度：385 °C
[0058] NO浓度:400 vpm (标准干态）
[0059] S02浓度:500 vpm(标准干态）
[0060] 〇2 含量：5.0%
[00611脱硝效率及S02/S03转化率的计算方法：
[0062] 脱硝效率 ％ = (& - C2)/C2 X 100
[0063] SO2/SO3转化率 ％ = (S3。_ S3i)/S2i X 100
[0064] C1:反应器入口 NO*浓度
[0065] C2:反应器出口 N0*浓度
[0066] S3。:反应器出口 S03浓度
[0067] S3i:反应器入口 S03浓度
[0068] S2i:反应器入口 S02浓度
[0069] 平衡时间：开始配气至气体组分达到设定值所需时间。
[0070] 测试时间：预热器及反应器达到设定温度后，开始配气至完成老化测试全部过程 所需时间。
[0071] 脱硝效率及s〇2/s〇3转化率为反应稳定后连续三次测试结果的平均值。
[0073]由以上结果可以看出，本实用新型装置的测试结果与工厂实测最为接近，并且通 过对测试流程的自动化控制，还可显著节省平衡时间和配气时间。而小型微反装置(对比例 1)和采用氮气作为模拟基础烟气的中型装置(对比例2)测试值偏离实测值较多。此外，且小 型装置无法同时通入S0 2,无法同时测定S02/S03转化率。
【主权项】
1. 一种SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，包括： (1) 基础烟气采用燃气锅炉或燃油锅炉（1)产生； (2) 设有配气系统（4)及烟气混合装置(5)，可向基础烟气内均匀配入NO、NH3、S〇2、〇2、 H2O; (3) 设有两级预热器(3,7)，可将烟气预热至200~550 °C; (4) 二级预热器(7)后设有反应器(9)，由2-4段串联反应管（14)组成，反应管（14)的内 截面尺寸为50*50 mm~150*150 mm，每段长度为500~1500 mm，采用电加热方式加热，工 作温度为200~450 °C; (5) 设有采样管线（10)，用于烟气组分浓度的在线分析，采样管线（10)-端通过开关 阀（13)与位于每段反应管（14)前后部的采样端口（8)相连，另一端与在线分析系统（11)连 接。2. 根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，通过反应器(9)的烟 气流量为10~550 NmVh。3. 根据权利要求2所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，通过反应器(9)的烟 气流量为50~350 NmVh。4. 根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，烟气从锅炉（1)出来 以后分为两路，一路是主路，通向预热器(3,7)和反应器(9);另一路是旁路，用于过量烟气 的外排。5. 根据权利要求4所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于:烟气旁路和主路上 分别设有流量调节阀（2a)和(2b)，并与烟气主路上的流量测量装置(6)形成控制回路，自动 对烟气流量进行调整。6. 根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，在线分析系统（11) 与配气系统(4)形成控制回路，自动对烟气内勵、順3、50 2、02、!120中一种或几种气体组分的 含量进行调整。7. 根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，两级预热器(3,7)和 反应器(9)内壁附有不与酸性气体反应的耐高温惰性涂层。8. 根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，反应器(9)内每段反 应管（14)的前后端放置石墨垫片，用于反应管（14)的密封。9. 根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，采样管线（10)设有 电加热及保温层，最高可加热至350 °C。10. 根据权利要求1所述的SCR脱硝催化剂的评价装置，其特征在于，采样管线（10)与采 样端口（8)之间的开关阀（13)为自动开关阀。
【文档编号】G01N31/10GK205506776SQ201620075303
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】于海波, 胡运兴, 郑小满
【申请人】华纳创新（北京）科技有限公司