一種可同時測量多種scr催化劑的測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，包括配氣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)；配氣系統(tǒng)包括分別裝有N2、O2、NO、NH3和SO2的若干氣瓶，反應(yīng)系統(tǒng)包括若干反應(yīng)管、包裹在反應(yīng)管外側(cè)的高溫管式爐以及外套管；測量系統(tǒng)包括煙氣分析儀，煙氣分析儀的數(shù)據(jù)輸出端與計算機(jī)相連，出氣端與尾氣回收裝置相連。本發(fā)明能夠測量在不同溫度下的SCR催化劑的NO脫除效率，并且可以在某一特定溫度下同時測量4種SCR催化劑的NO脫除效率，還能同時測量4種SCR催化劑在不同NH3/NO比、不同NH3含量、不同NO含量和不同O2含量下的NO脫除效率，而且測量同一種SCR催化劑在不同空速下的NO脫除效率，最后可以測量SCR催化劑在SO2和水蒸氣存在情況下的NO脫除效率，研究催化劑的抗硫抗水性。
【專利說明】
一種可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于熱能與動力工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種SCR催化劑性能測試裝置，具體是一種可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類社會的現(xiàn)代化得到了高速發(fā)展，全球化的工業(yè)規(guī)模也與日倶增，但是高速發(fā)展帶來的環(huán)境問題也日益嚴(yán)峻。隨著各種污染氣體排放量的增多，人類賴以生存的環(huán)境正在遭受著嚴(yán)重的侵害，同時，人類自身的健康也飽受侵害。在常見的污染物氣體中，N0X(主要指NO和N02)危害較大。除了部分NOx來自于自然界本身，還有相當(dāng)一部分量來源于人類的自身活動，例如化石燃料的燃燒、汽車尾氣的排放等。數(shù)據(jù)顯示，2000年，我國氮氧化物排放的總量約為1210萬噸，2005年，該量上升到了 1990萬噸，2009年，又升至2214.4萬噸，截止2013年，氮氧化物總量達(dá)到2227萬噸。如果未能采取有效限制措施，則預(yù)計到2020年，全國能源消費(fèi)導(dǎo)致的氮氧化物排放總量可以達(dá)到2363?2914萬噸。屆時中國也將成為世界第一大放國。過度的NOx排放會對人類生存環(huán)境帶來了酸雨、近地層大氣臭氧層破壞以及光化學(xué)煙霧等危害。因此，如何有效治理氮氧化物已成為當(dāng)前十分緊迫的環(huán)境問題之一。
[0003]在人為氮氧化物排放源里，燃煤電廠對NOx的排放量貢獻(xiàn)最大，約占氮氧化物排放總量的一半。據(jù)統(tǒng)計:2009年底，我國火電裝機(jī)總?cè)萘?.51億千瓦，2013年底，火電莊機(jī)總?cè)萘可仙?.62億千瓦。然而，我國自身能源結(jié)構(gòu)的特點，決定了今后相當(dāng)長的時期內(nèi)煤電依然在我國發(fā)電格局內(nèi)占主要位置。針對該種情況，我國的電力建設(shè)總方針里也明確規(guī)定“優(yōu)化發(fā)展火電”。而所謂的優(yōu)化，就是要在提高發(fā)電量的同時，有效減少污染排放量。2011年7月，我國頒布的《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223-2011)將新建發(fā)電鍋爐的NOx最高排放值限制在100mg/m3以下，該值遠(yuǎn)低于舊標(biāo)準(zhǔn)的限值。同時，該標(biāo)準(zhǔn)對煙塵、二氧化硫等污染物也作出了限制。其嚴(yán)格程度與歐盟、美國等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)體現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不相上下。預(yù)計新標(biāo)準(zhǔn)實施后，到2015年電力行業(yè)氮氧化物排放量可以大幅降低，幅值高達(dá)580萬噸。且據(jù)目前的發(fā)展趨勢來估計，未來我國新建的電廠的NOx最高排放值限有可能將會低至50mg/m3。
