一种全尺寸SCR脱硝催化剂评价系统及方法转让专利
申请号 : CN201811544866.3
文献号 : CN109682923B
文献日 : 2021-03-12
发明人 : 朱廷钰 , 刘霄龙 , 张诚 , 李二伟 , 宁汝亮
申请人 : 中国科学院过程工程研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种全尺寸SCR脱硝催化剂评价系统,其特征在于,所述系统包括顺次连接的模拟烟气供给单元和SCR脱硝单元;
所述SCR脱硝单元包括至少一组脱硝反应装置,所述脱硝反应装置按照烟气流向包括倒U型连通的烟气管道和全尺寸脱硝反应器,所述的全尺寸脱硝反应器中装填有催化剂,模拟烟气由烟气管道进气口进入,自下而上流至全尺寸脱硝反应器中,在全尺寸脱硝反应器中自上而下流出;
所述系统还包括控制单元,所述模拟烟气供给单元和SCR脱硝单元均接入所述控制单元,所述控制单元用于检测模拟烟气中的气体组分含量并控制模拟烟气供给单元实时调节各组分的掺入比例;所述SCR脱硝单元包括2~5组串联的脱硝反应装置;
所述模拟烟气供给单元包括顺次连接的模拟烟气供给装置、气体混合装置、蒸汽发生装置和加热装置;所述的模拟烟气供给装置包括与所述气体混合装置进气口连接的NO供给源、SO2供给源、NH3供给源、CO供给源、CO2供给源和N2供给源;所述的N2供给源包括顺次连接的空压机和制氮装置,其中,所述空压机的出气口还与气体混合装置的进气口单独连接,用于提供模拟烟气的载气;
所述系统还包括与所述SCR脱硝单元连接的尾气处理单元,所述的尾气处理单元按照尾气流向包括顺次连接的冷却装置、活性炭吸附装置和风机。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述的NO供给源、SO2供给源、NH3供给源、CO供给源和CO2供给源均通过减压装置和流量计接入所述的控制单元。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述的NO供给源、SO2供给源、NH3供给源、CO供给源和CO2供给源分别通过单向阀与所述气体混合装置的进气口连接。
4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述催化剂在全尺寸脱硝反应器中采用多级布置方式进行装填。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述催化剂为脱硝催化剂。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述脱硝催化剂为V-W-Ti体系或V-W-Mo-Ti体系。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述催化剂的最大尺寸为150mm×150mm×
1000mm。
8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述的控制单元包括顺次连接的在线烟气检测装置和自动控制系统;
所述的在线烟气检测装置连入所述SCR脱硝单元两端的采样口,用于实时检测并分析脱硝反应前后的烟气中各组分含量;
所述的自动控制系统接入所述的模拟烟气供给单元,用于自动控制模拟烟气供给单元中的各气体组分供给源,精确调配模拟烟气中各气体组分的掺入比例。
9.一种全尺寸SCR脱硝催化剂的评价方法,其特征在于,所述方法在权利要求1-8任一项所述的系统中进行,所述方法包括:模拟烟气通入SCR脱硝单元中,通过控制单元中的在线烟气检测装置对催化剂的脱硝活性和抗性进行测试,记录并分析测试结果;所述的模拟烟气中各气体组分的掺入比例按照预设的烟气类型通过控制单元自动调节。
10.根据权利要求9所述的评价方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:(1)控制单元按照预设的烟气类型控制模拟烟气供给单元中的各气体组分源,通入预设比例的N2、NO、SO2、NH3、CO和CO2,充分混合得到混合气体;
(2)蒸汽发生装置产生蒸汽,与步骤(1)得到的混合气体再次混合后得到模拟烟气,模拟烟气通入SCR脱硝单元中,测试催化剂的脱硝活性和抗性;
(3)控制单元中的在线烟气检测装置对反应前后的烟气进行分析。
11.根据权利要求10所述的评价方法,其特征在于,步骤(1)所述的烟气类型选自烧结烟气、燃煤烟气或焙烧烟气。
