本實用新型涉及一種用于測量評估煙氣脫硝催化劑工藝性能指標的實驗測量裝置。
背景技術：
全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置是一種用于測量評估煙氣脫硝催化劑工藝性能指標的實驗測量裝置。其通過模擬煙氣脫硝催化劑的運行工況環(huán)境，測量模擬煙氣通過完整的單級或多級催化劑單元體前后的組分變化，以評估測試樣品的脫硝效率、活性、氨逃逸、二氧化硫（SO2）/三氧化硫（SO3）轉化率等一系列工藝性能指標。
近年我國對于火電廠排放氮氧化物的控制指標日趨嚴格，火電企業(yè)對SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，尤其是作為核心部件的煙氣脫硝催化劑的質量監(jiān)督和管理工作的重視程度也日益增強。2013年發(fā)布的電力行業(yè)標準《火電廠煙氣脫硝催化劑檢測技術規(guī)范》（DL/T 1286-2013）與2015年底實行的國標《蜂窩式煙氣脫硝催化劑》（GⅡ/T 31587-2015）中對于煙氣脫硝催化劑工藝特性指標的測量方法、評判標準以及相應的的全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置流程均給予的說明。但未做出詳細的實驗裝置結構參數和裝置本身的性能指標要求。
由于煙氣脫硝催化劑模擬測試工況復雜多變，全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置自身性能的優(yōu)劣以及對測試工況的適應性會顯著影響實驗結果的準確性。目前國內相關檢測機構所具備的全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置中，反應器部分大都采用臥式布置形式，當模擬煙氣流經反應器時易由于氣體溫度、密度差異造成反應器內的重力分層現象，從而降低流速場和組分濃度場分布均勻性，并對檢測結果的準確性產生影響。其次，多數實驗裝置對于特定組分的單路實驗供氣采用單獨的氣體流量計進行流量的調節(jié)和控制，可實現的氣體流量穩(wěn)定控制范圍通常較為狹窄，當實驗所要求的模擬煙氣中各組分濃度變化范圍較大時,該種氣體流量控制方式可能難以適應，因而限制了實驗裝置的工況適用范圍。第三，形式簡單的全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置一般難以同時實現對多個單級催化劑并聯測試和多級催化劑串聯測試工況的快速切換，因而測試效率較低。
技術實現要素：
本實用新型的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種測試效率較高，能同時實現對多個單級催化劑并聯測試和多級催化劑串聯測試工況進行快速切換的實驗裝置。
為了達到上述目的，本實用新型提供了一種全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置，該實驗裝置包括兩套檢測系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)Ⅰ和檢測系統(tǒng)Ⅱ，以及尾氣吸收裝置；檢測系統(tǒng)Ⅰ和檢測系統(tǒng)Ⅱ均包括煙氣發(fā)生裝置、氣體混合裝置、盤管式氣體預熱器、靜態(tài)氨混合裝置、氨氮混合氣源、反應裝置；煙氣發(fā)生裝置依次經氣體混合裝置、盤管式氣體預熱器進入靜態(tài)氨混合裝置；氮氨混合氣源與靜態(tài)氨混合裝置相連；靜態(tài)氨混合裝置與反應裝置相連；檢測系統(tǒng)Ⅰ和檢測系統(tǒng)Ⅱ的反應裝置分別與尾氣吸收裝置相連；反應裝置包括至少兩級反應器；每級反應器的出口及入口處均設有氣體取樣口；檢測系統(tǒng)Ⅰ和檢測系統(tǒng)Ⅱ的靜態(tài)氨混合裝置的出口通過管道相連通；管道的兩端分別與檢測系統(tǒng)Ⅰ和檢測系統(tǒng)Ⅱ的反應裝置相連；靜態(tài)氨混合裝置與管道之間、靜態(tài)氨混合裝置與反應裝置之間、管道上均設有閥門；檢測系統(tǒng)Ⅰ的反應裝置的出口通過閥門與檢測系統(tǒng)Ⅱ的反應裝置的入口相連。
