專利名稱：一種用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域，是一種對運行使用過程中煙氣脫硝 催化劑活性進(jìn)行檢測的方法和裝置。
背景技術(shù)：
近幾年來，我國燃煤電站氮氧化物(NOx)的排放量不斷上升，2008年前NOx排放總 量已增至840萬噸，約占全國NOx排放量的40%，并對我國的大氣環(huán)境與生態(tài)安全造成了重 大的危害?！笆濉庇媱澲?，國家將把NOx的減排作為約束性的考核指標(biāo)，目前也正在抓緊 制定更加嚴(yán)格的火電廠煙氣污染物(包括NOx)排放標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)和環(huán)境敏感區(qū)的燃煤電廠，已經(jīng)開始采用高效的煙氣脫硝技 術(shù)-選擇性催化還原法(Selective catalytic reduction, SCR)工藝。SCR法脫硝的原理 是向鍋爐排放煙氣中噴入NH3等還原劑，在催化劑作用下與煙氣中的NOx生成無害的N2和 H2O0至2008年底，我國已投運的煙氣脫硝機組約19620MW，占煤電機組容量的3. 4%。目 前在建的脫硝裝置近100臺。預(yù)計到2010年底，我國建成的煙氣脫硝發(fā)電機組容量將在1 億kW以上，占燃煤電廠的12%以上。為保證煙氣流通的順暢，脫硝催化劑均采用規(guī)整塊狀催化劑，型式主要有蜂窩式 和平板式，主要成份可表示為V2O5 (WO3) /TiO2,其中，V2O5是活性組份，TiO2是催化劑載體，WO3 則為催化助劑。煙氣脫硝催化劑的活性是指催化NH3與NOx化學(xué)反應(yīng)的綜合能力。與其他 催化劑一樣，脫硝催化劑在運行過程存在著活性下降的問題，造成脫硝催化劑失活的原因 很多，有燃料、設(shè)備以及運行等方面的原因。煙氣飛灰中許多化合物都是潛在的催化劑毒害 物質(zhì)，其中的砷、堿金屬、堿土金屬及金屬氧化物所具有的毒害作用最為明顯。這些存在于 煤中的物質(zhì)是在燃燒過程中釋放出來的，并以氣態(tài)氧化物的形式存在于煙氣中。在煙氣溫 度下降時，它們會凝結(jié)在飛灰顆粒上，特別是容易凝結(jié)在細(xì)小顆粒上，當(dāng)隨著這些飛灰沉積 在催化劑上以后，就可能與催化劑中的酸性中心發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而破壞催化劑的活性。另 外，煙氣中溫度波動對催化劑的物理損傷也都會引起催化劑活性降低。催化劑的活性直接關(guān)系到煙氣的脫硝效率等問題，因此，開展催化劑的活性檢測， 掌握運行催化劑的性能變化特征，對保證煙氣NOx的達(dá)標(biāo)排放、制定催化劑壽命管理與更 換計劃以及促進(jìn)脫硝系統(tǒng)的運行優(yōu)化均具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、能對煙氣脫硝催化劑活性進(jìn)行有效檢測的 方法和裝置，從而及時了解與評估運行中脫硝催化劑性能的變化特征。本發(fā)明的技術(shù)方案是由動態(tài)模擬煙氣組份的氣瓶組、氣體混合與預(yù)熱器、反應(yīng)器 以及煙氣分析儀等組成活性檢測裝置。把待測催化劑置于模擬反應(yīng)器中，當(dāng)反應(yīng)器溫度上 升到設(shè)定值后，通入模擬煙氣，并引入脫硝還原劑氣態(tài)NH3，通過煙氣分析儀檢測反應(yīng)器前 后煙氣的NOx濃度，可獲得催化劑對煙氣的脫硝效率，并根據(jù)下式計算催化劑的活性常數(shù)⑷K = -AV · Ιη(1- η)式中:AV為模擬煙氣的速率，m/h ； η為脫硝效率，η = (C1-C2)/C1，其中C” C2分 別為模擬反應(yīng)器入口、出口處NOx濃度(mg/m3)。通過與同類新鮮催化劑的活性常數(shù)相比，即可獲得運行催化劑的活性(K/ig本發(fā)明裝置的構(gòu)造如說明書附圖1所示。氣瓶組(1)動態(tài)模擬煙氣中的主要組份， 包括N0、S02、02j2等氣體，通過質(zhì)量流量計C3)來精確調(diào)整各組份的濃度，模擬煙氣通過混 合加熱器(4)來實現(xiàn)氣體的均勻混合與升溫。