12.根据权利要求10所述的评价方法,其特征在于,步骤(2)所述蒸汽 的通入量根据所述的烟气类型通过蒸汽发生装置的进水量进行调节。
13.根据权利要求 10所述的评价方法,其特征在于,所述模拟烟气通入SCR脱硝单元的过程包括:所述模拟烟气由烟气管道进气口进入,自下而上流至全尺寸脱硝反应器中,在全尺寸脱硝反应器中自上而下流出。
14.根据权利要求10所述的评价方法,其特征在于,所述模拟烟气的温度为100-300℃。
15.根据权利要求10所述的评价方法,其特征在于,所述模拟烟气的流量为50-300m3/h。
16.根据权利要求10所述的评价方法,其特征在于,所述步骤(3)还包括:对反应后的尾气进行活性炭吸附处理。
17.根据权利要求10所述的评价方法,其特征在于,步骤(3)所述的分析过程包括:通过计算机上预先建立的数据库实时记录运行参数并分析结果。
说明书 :
一种全尺寸SCR脱硝催化剂评价系统及方法
技术领域
背景技术
少灰霾天气的重点。因此,NOx排放控制技术是我国大气环境领域的一项重要内容也是当前
治理环境问题的重要突破口。中国环境规划院预测,2020年前后我国将成为世界第一大氮
氧化物排放国。选择性催化还原(Selective catalytic reduction,SCR)是烟气脱硝的主
要方法,而催化剂是SCR法脱硝的核心。商用SCR催化剂为V-Ti体系,并加入W或Mo等助剂,目
前SCR催化剂市场前景广阔,但用于催化剂活性评价的装置相对较少,催化剂产品质量难以
保障。
的锅炉烟气。尽管在线测试的方法可以较好反映使用条件下的催化剂的活性,但是在线测
试的方法对于设备要求高,测试样品需求量大,催化剂更换过程复杂,测试周期长,所以实
际工业生产中较少使用。
离线测试技术可以较好的控制测试条件(烟气组成、反应温度),该方法可以方便的重现测
试条件,有利于不同的测试机构之间进行测试比对,有利于机构内部进行样品之间的对比,
所以离线测试技术被更为广泛的应用。
系统使用模拟烟气为测试气体,无损测试整个催化剂单体的反应性能,催化剂单体截面为
150mm×150mm,依据情况测试1~4根串联的催化剂单体的反应活性。依据测试情况,中型反
应器催化剂性能测试装置的烟气量100-400标准立方/小时,测试平衡时间大于72小时,这
些因素导致了中型反应器催化剂性能评价系统的测试费用异常昂贵。
的用量最大为4标准立方/小时。由于微型反应器催化剂性能测试装置尺寸适中,使用样品
量不大,模拟烟气用气量不大,所以装置控制较为容易、测试费用相对低廉,更容易为脱硝
催化剂制造商、工程设计方所接受,特别是进行内部质量控制的场合。
剂的面速度AV与实际运行工况下面速度AV相同的条件下获取温度、压力和NO、SO2、SO3、NH3
相关数据。本发明还提供了实现上述测试方法的装置。本发明提供了一种测试工序简单、成
本低,且样品量少的性能测试装置及方法。采用本发明微型测试装置替代现有中型测试装
置测试催化剂性能,测试方法需要的烟气量小、测试时间短、测试成本低,且一次可以同时
测试2个催化剂样品,具有显著的技术经济效益。
空气作载气,无法调控氧气含量,而实际情况中,不同种类烟气氧含量不同,燃煤烟气、烧结
烟气、焦炉烟气及氧化铝焙烧烟气的含氧量分别为6%、16%、8%和2%,因此传统方法及装
置不能对实际使用的脱硝催化剂进行很好的评价。
经过反应气体进样控制装置的各个成份气体及水蒸汽汇入到气体混合装置;从气体混合装
置出来的模拟烟气进入到预热-反应器的气体预热管,气体预热管出来的模拟烟气进入预
热-反应器的催化剂装填管,通过催化剂床层;通过取样器将预热-反应器的气体预热管入
口的气体与催化剂装填管出口的气体引入到烟气组分分析系统。该装置虽然加入了控制装
置对模拟烟气中的各气体组分进行了自动化控制,但该装置所述的催化剂装填管为横向设
置,烟气在其中装填管中横向流动,不符合实际的SCR烟气脱硝工艺中的烟气流向,导致评
价结果的误差较大。
所述脱氧器的气体入口设置在顶部,所述脱氧器的气体入口设置在底部,所述空气加湿器
的气体入口管线连接氮气管线、氢气管线和空气管线,所述空气加湿器和混合加热器的气
体入口均设置在底部,所述脱氧器为筒状结构,所述筒状结构内部填充脱氧催化剂。该评价
系统仍需要手动调节模拟烟气中各组分的流量比例,自动化程度不高,模拟烟气中各组分
的比例不易控制,与实际工业过程产生的烟气组分差别较大,评价结果准确性不高,效率较
低。
测试不准确,测试结果不稳定。因此,需要对现有的催化剂评价系统进行改进,以减少人工
的参与,提高系统的自动化程度,从而提升检测结果的准确度和检测效率。
