一种基于燃机电厂的SCR脱硝催化剂检测系统及方法与流程

一种基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测系统及方法
技术领域
1.本发明属于燃机电厂的scr脱硝技术领域，具体涉及一种基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测系统及方法。


背景技术：

2.目前，选择性催化还原（scr）烟气脱硝工艺是去除烟气中氮氧化物的主要技术。催化剂作为scr脱硝工艺的核心，其成本约占脱硝装置的1/3，其组成、结构、寿命等相关参数直接影响烟气脱硝系统的脱硝效率及运行状况。建立火电厂烟气脱硝催化剂检测与评价试验平台，能够为催化剂管理提供决策服务，为催化剂性能快速劣化提供原因分析，对催化剂中毒特性进行分析和评估，并且可为催化剂再生方案的制订和再生效果检验提供理论依据，建立该平台意义重大。
3.目前，scr脱硝催化剂检测平台，主要采用实验室配气法和燃烧法，配气法需要用到空气压缩机和制氮机，空气压缩机机耗能较大；燃烧法采用燃料通过燃机锅炉燃烧配制，依然需要大量燃料能源，即两种方案均需要大量能源供应。而随着电力行业烟气脱硝检测规范的广泛接受，国内各科研机构也成立了烟气脱硝检测实验室，大量的scr脱硝催化剂检测实验室，所消耗的电能及燃气能源相当巨大。
4.scr脱销催化剂在正式投产之前需要经历中试，中试的试验规模较实验室试验增大，需要的能源也更大，但中试是必经的步骤，在中试过程中，空气压缩机和制氮机的能耗（占15%）以及对烟气的升温的能耗（占80%）占到检测时的绝大部分能耗，因此，急需一种既可以满足scr脱硝催化剂检测烟气需求，又具有节能作用的scr脱硝催化剂检测平台，可以满足中试的试验规模。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测系统，可以用于中试检测。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测系统，包括气体配置单元：包括压缩空气与氮气供应管路、模拟烟气成分供应组件，所述压缩空气与氮气供应管路的一端与燃机电厂的压缩空气源、氮气源连通，所述压缩空气与氮气供应管路的另一端与所述模拟烟气成分供应组件连通，所述压缩空气与氮气供应管路部分设置在燃机电厂的余热锅炉内；混合加热单元：所述混合加热单元与所述压缩空气与氮气供应管路的另一端、模拟烟气成分供应组件连通，用于对气体进行混合和加热；反应单元：所述反应单元包括反应入口母管、多个反应组件以及反应出口母管，所述反应入口母管的一端与所述混合加热单元连通，多个所述反应组件分别与所述反应入口母管的另一端、反应出口母管的一端连通，每个所述反应组件包括反应支管、反应部件，所
述反应部件内部具有沿竖直方向延伸的气体反应通道，所述反应支管与所述气体反应通道连通，所述气体反应通道内设置有待检测的脱硝催化剂；处理单元：所述处理单元包括尾气处理部件、风机，所述尾气处理部件分别与所述反应出口母管的另一端、风机连通，所述风机用于通过抽放气调节所述反应单元内的压力。
7.优选地，相邻两个所述反应支管之间均连接有反应连接管，所述反应连接管的一端与一个所述反应部件下游的反应支管连通、另一端与另一个所述反应部件上游的反应支管连通。
8.进一步优选地，多个所述反应组件环形均布，多个所述反应组件处于同一水平面上。
9.进一步优选地，所述反应单元还包括第一反应阀、第二反应阀以及第三反应阀，所述第一反应阀设置在所述反应支管上位于所述反应连接管的一端与所述反应支管连通处的下游，所述第二反应阀设置在所述反应支管上位于所述反应连接管的另一端与所述反应支管连通处的上游，所述第三反应阀设置在所述反应连接管上。
10.优选地，所述压缩空气与氮气供应管路包括压缩空气供应管、氮气供应管以及换热管，所述压缩空气供应管的一端与燃机电厂的压缩空气源连通、另一端与所述换热管连通，所述氮气供应管的一端与燃机电厂的氮气源连通、另一端与所述换热管连通，所述换热管至少部分位于燃机电厂的余热锅炉内，所述换热管与所述混合加热单元连通。