其中，反應裝置包括兩級反應器，兩級反應器串聯，前端反應器的入口、兩級反應器之間、后端反應器出口處均設有上述氣體取樣口。
煙氣發(fā)生裝置包括一氧化氮氣源、二氧化硫氣源、空氣氣源、氮氣氣源、水蒸氣發(fā)生裝置、兩個量程不同的一氧化氮氣體流量控制器、兩個量程不同的二氧化硫氣體流量控制器、兩個量程不同的空氣氣體流量控制器、兩個量程不同的氮氣氣體流量控制器；水蒸氣發(fā)生裝置與氣體混合裝置相連；一氧化氮氣源通過并聯的兩個一氧化氮流量控制器、二氧化硫氣源通過并聯的兩個二氧化硫氣體流量控制器、空氣氣源通過并聯的兩個空氣氣體流量控制器、氮氣氣源通過并聯的兩個氮氣氣體流量控制器分別與氣體混合裝置相連。
檢測系統(tǒng)還包括氣-氣換熱器；反應裝置通過氣-氣換熱器與尾氣吸收裝置相連；氮氣氣源依次通過兩個并聯的氮氣氣體流量控制器、氣-氣換熱器與氣體混合裝置相連。
檢測系統(tǒng)還包括兩個氨氮混合氣體流量控制器；氨氮混合氣源通過并聯的兩個氨氮混合氣體流量控制器與靜態(tài)氨混合裝置相連。
反應器采用立式反應器。
每套檢測系統(tǒng)的氣體取樣口均與一套在線式煙氣分析儀相連。
本實用新型相比現有技術具有以下優(yōu)點：
一、本實用新型采用兩套并列的檢測系統(tǒng)，每組系統(tǒng)內以串聯方式設置有兩級反應器。兩組檢測系統(tǒng)內的四個反應器通過管路閥門的切換，可實現單次最多四級煙氣脫硝催化劑樣品的實驗測試；也能夠實現最多兩級煙氣脫硝催化劑樣品的兩組實驗并列測試。在適應復雜實驗工況的同時提高了測試效率。
二、實驗裝置的反應器部分采用立式布置形式，能有效的優(yōu)化反應器內的流場及氣體濃度場分布特性，確保模擬煙氣在進入測試催化劑樣品之前滿足流場及氣體濃度場均勻性要求。
三、實驗裝置的配氣部分（即煙氣發(fā)生裝置部分），對于單路氣體采用并列的兩塊流量控制器共同控制。兩塊氣體流量計的量程不同，可根據實驗工況中模擬煙氣組分的變化進行切換，采用單獨或聯合控制方式，實現對寬范圍的煙氣組分濃度變化實驗工況的適應和準確調控。
四、本實用新型通過氣—氣換熱器，可有效利用裝置尾氣的余熱來加熱入口煙氣，降低了裝置運行能耗。
五、本實用新型實驗裝置可進行全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性測試，檢測方式滿足國標（GB/T 31587-2015）及電力行業(yè)標準（DL/T 1286-2013）要求，相比一般小型檢測裝置檢測結果更具有代表性。
附圖說明
圖1為本實用新型全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置的結構框圖。
圖中，Ⅰ、Ⅱ-檢測系統(tǒng)，a-氨氮混合氣源，b-一氧化氮氣源，c-二氧化硫氣源，d-空氣氣源，e-氮氣氣源，f-工業(yè)軟化水水源，1-1、1-2、1-11、1-12-氨氮混合氣氣體流量控制器，1-3、1-4、1-13、1-14-一氧化氮氣體流量控制器，1-5、1-6、1-15、1-16-二氧化硫氣體流量控制器，1-7、1-8、1-17、1-18-空氣氣體流量控制器，1-9、1-10、1-19、1-20-氮氣氣體流量控制器，2-1、2-2-水蒸氣發(fā)生裝置，3-1、3-2-氣體混合裝置，4-1、4-2-盤管式氣體預熱器，5-1、5-2-靜態(tài)氨混合裝置，6-1、6-2、6-3、6-4-反應器、7-1、7-2-氣-氣換熱器，8-尾氣吸收裝置，A-1、A-2、A-3、B-1、B-2、B-3-氣體取樣口，9-1、9-2-在線式煙氣分析儀。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明。
