選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置和方法
【專利摘要】本發明公開一種選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置和方法，屬于煙氣處理【技術領域】。該檢測裝置包括氣體控制單元、液體控制單元、反應器單元、產物分析單元和系統控制單元；所述氣體控制單元和液體控制單元均通過管道連接于反應器單元的入口，所述產物分析單元通過管道連接于反應器單元的出口，所述氣體控制單元、液體控制單元、反應器單元和產物分析單元均與系統控制單元電氣連接。利用上述檢測裝置進行選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測方法，可獲得催化劑的活性數據，進而為電廠提出運行優化建議。
【專利說明】選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煙氣處理技術，特別是涉及一種選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性檢測裝置和方法。
【背景技術】
[0002]選擇性催化還原法(Selective Catalytic Reduction, SCR)脫硝技術是在催化劑(如V205/Ti02和V205-W03/Ti02)作用下，還原劑NH3在高溫下將NO和NO2還原成N2,而幾乎不發生NH3的氧化反應，從而提高了 N2的選擇性，減少了 NH3消耗的一種技術，其首先由美國的Engelhard公司發明并于1957年申請專利,后來日本在該國環保政策的驅動下,成功研制出了現今被廣泛使用的V205/Ti02催化劑，并分別在1977年和1979年在燃油和燃煤鍋爐上成功投入商業運用，歐洲是從1985年開始引進SCR技術。目前，國外經過30多年的研究和工業實踐，研發出了多種以TiO2為載體的V2O5基工業催化劑，包括V205/Ti02、V2O5/TiO2-SiO2, V2O5-WO3AiO2和V205-Mo03/Ti02，其操作溫度在280_420°C之間，脫硝效率可達到85%以上，可有效地減少氮氧化物排放，滿足日益嚴格的環保要求，在國外得到了廣泛應用。在國內，為了滿足越來越嚴格的NOx排放標準，SCR脫硝技術也已經成為火電廠氮氧化物控制的主流技術。
[0003]近年來，低溫SCR脫硝催化劑的研發進展很快，形成了以活性炭為載體，以V205、Fe2O3和MnOx等為活性組分的各種催化劑，但這些催化劑均尚未經過工業驗證。并且催化劑是電廠SCR煙氣脫硝系統的核心，它約占其投資的1/3。催化劑結構和組成的選擇對電站安全經濟運行至關重要，而且在運行過程中，由于其催化劑的失效而需要的定期更換費用占運行成本的主要部分。安裝SCR脫硝系統后，也會對鍋爐系統的結構設計及安全經濟運行帶來影響。因此，亟需一種可靠的催化劑評估驗證方法

【發明內容】

[0004]基于此，本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置和方法，可以對各種選擇性催化還原法脫硝系統的催化劑活性進行檢測，評估催化劑。
[0005]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:
[0006]一種選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，包括產生模擬煙氣和還原氣體的氣體控制單元、產生模擬水蒸氣的液體控制單元、供模擬煙氣和還原氣體反應的反應器單元、分析氣體成分的產物分析單元和控制該檢測裝置運行的系統控制單元；所述氣體控制單元和液體控制單元均通過管道連接于反應器單元的入口，所述產物分析單元通過管道連接于反應器單元的出口，所述氣體控制單元、液體控制單元、反應器單元和產物分析單元均與系統控制單元電氣連接。
[0007]采用上述檢測裝置檢測選擇性催化還原法脫硝系統催化劑的活性時，將催化劑置于反應器單元中，用系統控制單元控制氣體控制單元和液體控制單元產生合適的模擬真實煙氣成分的氣體，然后將模擬氣體和用于還原的氣體送入反應器單元中，在催化劑的作用下進行反應，隨后分析反應后氣體成分，通過計算，得到催化劑的活性。
[0008]在其中一個實施例中，所述氣體控制單元包括通過管道依次連接的原料氣儲存瓶、流量計、氣體預熱器。所述流量計用于控制原料氣的流量，所述氣體預熱器用于將原料氣加熱，既真實反應煙氣情況，又為下一步的還原反應提供預熱。所述原料氣分別為n2、02、NO、SO2, NH3，其中NH3為加入的還原氣體，其它原料氣為模擬煙氣成分。還可根據不同情況的煙氣組成調整原料氣的種類和比例，真實的模擬再現實際生產中產生的煙氣。
[0009]在其中一個實施例中，所述液體控制單元包括通過管道依次連接的液體儲罐、計量泵和汽化器。液體儲罐內的水通過計量泵計量后進入汽化器，在汽化器內全部氣化，用于模擬煙氣中產生的水蒸氣。
[0010]在其中一個實施例中，所述反應器單元包括反應器本體和用于加熱該反應器本體的加熱器，該反應器本體內設有容置催化劑的恒溫區。加熱器將反應器加熱至所需的反應溫度，反應器內設有的恒溫區可保證溫度的均勻性。
[0011]在其中一個實施例中，所述反應器單元還包括設于反應器本體內的探熱管，該探熱管貫穿所述恒溫區。該探熱管用于測定催化劑床內的真實反應溫度和溫度分布均勻性。