11.进一步优选地，所述换热管具有多根，多根所述换热管平行设置在燃机电厂的余热锅炉内。
12.优选地，所述模拟烟气成分供应组件包括二氧化硫供应源、一氧化氮供应源、氨气供应源、多个模拟烟气成分供应管以及多个模拟烟气成分控制阀，所述二氧化硫供应源、一氧化氮供应源、氨气供应源分别通过所述模拟烟气成分供应管与所述混合加热单元连通，所述模拟烟气成分控制阀设置在所述模拟烟气成分供应管上并控制所述模拟烟气成分供应管内的气体流量大小。
13.优选地，所述模拟烟气成分供应组件包括蒸汽发生部件，所述蒸汽发生部件包括加热炉、加热内管、保温壳，所述加热内管设置在所述加热炉内，所述保温壳包裹在所述加热炉外表面，所述加热内管的入口与压缩空气源、水源连通，所述加热内管的出口与所述混合加热单元连通。
14.进一步优选地，所述加热内管竖直设置，并且所述加热内管的直径与长度的比例范围为1：200至1：50。
15.优选地，所述混合加热单元包括混合部件、加热部件，所述混合部件与所述压缩空气与氮气供应管路、模拟烟气成分供应组件连通，所述加热部件分别与所述混合部件、反应入口母管的一端连通。
16.优选地，所述系统还包括状态检测单元，所述状态检测单元包括压力测量部件、温度测量部件、流量测量部件中的至少一种，所述压力测量部件、温度测量部件、流量测量部件设置在所述混合加热单元与所述反应入口母管的一端之间的管路上。
17.优选地，所述燃机电厂的余热锅炉选择为燃气电厂的余热锅炉。
18.本发明的目的是提供一种基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测方法，可以用于中试检测。
19.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采用所述的基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测系统的检测方法，将压缩空气和氮气作为模拟烟气的主要成分，将含有主要成分的模拟烟气通过燃机电厂的余热锅炉加热；配置不同试验条件下模拟烟气的设定成分；将含有主要成分、设定成分的模拟烟气通入所述混合加热单元混合加热，然后通入所述反应单元反应；分别测定所述反应入口母管、反应出口母管中氮氧化物的浓度，计算得到不同氮氧化物的脱硝效率，并通过调整所述反应部件的连通线路得到不同催化剂层数的催化效率。
20.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过利用燃机电厂现有设备来补充用作模拟烟气主要成分的压缩空气和氮气，并通过燃机电厂的余热锅炉对其升温，节省了配制用于检测scr脱硝催化剂的高温模拟烟气所消耗的大量能源，大大降低了实验成本；根据所需要的检测条件配制各种成分，从而满足催化剂活性、二氧化硫/三氧化硫转化率、脱硝效率、压降等工艺参数的测试；将反应单元设置为立式结构，避免了反应部件水平布置因重力影响导致的反应器内上下分层，从而保证了烟气从每一级反应部件流过时均具有较好的入口流场，从而提高了检测的准确性，本发明提供了一种高效、稳定、节能的scr脱硝催化剂检测系统，可以用于一定规模范围内的试验，可以用于中试试验。
附图说明
21.附图1为本实施例中检测系统的结构示意图；附图2为本实施例中蒸汽发生部件的截面图；附图3为本实施例中反应单元的结构示意图。