模擬反應(yīng)裝置(5)包括反應(yīng)爐和反應(yīng)器，其 中反應(yīng)爐用于加熱催化劑反應(yīng)溫度，爐腔為方形，以滿足整體塊狀脫硝催化劑的形狀要求， 采用三段式加熱，以保證80cm左右的催化劑在長度方向上受熱均勻。反應(yīng)器為方形結(jié)構(gòu)， 為催化反應(yīng)提供場所，催化劑先置于方形反應(yīng)器內(nèi)部，反應(yīng)器再置于反應(yīng)爐中，三段式反應(yīng) 爐由多組熱電偶等構(gòu)成的溫控器(6)來調(diào)節(jié)，反應(yīng)器煙氣進(jìn)出口端蓋均設(shè)有內(nèi)嵌式的測溫 點。還原劑由NH3氣瓶(2)提供，催化反應(yīng)器前后的煙氣組份通過煙氣分析儀(7)在線監(jiān) 測，實驗最終排放的氣體由凈化器(8)進(jìn)行處理后排放。本發(fā)明的操作過程是將待測催化劑放入模擬反應(yīng)器內(nèi)，并確保催化劑與反應(yīng)器 內(nèi)壁之間密封良好。將煙氣混合器和反應(yīng)爐預(yù)熱至設(shè)定的溫度點后，調(diào)整模擬煙氣的空間 速率以及各組份的濃度符合實驗設(shè)定值，待氣流穩(wěn)定后，整個模擬系統(tǒng)靜置一定時間。之 后通入還原劑NH3,調(diào)整ΝΗ3/Ν0的摩爾比，開啟煙氣分析儀測試功能，待讀數(shù)穩(wěn)定后，記錄數(shù) 據(jù)。本發(fā)明的特點主要為(1)采用數(shù)控質(zhì)量流量計，可精確地調(diào)節(jié)氣體組份的比例與濃度，實現(xiàn)煙氣的動態(tài) 模擬。(2)采用旋流式氣體混合加熱器，有效地提高模擬煙氣混合的均勻性，同時確保模 擬煙氣進(jìn)入催化反應(yīng)器之前基本達(dá)到相應(yīng)的實驗溫度，從而減少模擬煙氣溫度波動對催化 劑性能發(fā)揮的影響。(3)采用三段式開式加熱爐，催化反應(yīng)溫度可穩(wěn)定地控制在士 1°C內(nèi)，避免普通管 式爐在長度方向上存在溫差的缺點。(4)反應(yīng)器煙氣進(jìn)出口端蓋設(shè)有內(nèi)嵌式的測溫點，可及時了解模擬煙氣催化反應(yīng) 前后的溫差及與爐溫的差異，避免出現(xiàn)爐溫與煙溫間的差異。(5)根據(jù)規(guī)整塊狀脫硝催化劑的形狀特點，設(shè)計出方便催化劑裝卸的方形反應(yīng)器， 避免模擬煙氣在反應(yīng)器中出現(xiàn)偏流或股流現(xiàn)象。(6)實驗所需的催化劑用量可靈活調(diào)整，一般小于500cm3，極大地減少因?qū)嶒灲o運 行催化劑帶來的破壞性影響?？傮w上講，該檢測系統(tǒng)簡單，參數(shù)調(diào)整精確，運行可靠，實驗效率高，可動態(tài)模擬檢 測不同運行工況下催化劑的活性，填補了國內(nèi)煙氣脫硝催化劑檢測的技術(shù)空白。


說明書附圖1煙氣脫硝催化劑活性實驗裝置示意圖
具體實施例方式實施例1 分別取新鮮及運行SOOOh的規(guī)整塊狀脫硝催化劑各250cm3分次置于模擬反應(yīng)爐 中，確保催化劑與反應(yīng)器內(nèi)壁之間密封良好。調(diào)整模擬煙氣的反應(yīng)溫度在280 380°C，空 間速度為 SV = 5000 6000011、煙氣組份中 NO 為 300 700mg/m3、S02 為 1200 1800mg/ m3、O2為2 6%、ΝΗ3/Ν0χ為0. 5 1. 1，獲得的催化劑活性指標(biāo)(K/K0)為0. 90。實施例2 分別取新鮮及運行14400h的規(guī)整塊狀脫硝催化劑各250cm3分次置于模擬反應(yīng)爐 中，確保催化劑與反應(yīng)器內(nèi)壁之間密封良好。調(diào)整模擬煙氣的反應(yīng)溫度在280 380°C，空 間速度為 SV = 5000 6000011、煙氣組份中 NO 為 300 700mg/m3、S02 為 1200 1800mg/ m3、O2為2 6%,NH3/N0x為0. 5 1. 1，獲得的催化劑活性指標(biāo)(K/K0)為0. 81。實施例3 分別取新鮮及運行25400h的規(guī)整塊狀脫硝催化劑各250cm3分次置于模擬反應(yīng)爐 中，確保催化劑與反應(yīng)器內(nèi)壁之間密封良好。調(diào)整模擬煙氣的反應(yīng)溫度在280 380°C，空 間速度為 SV = 5000 6000011、煙氣組份中 NO 為 300 700mg/m3、S02 為 1200 1800mg/ m3、O2為2 6%、NH3/N0x為0. 5 1. 1，獲得的催化劑活性指標(biāo)(K/K》為0. 71。
