Scr脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法
【專利摘要】一種SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，包括步驟：搭建SCR催化劑活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，從現(xiàn)場(chǎng)服役的整塊催化劑中切出試樣塊，將試樣塊放置在反應(yīng)器中，設(shè)定各次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括：反應(yīng)器內(nèi)部溫度、實(shí)驗(yàn)氣體導(dǎo)入量以及氨氮比；模擬服役中的SCR脫硝系統(tǒng)催化劑化學(xué)反應(yīng)過程，建立反應(yīng)器中催化劑的化學(xué)反應(yīng)模型，計(jì)算催化劑的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)繪制出催化劑的脫硝效率變化曲線。通過本發(fā)明的技術(shù)，可以為電廠SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方案的制定提供技術(shù)支持。
【專利說明】SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]選擇性催化還原法脫硝技術(shù)，主要是以TiO2為載體的V2O5基工業(yè)催化劑，包括V2O5AiO2, V2O5AiO2-SiO2, V205-W03/Ti02 和 V205-Mo03/Ti02，其操作溫度在 280_420°C之間，脫硝效率可達(dá)到85%以上，可有效地減少氮氧化物排放，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，在火力發(fā)電中得到了廣泛應(yīng)用。近年來低溫SCR脫硝催化劑的研發(fā)進(jìn)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(jīng)過工業(yè)驗(yàn)證。在國(guó)內(nèi)，為了滿足越來越嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，SCR脫硝技術(shù)已經(jīng)成為火電廠氮氧化物控制的主流技術(shù)。
[0003]催化劑是電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的核心，它約占其投資的1/3，催化劑結(jié)構(gòu)和組成的選擇對(duì)電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，而且在運(yùn)行過程中，由于其催化劑的失效而需要的定期更換費(fèi)用占運(yùn)行成本的主要部分，安裝SCR脫硝系統(tǒng)后，也會(huì)對(duì)鍋爐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來影響。因此，需要預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)服役過程中催化劑的脫硝性能變化規(guī)律，為電廠SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方案的制定提供指導(dǎo)依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]基于此，有必要提供一種SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，從而可以為電廠SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方案的制定提供了依據(jù)。
[0005]一種SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，包括如下步驟:
[0006]搭建SCR催化劑活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括:
[0007]微量水泵、汽化器、混合器、預(yù)熱器、加熱電爐、NO氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、O2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、N2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、NH3氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、反應(yīng)器和煙氣分析儀；其中，微量水泵、汽化器、預(yù)熱器、反應(yīng)器通過導(dǎo)管連接；混合器通過導(dǎo)管連接NO氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、O2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶和N2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶，分別接入NO氣體、O2氣體和N2氣體；反應(yīng)器通過導(dǎo)管連接NH3氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶，接入NH3氣體；汽化器產(chǎn)生H2O氣體，反應(yīng)器置于加熱電爐中；
[0008]實(shí)驗(yàn)操作過程如下:
[0009]從現(xiàn)場(chǎng)服役的整塊催化劑中切出試樣塊，將試樣塊放置在反應(yīng)器中，設(shè)定各次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括:反應(yīng)器內(nèi)部溫度、實(shí)驗(yàn)氣體導(dǎo)入量以及氨氮比；
[0010]實(shí)驗(yàn)時(shí)，先通入O2氣體和N2氣體，啟動(dòng)加熱電爐以恒定升溫速率將反應(yīng)器內(nèi)部加熱至設(shè)定溫度，待溫度保持穩(wěn)定后通入NO氣體，待NO的濃度穩(wěn)定后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度；然后通入NH3氣體在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)后的NO氣體濃度趨于穩(wěn)定后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度；
[0011]建立反應(yīng)器中催化劑的化學(xué)反應(yīng)模型，根據(jù)記錄的NO氣體濃度參數(shù)，催化劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及化學(xué)反應(yīng)模型計(jì)算催化劑的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)繪制出催化劑的脫硝效率變化曲線。