[0004]針對燃煤電廠的氮氧化物固定生成源，目前有三種公認(rèn)成熟的技術(shù)來控制N0X，分別是燃燒控制技術(shù)，爐內(nèi)噴射吸收劑以及煙氣脫硝技術(shù)。其中煙氣脫硝技術(shù)是指脫除煙氣中的氮氧化物的技術(shù)，效率可達(dá)80 %以上，是目前最為重要的控制NOx排放的方法。而煙氣脫硝技術(shù)中的選擇性催化還原技術(shù)(SCR)作為氮氧化物脫除技術(shù)中的關(guān)鍵手段在電廠中得到廣泛應(yīng)用，催化劑又是該技術(shù)的核心，催化劑脫除NOx的效果直接反映了催化劑性能的優(yōu)劣，所以脫硝催化劑已成為越來越多的研究者所關(guān)注的焦點問題。
[0005]實驗室制備SCR催化劑的方法一般為溶膠凝膠法，浸漬法和共沉淀法等，制備得到的SCR催化劑一般研磨為40-60目，然后用SCR測試裝置測試其NO脫除率以及催化劑的抗硫抗水性，進(jìn)而可以對比判斷出不同種類催化劑的性能，最終為工業(yè)實際提供參考。然而現(xiàn)在普遍采用的實驗室SCR催化劑測試裝置有很多缺點:1.只能同一工況下測試一種催化劑的NO脫除率;2.反應(yīng)給水裝置的給水量不夠穩(wěn)定;3.現(xiàn)有的很多SCR催化劑測試裝置沒有考慮在SO2和水蒸氣存在的情況下的催化劑的NO脫除效率，就算有的話也是直接在已經(jīng)混合了NO，02，ΝΗ3和N2的氣路中通入SO2和水蒸氣得到最終混合氣體，再將這股混合氣體通入反應(yīng)管，然而這樣會導(dǎo)致NH3，SO2，O2和水蒸氣在未到達(dá)反應(yīng)管內(nèi)催化劑表面的情況下發(fā)生反應(yīng)，生成NH4HSO4粉末，進(jìn)而堵塞管路;4.反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)管內(nèi)的催化劑表面的時候未能充分預(yù)熱;5.反應(yīng)石英管更換催化劑操作不夠簡單。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，該測試裝置用于同時測量多種SCR催化劑的NOx脫除率以及在有SO2和水蒸氣存在情況下的NOx脫除率。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0008]—種可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，包括配氣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)以及測量系統(tǒng);配氣系統(tǒng)包括分別裝有N2、02、Ν0、ΝΗ3和SO2的若干氣瓶，反應(yīng)系統(tǒng)包括若干反應(yīng)管、包裹在反應(yīng)管外側(cè)的高溫管式爐以及外套管，各個氣瓶的出口通過氣體混合器連接至反應(yīng)管的入口處，反應(yīng)管密封套設(shè)在外套管內(nèi)，且入口伸出外套管，出口位于外套管內(nèi)；測量系統(tǒng)包括煙氣分析儀，煙氣分析儀的數(shù)據(jù)輸出端與計算機(jī)相連，出氣端與尾氣回收裝置相連;外套管的出氣口通過出氣管與煙氣分析儀相連。
[0009]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:
[0010]所述氣瓶包括S02/N2氣瓶、N2氣瓶、NH3/N2氣瓶、N0/N2氣瓶和02/N2氣瓶，每個氣瓶的出口處均連接減壓閥和質(zhì)量流量計；
[0011]S02/N2氣瓶的出口連接第一氣體混合器，N2氣瓶的出口分別連接第二氣體混合器和氣體洗滌瓶，氣體洗滌瓶的出口連接第一氣體混合器;NH3/N2氣瓶、N0/N2氣瓶和02/N2氣瓶的出口均連接至第二氣體混合器上;第一氣體混合器和第二氣體混合器的出口分別連接至反應(yīng)管的入口。
[0012]所述氣體洗滌瓶設(shè)置于水浴鍋內(nèi)。
[0013]本發(fā)明還包括旁路系統(tǒng)，旁路系統(tǒng)由兩條煙氣旁路組成，第一煙氣旁路的一端連接第二氣體混合器的出口，另一端連接煙氣分析儀的入口；第二煙氣旁路的一端連接第一氣體混合器的出口，另一端連接煙氣分析儀的入口；第一煙氣旁路和第二煙氣旁路上分別設(shè)置有第一閥門和第二閥門。
[0014]所述反應(yīng)管為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，02、Ν0、ΝΗ3和N2混合之后通入反應(yīng)管的內(nèi)層，攜帶水蒸氣的NdPSO2混合后通入反應(yīng)管的外層;反應(yīng)管末端設(shè)置篩板，篩板上設(shè)置兩層莫來石棉層，且兩層莫來石棉層之間設(shè)置SCR催化劑層;反應(yīng)管的內(nèi)外兩層的氣體于莫來石棉層前端混合，經(jīng)過SCR催化劑層由反應(yīng)管末端的篩板進(jìn)入外套管內(nèi)，最終由外套管末端的出氣管排出。
[0015]所述外套管內(nèi)設(shè)置有4根反應(yīng)管。
[0016]所述反應(yīng)管的內(nèi)層入口和外層入口均開設(shè)在反應(yīng)管的側(cè)壁上，前端通過橡膠塞密封;反應(yīng)管的外層入口與第一氣體混合器的出口相連通，內(nèi)層入口與第二氣體混合器的出口相連通;且每個反應(yīng)管的各個入口處均設(shè)置有閥門。
[0017]所述外套管的末端通過密封膠塞密封，出氣管安裝于密封膠塞的中央。
[0018]所述反應(yīng)管內(nèi)設(shè)置有電熱偶，電熱偶連接溫度顯示儀表，且管式爐上連接有溫控儀。
[0019]所述篩板上開設(shè)有若干使氣體通過的網(wǎng)孔。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021 ]本發(fā)明操作簡單，結(jié)構(gòu)合理，同時測試多種SCR催化劑的NO脫除效率的時候能夠節(jié)約大量時間。本發(fā)明能夠測量在不同溫度下的SCR催化劑的NO脫除效率，并且可以在某一特定溫度下同時測量4種SCR催化劑的NO脫除效率，還能同時測量4種SCR催化劑在不同ΝΗ3/Ν0比、不同NH3含量、不同NO含量和不同O2含量下的NO脫除效率，而且測量同一種SCR催化劑在不同空速下的NO脫除效率，最后可以測量SCR催化劑在SO2和水蒸氣存在情況下的NO脫除效率，研究催化劑的抗硫抗水性。
[0022]進(jìn)一步的，本發(fā)明將進(jìn)口氣路設(shè)置為2路，避免了O2、SO2、NH3和水蒸氣在進(jìn)入反應(yīng)管內(nèi)的催化劑層之前提前反應(yīng)生成NH4HSO4晶體而堵塞氣路。
[0023]進(jìn)一步的，本發(fā)明反應(yīng)管內(nèi)的雙層氣路結(jié)構(gòu)既能避免氣體在SCR催化劑之前提前反應(yīng)，又能起到反應(yīng)之前預(yù)熱氣體的作用。
[0024]進(jìn)一步的，本發(fā)明通過設(shè)置旁路系統(tǒng)，能夠更加準(zhǔn)確的測量模擬煙氣入口各組分濃度，進(jìn)而得到更加準(zhǔn)確的SCR催化劑的NO脫除效率。
[0025]進(jìn)一步的，本發(fā)明通過在含有水蒸氣的氣路上覆蓋加熱帶，可以避免水蒸氣在氣路管壁凝結(jié)為水滴。