權(quán)利要求
1.一種用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法，包括下述裝置氣瓶組(1)模擬煙氣中 的主要組份，即N0、S02、02、N2等氣體，通過數(shù)控流量計(3)調(diào)整來自氣瓶組(1)的氣體流量， 準(zhǔn)確實現(xiàn)所需的模擬組分配比，模擬煙氣通過旋流混合加熱器(4)來實現(xiàn)氣體的均勻混合 與預(yù)加熱，之后進(jìn)入模擬反應(yīng)裝置(5)，反應(yīng)裝置包括反應(yīng)爐和反應(yīng)器兩部分，其中反應(yīng)爐 為開式爐，方形爐腔，采用三段加熱的形式，保證催化反應(yīng)溫度的恒定性，反應(yīng)器根據(jù)規(guī)整 塊狀催化劑的外形特點設(shè)計成方形結(jié)構(gòu)，催化劑先置于反應(yīng)器內(nèi)部，反應(yīng)器再置于反應(yīng)爐 中，模擬反應(yīng)裝置的溫度由溫控器(6)來調(diào)節(jié)與監(jiān)測的，另外，反應(yīng)器煙氣進(jìn)出口端蓋設(shè)有 內(nèi)嵌式的測溫點，以利煙溫的觀測，還原劑由NH3氣瓶(2)提供，模擬煙氣在催化反應(yīng)器前 后的組分濃度通過煙氣分析儀(7)進(jìn)行測試，模擬煙氣最終由凈化器(8)處理后排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法，其特征在于采用數(shù) 控流量計精確配制模擬煙氣組分，采用旋流混合加熱器提高模擬氣體的混合均勻性和氣 溫，采用開式、方形腔體結(jié)構(gòu)的三段爐恒定催化反應(yīng)溫度，采用方形不銹鋼反應(yīng)器放置規(guī)整 塊狀脫硝催化劑，采用嵌入式測溫裝置實時監(jiān)測煙溫的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法，其特征在于所述的 模擬煙氣中主要組分的濃度為NO為300 700mg/m3、SO2為1200 1800mg/m3、O2為2 6%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法，其特征在于所述的 模擬煙氣的空間速率(SV)為5000 6000( -1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法，其特征在于所述的 模擬煙氣催化反應(yīng)溫度在280 380°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法，其特征在于所述模 擬煙氣中NO與還原劑NH3的摩爾比為0. 5 1. 1。
全文摘要
一種用于煙氣脫硝催化劑活性檢測的方法和裝置，屬于環(huán)境工程大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用數(shù)控流量計精確調(diào)整模擬煙氣的主要組份，經(jīng)高效的旋流混合器后，模擬煙氣進(jìn)入裝有待測催化劑的方形不銹鋼反應(yīng)器，采用開式、方形腔體結(jié)構(gòu)的三段爐恒溫加熱和嵌入式測溫裝置實時監(jiān)測煙溫的變化，引入還原劑氣態(tài)NH3，通過煙氣分析儀檢測反應(yīng)器前后煙氣的NO濃度變化，可得催化劑的活性。本發(fā)明裝置系統(tǒng)簡單，參數(shù)調(diào)整精確，運行可靠，實驗效率高，可動態(tài)模擬檢測不同運行工況下催化劑的活性，填補了國內(nèi)煙氣脫硝催化劑檢測技術(shù)的空白。
文檔編號G01N33/00GK102103047SQ20091011305
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者劉海寧, 商雪松, 張福旺, 趙金平, 陳進(jìn)生 申請人:中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所