[0012]上述SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，基于實(shí)驗(yàn)和計(jì)算耦合的方式，通過模擬現(xiàn)場(chǎng)服役中的SCR脫硝系統(tǒng)的催化劑化學(xué)反應(yīng)過程，然后根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算催化劑的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，用來預(yù)測(cè)催化劑的脫硝性能變化規(guī)律，從而可以為電廠SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方案的制定提供技術(shù)支持。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為SCR催化劑活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2所示為固定床積分的反應(yīng)器的示意圖；
[0015]圖3為波紋催化劑脫服役前硝效率變化曲線；
[0016]圖4為波紋催化劑服役后脫硝效率變化曲線；
[0017]圖5為蜂窩催化劑服役前的脫硝效率變化曲線；
[0018]圖6為蜂窩催化劑服役后的脫硝效率變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)描述。
[0020]參見圖1所示，圖1為SCR催化劑活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括:
[0021]微量水泵101、汽化器102、混合器103、預(yù)熱器104、加熱電爐106、反應(yīng)器105、NO氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶109、O2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶110、N2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶108、NH3氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶111和煙氣分析儀107 ;混合器通過導(dǎo)管連接NO氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶109、O2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶110和N2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶108，分別接入NO氣體、O2氣體和N2氣體；反應(yīng)器105通過導(dǎo)管連接NH3氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶111，接入NH3氣體；反應(yīng)器105置于加熱電爐106中。
[0022]其具體工作原理如下:
[0023]通過NO氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶109、O2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶110、N2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶108和NH3氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶111分別導(dǎo)入NO氣體、N2氣體、O2氣體和NH3氣體，并測(cè)量流過的氣體質(zhì)量。汽化器102導(dǎo)入H2O,其中反應(yīng)氣體為NO、O2和NH3, N2為載體，H2O由微量水泵101抽入汽化器102進(jìn)行汽化，混合器103的作用是將NO氣體、N2氣體和O2氣體進(jìn)行充分混合，混合后的氣體通入預(yù)熱器104加熱至200°C左右，NH3在加熱電爐106前加入，與混合氣體一起進(jìn)入反應(yīng)器105，實(shí)驗(yàn)前將整塊催化劑切出50mmX 50mmX 35mm的試樣塊，放置于反應(yīng)器105中心的樣品架115上。電爐由四段加熱組成，使實(shí)驗(yàn)氣體加熱至要求溫度，并保持反應(yīng)器105溫度均勻。反應(yīng)氣體在催化劑a中發(fā)生反應(yīng)，催化劑a的溫度由伸入催化劑中心E型熱電偶進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)出催化劑a的溫度實(shí)現(xiàn)顯示，通過調(diào)節(jié)電爐溫度使反應(yīng)器105內(nèi)催化劑a的溫度達(dá)到設(shè)定值，反應(yīng)后的煙氣，先后通過冷凝器112對(duì)反應(yīng)后的煙氣進(jìn)行降溫，以及干燥器113對(duì)反應(yīng)后的煙氣進(jìn)行干燥處理，再通過煙氣分析儀107進(jìn)行煙氣分析。
[0024]實(shí)驗(yàn)操作過程如下:
[0025]從現(xiàn)場(chǎng)服役的整塊催化劑中切出試樣塊，將試樣塊放置在反應(yīng)器中，其中，實(shí)驗(yàn)的催化劑包括:新波紋板催化劑和服役40200h的波紋板催化劑、新蜂窩狀催化劑和服役20000h的蜂窩狀催化劑。
[0026]設(shè)定各次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括:反應(yīng)器內(nèi)部溫度、實(shí)驗(yàn)氣體導(dǎo)入量以及氨氮比。具體的，所述實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)器內(nèi)部溫度分別為290°C、320°C、35(rC、38(rC ;實(shí)驗(yàn)中氣體為NO氣體300ppm，O2氣體為5%，H2O氣體為10%，其余部分為N2氣體；氨氮比分別為0.5、0.8、1.1。
[0027]實(shí)驗(yàn)時(shí)，先通入O2氣體和N2氣體，啟動(dòng)加熱電爐以恒定升溫速率將反應(yīng)器內(nèi)部加熱至設(shè)定溫度，待溫度保持穩(wěn)定后通入NO氣體，待NO的濃度穩(wěn)定后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度；然后通入NH3氣體在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)后的NO氣體濃度趨于穩(wěn)定后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定30分鐘后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度數(shù)據(jù)，，每種催化劑重復(fù)兩次實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)為取兩次實(shí)驗(yàn)的平均值，可以保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。
[0029]通過上述實(shí)驗(yàn)過程后，建立反應(yīng)器中催化劑的化學(xué)反應(yīng)模型，根據(jù)記錄的NO氣體濃度參數(shù)，催化劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及化學(xué)反應(yīng)模型計(jì)算催化劑的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)繪制出催化劑的脫硝效率變化曲線。