22.以上附图中：11、压缩空气供应管；12、氮气供应管；13、换热管；14、流量控制阀；21、二氧化硫供应源；22、一氧化氮供应源；23、氨气供应源；24、模拟烟气成分供应管；25、模拟烟气成分控制阀；26、蒸汽发生部件；261、加热炉；262、加热内管；263、保温壳； 31、混合部件；32、加热部件；41、压力测量部件；42、温度测量部件；43、流量测量部件；5、反应单元；51、反应入口母管；52、反应出口母管；53、反应支管；54、反应部件；55、反应连接管；56、第一反应阀；57、第二反应阀；58、第三反应阀；61、尾气处理部件；62、风机；71、压缩空气吹扫管路；72、氮气吹扫管路；73、余热锅炉。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.如图1所示，一种基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测系统，包括气体配置单元、混合加热单元、状态检测单元、反应单元5以及处理单元，气体配置单元利用燃机电厂现有装置配置模拟烟气并初步加热，模拟烟气通入混合加热单元将模拟烟气混合均匀并具体加热至试验所需的不同温度，模拟烟气再通过状态检测单元检测满足试验气体状态后，待检测的scr脱硝催化剂放置在反应单元5内，模拟烟气进入反应单元5脱硝反应并对相关气体含量和脱硝效率进行检测计算，从而检测scr脱硝催化剂的各项性能指标，处理单元用于处理尾气并调节反应单元5的试验环境。该系统通过利用燃机电厂现有装置，节省了为配制用于检测试验的高温模拟烟气所消耗的大量能源，大大降低了实验成本，是一种高效、稳定、节能的scr脱硝催化剂检测系统。
27.气体配置单元包括压缩空气与氮气供应管路、模拟烟气成分供应组件。
28.压缩空气与氮气供应管路包括压缩空气供应管11、氮气供应管12以及换热管13，压缩空气供应管11的一端与燃机电厂的压缩空气源连通、另一端与换热管13连通，氮气供应管12的一端与燃机电厂的氮气源连通、另一端与换热管13连通，燃机电厂的压缩空气源、氮气源可以直接选用余热锅炉73附近的压缩空气吹扫管路71、氮气吹扫管路72，简便快捷，节省能耗。在压缩空气供应管11上设置流量控制阀14，压缩空气的供应流量调节范围为0
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2000l/min，在氮气供应管12上设置流量控制阀14，氮气的供应流量调节范围为0
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3000l/min，通过对压缩空气和氮气的调控，将模拟烟气中的氧气含量调节至3%
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15%。换热管13至少部分位于燃机电厂的余热锅炉73内，可以通过换热将压缩空气、氮气加热至350
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400℃，换热管13与混合加热单元连通，将加热后的压缩空气、氮气通过保温管道一同通入混合加热单元。换热管13具有多根，多根换热管13平行设置在燃机电厂的余热锅炉73内，对其内的气体均匀加热，并提高加热的效率。其中，从燃机电厂的余热锅炉73内可放置多套换热管13进行加热，可以同时对多套系统升温。燃机电厂的余热锅炉73选择为燃气电厂的余热锅炉73，利用燃气电厂高温烟气洁净无灰的特点，避免了采用燃煤电厂含灰烟气所造成换热管13的磨损。
29.如图1所示，模拟烟气成分供应组件包括二氧化硫供应源21、一氧化氮供应源22、氨气供应源23、多个模拟烟气成分供应管24、多个模拟烟气成分控制阀25以及蒸汽发生部件26，模拟烟气成分供应组件不限于供应二氧化硫、一氧化氮、氨气，可以按需求增加其他所需气体。二氧化硫供应源21、一氧化氮供应源22、氨气供应源23、蒸汽发生部件26分别通过模拟烟气成分供应管24与混合加热单元连通，每根模拟烟气成分供应管24上均设置有一个模拟烟气成分控制阀25并控制管内的气体流量大小。二氧化硫供应源21、一氧化氮供应源22、氨气供应源23可以采用装有各自气体的钢瓶，并且二氧化硫的供应流量调节范围为0