发明内容
模拟烟气类型自动精确调配各气体组分的流量比例,减少了人工操作产生的误差,通过计
算机上预先建立的数据库对SCR脱硝反应前后的烟气组成实时记录运行参数并分析结果,
实现了评价系统的高度自动化、信息化和智能化,从而在最大程度上保证了评价结果的准
确性、可靠性和可重复性。
节各气体组分的掺入比例。
人工操作产生的误差,通过计算机上预先建立的数据库对SCR脱硝反应前后的烟气组成实
时记录运行参数并分析结果,实现了评价系统的高度自动化、信息化和智能化,从而在最大
程度上保证了评价结果的准确性、可靠性和可重复性。
特殊限定,可选的现有技术已公开或新技术中未公开的蒸汽发生装置均可用于本申请,示
例性地,所述蒸汽发生装置包括加热套,蠕动泵,不锈钢管和温控仪。空气加热装置的腔体
外侧设有保温层。
供氮气,可以调控烟气中的氧气含量及其他气体组分含量,在较大烟气流量下,通过调整空
压机空速保持与实际烟气流速一致。
的烟气管道和全尺寸脱硝反应器的腔体外侧均设有保温层。
地提供了一种自动控制系统,包括PLC,传感器等自控原件,所述自动控制系统的工作过程
为:在所述的自动控制系统中可设置不同的烟气类型,如燃煤烟气、烧结烟气、焦炉烟气或
氧化铝焙烧烟气等,通过传感器反馈信号控制减压装置和流量计,从而紧缺调配各气体组
分的流量比例,使其符合真实烟气的组分情况。
例按照预设的烟气类型通过控制单元进行自动调节。
中的气体组分,使用数据库软件实时记录运行参数并分析结果,该工艺简单,测试准确,具
有较高的稳定性。
在全尺寸脱硝反应器中自上而下的流动方向符合真实情况下SCR脱硝装置的布置方式和流
动方向,在实际情况中,烟气粉尘浓度较高,烟气在反应器内自上至下流动,一方面可以防
止粉尘在催化剂表面聚集,另一方面使烟气在反应器中分布更加均匀,因此,本发明设计的
模拟烟气流向符合实际反应过程中的烟气流向,相应的催化剂评价结果也更为接近真实情
况。
的具体点值。
控制系统,通过计算机上预先建立的数据库进行实时记录运行参数并分析结果,可自动切
换采样通道,快速完成分析过程,在最大程度上保证评价数据的准确性、可靠性和重复性,
本发明检测得到的NOx转化率与实际生产过程中NOx的转化率误差不超过5%。
附图说明
化剂;14-冷却器;15-活性炭吸附器;16-风机;17-在线检测分析仪;18-自动控制系统。
具体实施方式
单元,模拟烟气供给单元和SCR脱硝单元均接入所述控制单元,控制单元用于监测模拟烟气
中的各气体组分并控制模拟烟气供给单元实时调节各气体组分的掺入比例。
3、CO钢瓶4、CO2钢瓶5和N2供给源;上述各气体钢瓶均通过减压装置和流量计接入控制单元
(减压装置和流量计在图1中未示出),并通过单向阀与混合器8的进气口连接;N2供给源包
括顺次连接的空压机6和制氮机7,空压机6的出气口还与混合器8的进气口单独连接,用于
提供模拟烟气的载气。
道11和全尺寸脱硝反应器12,全尺寸脱硝反应器12内部采用多级布置方式装填有脱硝催化
剂13。
组分含量;自动控制系统18接入模拟烟气供给单元,用于自动控制模拟烟气供给单元中的
各气体组分供给源,精确调配模拟烟气中各气体组分的掺入比例。
NH3的量,将上述气体通入混合器8中进行充分混合;
进入,自下而上流至全尺寸脱硝反应器12中,在全尺寸脱硝反应器12中自上而下流出,通过
在线检测分析仪17对反应前后的模拟烟气组分进行检测分析,使用计算机上预先建立的数
据库实时记录运行参数并分析检测结果;
Ti体系,尺寸为150mm×150mm×1000mm;模拟烧结烟气温度为200℃,烟气流量100m3/h,氨
氮比为1,模拟烧结烟气中各气体组分比例和实际烧结烟气中各气体组分比例如下表所示:
为V-W-Mo-Ti体系,尺寸为150mm×150mm×1000mm;模拟氧化铝焙烧烟气温度为300℃,烟气
流量100m3/h,氨氮比为1,模拟氧化铝焙烧烟气中各气体组分比例和实际的氧化铝焙烧烟
气中各气体组分比例如下表所示:
面,实施例1采用了自动控制系统,可以精确调整模拟烟气中各组分的流量比,而对比例1公
开的成型SCR催化剂活性评价系统未设置自动控制系统,需要人工调节流量计,手动配制模
拟烟气,与人工操作相比,自动调节的准确度更高,配制得到的模拟烟气组分更接近实际烟
气组分,;另一方面,实施例1中设置了模拟烟气的流动方向为自上至下流经SCR脱硝催化
剂,这一点更符合实际生产过程中烟气的真实流动情况。
露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。