【【附圖說明】】
[0026]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明外套管的A-A示意圖；
[0028]圖3是反應(yīng)管底部篩板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]其中，1-尾氣回收裝置;2-煙氣分析儀;3-計算機(jī);4-S02/N2氣瓶;5_N2氣瓶;6_NH3/N2氣瓶;7-N0/N2氣瓶，8-02/N2氣瓶;9-減壓閥；10-質(zhì)量流量計；11-水浴鍋；12-第二氣體混合器；13-氣體洗滌瓶；14-閥門；15-溫度顯示儀表；16-橡膠塞；17-反應(yīng)管；18-熱電偶；19-高溫管式爐;20-莫來石棉層;21-SCR催化劑層;22-篩板;23-外套管;24-密封膠塞;25-出氣管;26-溫控儀;27-篩板網(wǎng)孔。
【【具體實施方式】】
[0030]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0031]參見圖1-圖3，本發(fā)明由配氣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)組成。配氣系統(tǒng)包括S02/N2氣瓶4、N2氣瓶5、NH3/N2氣瓶6、N0/N2氣瓶7、02/N2氣瓶8、減壓閥9、七星華創(chuàng)CS200型質(zhì)量流量計10、水浴鍋11、氣體混合器12、氣體洗滌瓶13和各氣路的閥門14。反應(yīng)系統(tǒng)包括高溫管式爐19及其溫控儀26、反應(yīng)管17、熱電偶18及其溫度顯示儀表15、莫來石棉層20和催化劑層21、外套管23及其密封膠塞24和出氣管25。測量系統(tǒng)包括置于裝置尾部的GasmetDx4000煙氣分析儀2、計算機(jī)3和尾氣回收裝置I。
[0032]在配氣系統(tǒng)中，用質(zhì)量流量計控制各組分氣體含量，用N2、02、N0、NH3、S02和水蒸氣的混合氣體模擬電站鍋爐煙道中的氣體成分。其中N2、O2、NO、NH3和SO2氣體分別來自N2氣瓶、O2氣瓶、N0/N2氣瓶、NH3/N2氣瓶和S02/N2氣瓶，而水蒸氣的生成方式是通過用N2通入裝有去離子水的氣體洗滌瓶，氣體洗滌瓶放置于水浴鍋中，通過調(diào)節(jié)水浴鍋的溫度便可以控制N2攜帶的水蒸氣的含量。Ν2、02、Ν0和H3氣體經(jīng)過質(zhì)量流量計后在混合器內(nèi)混合后通入反應(yīng)管內(nèi)層進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)管內(nèi)層氣路，N2攜帶水蒸氣與SO2混合后通入反應(yīng)管外層進(jìn)氣口進(jìn)入反應(yīng)管外層氣路，這樣既可以避免02、S02、NH3和水蒸氣在進(jìn)入反應(yīng)管內(nèi)的催化劑層之前提前反應(yīng)生成NH4HSO4晶體而堵塞氣路，又可以避免NH3溶與水。要在N2攜帶水蒸氣與SO2的氣路外部和尾氣管路覆蓋加熱帶來加熱氣路管壁，以防止氣路中的水蒸氣遇到溫度較低的氣路管壁而凝結(jié)為水滴。
[0033]本發(fā)明反應(yīng)管為雙層結(jié)構(gòu)，在反應(yīng)管內(nèi)的催化劑層之前，分為內(nèi)層氣路和外層氣路，兩層氣路在反應(yīng)管底部的催化劑層之前相遇，使得兩層氣路中的混合氣體在相遇反應(yīng)之前能夠充分預(yù)熱，達(dá)到SCR催化劑的測試溫度。反應(yīng)管的兩層氣路的氣體在催化劑層附近反應(yīng)。反應(yīng)管底部的結(jié)構(gòu)是篩板結(jié)構(gòu)，如圖3所示，篩板上有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，這樣既能托住莫來石棉和催化劑層，不使其下落，又能使氣體通過網(wǎng)孔。