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12l/min，一氧化氮的供应流量调节范围为0
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5l/min，氨气的供应流量调节范围为0
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5l/
min，通过控制不同气体的不同流量大小，从而满足各种检测烟气条件，进而满足催化剂活性、二氧化硫/三氧化硫转化率、脱硝效率、压降等工艺参数的测试。如图2所示，蒸汽发生部件26提供反应条件中的水，需要连续且稳定压力供给水蒸汽，包括加热炉261、加热内管262、保温壳263，加热内管262设置在加热炉261内，保温壳263包裹在加热炉261外表面，加热内管262的入口与压缩空气源、水源连通，并通过模拟烟气成分供应管24与混合加热单元连通，水源内为除盐水，加热内管262的出口与混合加热单元连通。加热内管262竖直设置，并且的加热内管262的直径与长度的比例范围为1：200至1：50。该蒸汽发生部件26通过采取压缩空气分散携带除盐水自下而上，通过不断加热不断蒸发进入的方式，避免了蒸汽加热不连续或压力波动大对系统整体压力的影响。加热内管262设计成细长圆柱形，进一步延长除盐水在加热内管262内的加热停留时间，从而保证除盐水完全汽化进入整个反应系统。
30.混合加热单元包括混合部件31、加热部件32。压缩空气与氮气供应管路、二氧化硫供应源21、一氧化氮供应源22、氨气供应源23通过保温管与混合部件31连通，混合部件31用来使压缩空气、氮气、二氧化硫、一氧化氮、氨气等充分混合，从而保证进入反应单元5模拟烟气的均匀性。混合部件31下游连通加热部件32，加热部件32与反应单元5连通。加热部件32采用电加热器，将模拟烟气温度调节至300
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450℃，以符合scr催化剂检测所需的烟气条件。蒸汽发生部件26连通在混合部件31的下游、加热部件32的上游，水蒸气与混合部件31流出的气体混合后进入加热部件32一同加热。
31.状态检测单元包括压力测量部件41、温度测量部件42、流量测量部件43，压力测量部件41、温度测量部件42、流量测量部件43依次设置在混合加热单元与反应单元5之间的管路上，满足反应的条件时，开始测试待检测的脱硝催化剂的性能。在本实施例中，压力测量部件41采用压力表，温度测量部件42采用温度计，流量测量部件43采用流量计。
32.如图1、3所示，反应单元5包括反应入口母管51、多个反应组件以及反应出口母管52，反应入口母管51的一端与加热部件32连通，多个反应组件分别与反应入口母管51的另一端、反应出口母管52的一端连通，反应出口母管52的另一端与处理单元连通，多个反应组件环形均布，多个反应组件处于同一水平面上。每个反应组件包括反应支管53、反应部件54，反应部件54内部具有沿竖直方向延伸的气体反应通道，反应支管53与气体反应通道连通，气体反应通道内设置有待检测的脱硝催化剂。相邻两个反应支管53之间均连接有反应连接管55，反应连接管55的一端与一个反应部件54下游的反应支管53连通、另一端与另一个反应部件54上游的反应支管53连通，反应单元5还包括第一反应阀56、第二反应阀57以及第三反应阀58，第一反应阀56设置在反应支管53上位于反应连接管55的一端与反应支管53连通处的下游，第二反应阀57设置在的反应支管53上位于反应连接管55的另一端与反应支管53连通处的上游，第三反应阀58设置在反应连接管55上，通过控制不同的第一反应阀56、第二反应阀57、第三反应阀58的开闭，可以形成不同的模拟烟气反应流通通道，可以使待检测的脱硝催化剂形成不同的串并联连接关系。