[0012]在其中一個實施例中，所述產物分析單元包括通過管道依次連接的氣液分離器和煙氣分析儀。反應后的氣體經氣液分離器(即通過濃硫酸除水)將水與氣體分開，以避免水對煙氣分析儀的影響，然后用煙氣分析儀對氣體進行分析。
[0013]在其中一個實施例中，該檢測裝置還包括混合器和保溫箱，所述氣體控制單元和液體控制單元具有共同的連接反應器單元的管道，所述混合器設于該段共同的連接反應器單元的管道上，所述保溫箱套裝于混合器外。且該混合器與反應器單元之間的管道為保溫管道。所有模擬氣體在混合器內混合均勻再進入反應器單元中，保溫箱和保溫管道的運用，可以確保經預熱的氣體保持溫度不降低。
[0014]本發明還提供采用上述的檢測裝置進行選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測方法，其特征在于包括以下步驟:
[0015]I)使氣體控制單元模擬煙氣和還原氣體，該模擬煙氣和還原氣體中的氨氮比(即反應體系中氨和NOx的摩爾比與理論上的氨還原NOx反應的當量摩爾比之間的比值)大于I ;使液體控制單元產生模擬水蒸氣；
[0016]2)將上述模擬煙氣、還原氣體和模擬水蒸氣混合后加熱至320-400°C，以3000-400(?.1的空速進入容置有催化劑的反應器單元中反應；
[0017]3)利用產物分析單元分析步驟(2)反應后的氣體成分；
[0018]4)根據步驟3)得到的結果計算催化劑的活性。
[0019]所述催化劑的活性是指單位表面催化劑處理氮氧化物的綜合能力，主要是由煙氣的物化組成、煙氣溫度、煙氣速度和催化劑性能等決定。根據德國VGB標準，催化劑的活性計算公式如下:
【權利要求】
1.一種選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，其特征在于，包括產生模擬煙氣和還原氣體的氣體控制單元、產生模擬水蒸氣的液體控制單元、供模擬煙氣和還原氣體反應的反應器單元、分析氣體成分的產物分析單元和控制該檢測裝置運行的系統控制單元；所述氣體控制單元和液體控制單元均通過管道連接于反應器單元的入口，所述產物分析單元通過管道連接于反應器單元的出口，所述氣體控制單元、液體控制單元、反應器單元和產物分析單元均與系統控制單元電氣連接。
2.根據權利要求1所述的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，其特征在于，所述氣體控制單元包括通過管道依次連接的原料氣儲存瓶、流量計、氣體預熱器。
3.根據權利要求1所述的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，其特征在于，所述液體控制單元包括通過管道依次連接的液體儲罐、計量泵和汽化器。
4.根據權利要求1所述的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，其特征在于，所述反應器單元包括反應器本體和用于加熱該反應器本體的加熱器，該反應器本體內設有容置催化劑的恒溫區。
5.根據權利要求4所述的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，其特征在于，所述反應器單元還包括設于反應器本體內的探熱管，該探熱管貫穿所述恒溫區。
6.根據權利要求1所述的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，其特征在于，所述產物分析單元包括通過管道依次連接的氣液分離器和煙氣分析儀。
7.根據權利要求1-6任一項所述的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測裝置，其特征在于，該檢測裝置還包括混合器和保溫箱，所述氣體控制單元和液體控制單元具有共同的連接反應器單元的管道，所述混合器設于該段共同的連接反應器單元的管道上，所述保溫箱套裝于混合器外。
8.采用權利要求1-7任一項的檢測裝置進行選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測方法，其特征在于包括以下步驟: 1)使氣體控制單元產生模擬煙氣和還原氣體，該模擬煙氣和還原氣體中的氨氮比大于I ;使液體控制單元產生模擬水蒸氣； 2)將上述模擬煙氣、還原氣體和模擬水蒸氣混合后加熱至320-400°C，以3000-4000h一1的空速進入容置有催化劑的反應器單元中反應； 3)利用產物分析單元分析步驟(2)反應后的氣體成分； 4)根據步驟3)得到的結果計算催化劑的活性。
9.根據權利要求8的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測方法，其特征在于: 步驟I)中，所述模擬煙氣和還原氣體中的氨氮比為1.1 ； 步驟2)中，所述模擬煙氣、還原氣體和模擬水蒸氣加熱至350°C，所述空速為3500h 一、
10.根據權利要求8的選擇性催化還原法脫硝系統催化劑活性的檢測方法，其特征在于: 步驟2)中，控制混合后的各氣體成分的濃度波動范圍為0%-5% ； 步驟3)中，每隔30min分析一次氣體成分，至少分析5次，且相鄰兩次分析的結果相對偏差應小于10%，否則應重新開始檢測。
【文檔編號】G01N31/10GK103529161SQ201310362815
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】李德波 申請人:廣東電網公司電力科學研究院