在反應(yīng)管底部的篩板結(jié)構(gòu)上放置一層厚度約0.5cm的可以耐受高溫的莫來石棉，然后在這層莫來石棉上放置一定量的待測的SCR催化劑，再將第二層厚度約0.5cm的莫來石棉放置在待測的SCR催化劑上方。莫來石棉的纖維孔隙結(jié)構(gòu)可以使得模擬煙氣通過，第一層莫來石棉(下層的)可以托住SCR催化劑層，避免其通過篩板網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)而下落，第二層莫來石棉覆蓋在SCR催化劑上方，防止粉末狀SCR催化劑被不穩(wěn)定的氣流吹起。反應(yīng)管頂部用橡膠塞密封，熱電偶穿過該橡膠塞，插入到SCR催化劑層，通過溫度顯示儀表來測量催化劑層的溫度。
[0034]將反應(yīng)管插入到外套管中，外套管頂部軸對稱分布4個插孔，分別可以插入4個反應(yīng)石英管，各個反應(yīng)石英管和外套管之間用密封圈密封，因為4個反應(yīng)管相對外套管軸對稱分布，而且外套管放置在高溫管式爐正中心，所以可以保證4個反應(yīng)管的SCR催化劑層溫度基本一致，這種結(jié)構(gòu)的好處是在同一溫度下可以同時測量4中SCR催化劑的NO脫除效率。夕卜套管底部用密封橡膠塞塞住，橡膠塞中間放置出氣管。這樣一來，混合好的模擬煙氣從反應(yīng)管的兩個進(jìn)氣口進(jìn)入，在反應(yīng)管底部的催化劑層處相遇并反應(yīng)，反應(yīng)尾氣穿過SCR催化劑層和莫來石棉層，穿過篩板結(jié)構(gòu)進(jìn)入外套管，最后再經(jīng)過出氣管而離開反應(yīng)裝置，進(jìn)入尾氣分析和回收系統(tǒng)。
[0035]在4個反應(yīng)管底部可以分別放置4種不同種類的SCR催化劑(為了清晰顯示，圖1只畫出了 2個反應(yīng)管，并用這2個反應(yīng)管進(jìn)行說明)，可以通過控制閥門的開和關(guān)來控制模擬煙氣到底流向哪種SCR催化劑，便可以確定到底測試的是哪個SCR催化劑的NO脫除效率，比如在高溫管式爐溫度設(shè)定為160°C時，首先將閥門5和閥門6打開，將閥門3和閥門4關(guān)閉，這樣模擬煙氣就會進(jìn)入反應(yīng)管1，這時測試的就是反應(yīng)管I中SCR催化劑的NO脫除效率，當(dāng)測試完成后，再將閥門3和閥門4打開，將閥門5和閥門6關(guān)閉，這時測試的就是反應(yīng)管2中SCR催化劑的NO脫除效率，按照這個步驟就可以逐個測試在160°C溫度條件下的4種SCR催化劑的NO脫除率，然后再將高溫管式爐溫度升高到下一個指定溫度繼續(xù)測試4種SCR催化劑的NO脫除率，這樣就巧妙的實現(xiàn)了在各個設(shè)定溫度下同時測試4中SCR催化劑的NO脫除效率，避免了傳統(tǒng)的SCR催化劑測試裝置的一次升溫過程只能測試一種SCR催化劑的這種較為浪費(fèi)時間的方式。
[0036]4個反應(yīng)管中也可以放置同一種SCR催化劑，但是每個反應(yīng)管中的SCR催化劑的質(zhì)量不同，這樣可以通過調(diào)節(jié)氣路閥門使模擬煙氣通過不同質(zhì)量的同一種SCR催化劑，就可以得到在不同空速(煙氣流量/催化劑體積)條件下的SCR催化劑NO脫除效率隨溫度的變化關(guān)系。高溫管式爐通過溫控儀進(jìn)行溫度控制。
[0037]本發(fā)明SCR催化劑的NO脫除效率如下定義:
[0038]NO脫除效率(％ ) = (NOxA 口濃度-NOx出口濃度)/NOx入口濃度X 100
[0039]空速Sv等于煙氣流量除以催化劑體積?？账俚挠嬎阋妹啃r煙氣流量(換算成標(biāo)準(zhǔn)工況下)除催化劑體積，即空速為每小時流經(jīng)單位催化劑的煙氣流量(Gas HourlySpace Velocity，簡寫為GHSV或Sv，單位為h_l)。Sv是工程設(shè)計中保證投資和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要的參數(shù)。