如圖1所示，本實用新型提供的四級立式串/并聯全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置由兩組并列的檢測系統(tǒng)I、II組成，每組檢測系統(tǒng)的最大設計煙氣量為200Nm3/h，最高設計反應溫度為500℃。每組檢測系統(tǒng)各包含一系列供氣源（包括氮氣氣源e、空氣氣源d、一氧化氮氣源b、二氧化硫氣源c、氨氮混合氣源a）與供水源（工業(yè)軟化水源f），其中氮氣氣源e和空氣氣源d分別由制氮機與空氣壓縮機供給；其它氣體氣源由鋼瓶氣供給。每一路氣體分別配套氣體流量控制器，以調節(jié)不同氣體的流量與配比。
每一路氣體配置并列的兩塊流量控制器（不同量程）：第I組檢測系統(tǒng)中1-1、1-2為氨氮混合氣體流量控制器；1-3、1-4為一氧化氮氣體流量控制器；1-5、1-6為二氧化硫氣體流量控制器；1-7、1-8為空氣氣體流量控制器；1-9、1-10為氮氣氣體流量控制器。第II組檢測系統(tǒng)中1-11、1-12為氨氮混合氣體流量控制器；1-13、1-14為一氧化氮氣體流量控制器；1-15、1-16為二氧化硫氣體流量控制器；1-17、1-18為空氣氣體流量控制器；1-19、1-20為氮氣氣體流量控制器。
供水源為兩組工業(yè)軟化水源f與對應的水蒸氣發(fā)生裝置2-1、2-2連接，產生可控流量的水蒸氣，分別為兩組檢測系統(tǒng)提供水蒸氣，以滿足模擬煙氣的組分要求。
每組檢測系統(tǒng)中氮氣先通入各自對應的氣—氣換熱器7-1、7-2中，被實驗尾氣一次加熱后再與空氣、一氧化氮、二氧化硫、水蒸氣匯流，并進入氣體混合裝置3-1、3-2中充分混勻形成模擬煙氣，之后通入盤管式氣體預熱器4-1、4-2中進行二次加熱，使煙氣溫度達到實驗工況要求。之后再將氨氮混合氣（脫硝還原劑）通入模擬煙氣中，并流經靜態(tài)氨混合裝置5-1、5-2中充分混勻，隨后依次通過對應組檢測系統(tǒng)的第一級和第二級反應器（第I組檢測系統(tǒng)的第一、二級反應器為6-1、6-2；第II組檢測系統(tǒng)的第一、二級反應器為6-3、6-4）。
煙氣脫硝催化劑樣品置于反應器中，兩組檢測系統(tǒng)共四臺反應器的結構相同，反應器內部尺寸為155mm×155mm×1400mm，每一級反應器可容納一條煙氣脫硝催化劑單元體。混入氨氮混合氣的模擬煙氣在反應器入口處先經過整流，滿足一定的流場分布要求后，自上而下通過煙氣脫硝催化劑樣品，并發(fā)生SCR（選擇性催化還原）脫硝反應。在每一級反應器的入口和出口處均設有氣體取樣口（第I組檢測系統(tǒng)的氣體取樣口從前至后分別為A-1、A-2、A-3；第II組檢測系統(tǒng)的氣體取樣口從前至后分別為B-1、B -2、B -3）。通過氣體取樣口可抽取部分煙氣通入在線式煙氣分析儀中，測定其中各煙氣組分的含量，由此計算得到煙氣脫硝催化劑樣品的脫硝效率、活性、氨逃逸、二氧化硫/三氧化硫轉化率等一系列工藝性能指標。每組檢測系統(tǒng)對應一套在線式煙氣分析儀，分別為9-1、9-2。
反應后的模擬煙氣通過氣—氣換熱器7-1、7-2，與上游氮氣發(fā)生換熱，同時使自身煙氣溫度降低后，再進入尾氣吸收裝置8內。煙氣中的有害組分（如二氧化硫、氮氧化物等）在尾氣吸收裝置內被脫除后，實驗尾氣再經排空裝置排入環(huán)境大氣中。兩組檢測系統(tǒng)共用一套尾氣吸收裝置。
兩組檢測系統(tǒng)在各自的靜態(tài)氨混合裝置后通過三通、管道和閥門相連接，使彼此前端的供氣、流量控制器及盤管式氣體預熱器等裝置可互為備用。當單組檢測系統(tǒng)發(fā)生故障時，可通過閥門切換，利用另一套檢測系統(tǒng)提供模擬煙氣。
根據實驗工況的要求，所述的四級立式串/并聯全尺寸煙氣脫硝催化劑工藝特性實驗裝置可實現對一至四級煙氣脫硝催化劑樣品的實驗評價。當所測試煙氣脫硝催化劑樣品級數不超過二級時，可利用單組檢測系統(tǒng)的第一級和第二級反應器形成兩級串聯流程完成測試工作，并且能夠實現兩組檢測系統(tǒng)的并列測試，彼此間互不干擾；當所測試煙氣脫硝催化劑樣品級數為三級或四級時，則需要在第I組檢測系統(tǒng)的第二級反應器出口處進行管道閥門切換，使煙氣通向第II組檢測系統(tǒng)的第一級反應器入口處，由此將兩組檢測系統(tǒng)的四級反應器共同形成串聯流程，以滿足實驗工況要求。