33.反应单元5采用立式对称布置结构，反应组件设置有四个，反应支管53组合成长方体的框体结构，四个反应部件54立式布置并位于该长方体的四条边上，反应入口母管51竖直设置在长方体的上部一角，反应出口母管52竖直设置在长方体的下部一角，反应单元5的立式布置避免了反应部件54水平布置时因重力影响导致的反应部件54内模拟烟气上下分层，从而保证了每级反应部件54内模拟烟气流场均匀性。同时，采取反应部件54两两相对布
置，也有利于模拟烟气由反应入口母管51流入后，流进每一级反应部件54均具有较好的入口流场，从而提高检测的准确性。第一反应阀56、第二反应阀57、第三反应阀58各设置有4个，通过不同的开闭组合，可以产生12种不同的反应部件54的串并联关系，如每级反应部件54单独使用、相邻两级反应部件54串联、三级反应部件54串联、四级反应部件54串联以及相对反应部件54串联等，从而既可以满足不同待检测的脱硝催化剂层数的测试需求，又提高了每级反应部件54使用效率，降低了因某一级反应部件54更换样品或损坏而导致的系统停运。
34.如图1所示，处理单元包括尾气处理部件61、风机62，尾气处理部件61上游与反应出口母管52的另一端连通、下游与风机62连通。尾气处理部件61采用活性炭吸附器，用来吸收反应单元5排放的尾气，如二氧化硫、三氧化硫、氮氧化物、氨气等，从而保证系统的烟气尾气的达标排放。风机62用于通过抽放气调节反应单元5内的压力，从而保证反应部件54压力范围在微正压。
35.如图1所示，一种采用上述的基于燃机电厂的scr脱硝催化剂检测系统的检测方法，用于满足不同机组设计条件下的scr脱硝催化剂性能检测要求，满足脱硝催化剂正式投产前的中试测试规模。
36.将压缩空气和氮气作为模拟烟气的主要成分，压缩空气和氮气通过压缩空气供应管11、氮气供应管12连通燃机电厂（特别是燃气电厂）的压缩空气吹扫管路71、氮气吹扫管路72获得，将含有主要成分的模拟烟气通入换热管13，换热管13设置在燃机电厂的余热锅炉73内，利用燃机电厂的现有装置加热含有主要成分的模拟烟气并加热至350
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400℃。再设置模拟烟气成分供应组件配置不同试验条件下模拟烟气的设定成分，如二氧化硫、一氧化氮、氨气等。通过流量控制阀14、模拟烟气成分控制阀25调节各个气体的流量，配置出不同试验条件要求的模拟烟气参数(流速、温度、一氧化氮、二氧化硫、氨气、湿度、含氧量等)，并利用模拟烟气成分供应组件提供烟气脱硝催化反应所需的水。
37.将含有主要成分、设定成分的模拟烟气通入混合部件31进行充分混合，混合后再与蒸汽发生部件26提供的混合后通入加热部件32中进行加热，使混合好的模拟烟气调整至所需要的反应温度（范围为300
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450℃），在通入反应单元5前，测定状态检测单元测定模拟烟气的压力、流量、温度等参数是否符合要求，若符合要求则在模拟烟气通入反应单元5后启动反应单元5开始检测待检测的脱硝催化剂的性能。
38.调整反应部件54的连通线路得到不同催化剂层数的配置关系，然后对反应入口母管51和反应入口母管51中的烟气成分进行分析，并测定反应入口母管51中氮氧化物的浓度c1、反应出口母管52中氮氧化物的浓度c2，计算得到不同氮氧化物的脱硝效率，进而得到不同催化剂层数的催化效率。根据式(一)计算出反应单元5内全长度的气体反应通道的待检测的scr脱硝催化剂的脱硝效率，式（一）：；其中，η为全尺寸烟气脱硝催化剂的脱硝效率（％）；c1为反应器进气支管中的氮氧化物的浓度（mg/m3）；c2为反应器出气支管中的氮氧化物的浓度（mg/m3）。
39.本实施例可满足最大截面尺寸为150*150mm、长度0~1700mm（蜂窝、板式、波纹板
式）的scr脱硝催化剂样块的性能试验研究需要。
40.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。