[0030]在一個(gè)實(shí)施例中，具體過程如下:
[0031]參考圖2所示，圖2所示為固定床積分的反應(yīng)器的示意圖，假設(shè)煙氣流動(dòng)為一維柱塞流，煙氣中NOx只考慮NO的主反應(yīng)式，建立微元體積的控制方程，如公式(I):
[0032]/?w(l-sB)-A-dl = A-u.€η.,,--χrο(I)
[0033]式中，Rito為單位體積催化劑的NO反應(yīng)速率(mol/m3-cat/s)，ε B為催化劑床層的孔隙率，A為催化劑入口截面積(m2)，I為催化劑的長(zhǎng)度，u為煙氣的表觀速度(m/s) C:力
NO的反應(yīng)器入口摩爾濃度(mol/m3)，xN0為NO的轉(zhuǎn)化率。
[0034]當(dāng)氨氮比大于I時(shí)，反應(yīng)速率方程采用一級(jí)反應(yīng)速率方程，如公式(2)。
[0035]Rno-KnoCno(2)
[0036]式中，Knq為NO的表觀反應(yīng)速率常數(shù)(1/s)，Cno為NO的摩爾濃度(mol/m3)。
[0037]當(dāng)氨氮比小于I時(shí)，反應(yīng)速率方程公式如式(3)。
[0038]Rno = KnoCnoGm^(3)
[0039]式4 υ為NH3的覆蓋率，即NH3吸附在催化劑表面的活性位占催化劑表面總的活性位的比例。
[0040]Kno 采用 Arrhenius 方程，即
[0041]KN0=Aexp (-E/RT)(4)
[0042]式中，A為NO反應(yīng)的指前因子(1/s)，E為NO反應(yīng)的活化能(J/mol), R為摩爾氣體常數(shù)(J/mol/K)，其值為8.314J/mol/K, T為熱力學(xué)溫度。
[0043]而NH3的覆蓋率表達(dá)式為:
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，其特征在于，包括如下步驟: 搭建SCR催化劑活性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)包括: 微量水泵、汽化器、混合器、預(yù)熱器、加熱電爐、NO氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、O2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、N2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、NH3氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、反應(yīng)器和煙氣分析儀；其中，微量水泵、汽化器、預(yù)熱器、反應(yīng)器通過導(dǎo)管連接；混合器通過導(dǎo)管連接NO氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶、O2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶和N2氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶，分別接入NO氣體、O2氣體和N2氣體；反應(yīng)器通過導(dǎo)管連接NH3氣體標(biāo)準(zhǔn)氣瓶，接入NH3氣體；汽化器產(chǎn)生H2O氣體，反應(yīng)器置于加熱電爐中； 實(shí)驗(yàn)操作過程如下: 從現(xiàn)場(chǎng)服役的整塊催化劑中切出試樣塊，將試樣塊放置在反應(yīng)器中，設(shè)定各次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，包括:反應(yīng)器內(nèi)部溫度、實(shí)驗(yàn)氣體導(dǎo)入量以及氨氮比； 實(shí)驗(yàn)時(shí)，先通入O2氣體和N2氣體，啟動(dòng)加熱電爐以恒定升溫速率將反應(yīng)器內(nèi)部加熱至設(shè)定溫度，待溫度保持穩(wěn)定后通入NO氣體，待NO的濃度穩(wěn)定后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度；然后通入NH3氣體在反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)后的NO氣體濃度趨于穩(wěn)定后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度； 建立反應(yīng)器中催化劑的化學(xué)反應(yīng)模型，根據(jù)記錄的NO氣體濃度參數(shù)，催化劑的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及化學(xué)反應(yīng)模型計(jì)算催化劑的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，根據(jù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)繪制出催化劑的脫硝效率變化曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)器內(nèi)部溫度分別為290°C、320°C、35(TC、38(rC ;實(shí)驗(yàn)中氣體為NO氣體300ppm, O2氣體為5%，H2O氣體為10%，其余部分為N2氣體；氨氮比分別為0.5,0.8、1.I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，其特征在于，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定30分鐘后，記錄煙氣分析儀錄得的NO氣體濃度數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，其特征在于，實(shí)驗(yàn)的催化劑包括:新波紋板催化劑和服役40200h的波紋板催化劑、新蜂窩狀催化劑和服役20000h的蜂窩狀催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，其特征在于，每種催化劑重復(fù)兩次實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)為取兩次實(shí)驗(yàn)的平均值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的SCR脫硝系統(tǒng)催化劑脫硝性能變化規(guī)律的測(cè)量方法，其特征在于，所述催化劑的化學(xué)反應(yīng)模型包括: 微元體積的控制方程，如公式:
RnoO - 6.").i// = A-U- C I, dx u; 式中，Rno為單位體積催化劑的NO反應(yīng)速率(mol/m3-Cat/S)，ε Β 為催化劑床層的孔隙率，A為催化劑入口截面積(m2)，I為催化劑的長(zhǎng)度，u為煙氣的表觀速度(m/s)，C '為NO的反應(yīng)器入口摩爾濃度(mol/m3)，xN0為NO的轉(zhuǎn)化率。
【文檔編號(hào)】G01N31/10GK103472183SQ201310405380
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】李德波 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院