[0040]傳統(tǒng)的SCR測試裝置一般根據(jù)配氣系統(tǒng)的各組分氣體含量通過計算得到NOx的入口濃度，但是這樣其實并不能精確地反映出NOx的入口濃度，這樣只能得到理論上的NOx的入口濃度，并不是實際NOx入口濃度，所以說這樣的做法是不準(zhǔn)確的，只有通過煙氣分析儀實際測量出的NOx濃度才是NOx的真正濃度，本發(fā)明為了得到真正的NOx入口濃度設(shè)置了模擬煙氣旁路系統(tǒng)，在實驗開始進(jìn)行時，將高溫管式爐設(shè)定為溫度t，首先關(guān)閉閥門3、閥門4、閥門5和閥門6，打開閥門I和閥門2，這樣煙氣分析儀測試得到的各組分氣體濃度就是實際的入口各組分氣體濃度，這樣可以得到NOx入□濃度，然后將閥門5和閥門6打開，關(guān)閉旁路系統(tǒng)的閥門I和閥門2，這樣一來，模擬煙氣進(jìn)入反應(yīng)管I，在反應(yīng)管I的催化劑層相遇并反應(yīng)后，尾氣進(jìn)入外套管，進(jìn)而從出氣管離開反應(yīng)系統(tǒng)，進(jìn)入煙氣分析儀，煙氣分析儀測量出尾氣的NOx含量，就是NOx的出口濃度，這樣就可以計算出所測試的反應(yīng)管I中的SCR催化劑在t溫度時的NO脫除效率。
[0041 ] 通過質(zhì)量流量計調(diào)節(jié)模擬煙氣的各組分氣體的流量，就可以改變ΝΗ3/Ν0比例，NH3含量，NO含量，O2含量，SO2含量;通過改變水浴鍋的溫度，便可以改變模擬煙氣中水蒸氣的含量。這樣便可以同時測試4種SCR催化劑在不同模擬煙氣成分下隨溫度變化的NO脫除效率，也可以通過先不通入SO2和水蒸氣，測試催化劑效率，然后再通入SO2和水蒸氣來探究SO2和水蒸氣對SCR脫硝效率的影響(抗硫抗水性)。
[0042]最后，Gasmet Dx4000煙氣分析儀和計算機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接，在計算機(jī)上可以對煙氣分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作。
[0043]本發(fā)明的原理:
[0044]本發(fā)明通過將4個石英反應(yīng)管對稱安裝在外套管上，對稱安裝使得4個反應(yīng)管受熱均勻，溫度一致，通過在4個反應(yīng)石英管上放置不同種類催化劑，在同一溫度條件下，通過更改4個反應(yīng)管的進(jìn)氣閥門的開啟和關(guān)閉來改變氣路，進(jìn)而使得氣路中的混合氣體依次通過各個反應(yīng)管，進(jìn)而實現(xiàn)在同一溫度下順序測試每種催化劑的NO脫除率和抗硫抗水性;將盛有去離子水的氣體洗滌瓶放置在水浴鍋中，N2氣體通過氣體洗滌瓶，可以攜帶一定量的水蒸氣，通過調(diào)節(jié)恒溫水浴鍋的溫度，進(jìn)而可以控制氣體洗滌瓶內(nèi)去離子水的溫度，進(jìn)而控制N2攜帶的水蒸氣量，通過實測發(fā)現(xiàn)，煙氣分析儀中檢測到的H20(g)的量較為穩(wěn)定;本發(fā)明采用的反應(yīng)管為雙層結(jié)構(gòu)，氣體O2、N0、NH#PN2混合之后通入反應(yīng)管內(nèi)層，攜帶水蒸氣的N2和SO2混合后通入反應(yīng)管外層，內(nèi)外層氣體在高溫管式爐內(nèi)的各自較長的氣道內(nèi)流動，可以起到氣體預(yù)熱的作用，最終內(nèi)外層氣體在催化劑表面附近相遇并反應(yīng)，這樣可以避免NH3、S02、O2和水蒸氣在進(jìn)入反應(yīng)管的催化劑層之前相遇反應(yīng)生成NH4HSO4粉末將氣路阻塞。反應(yīng)管通過密封橡膠安裝在外套管上，更換催化劑的時候可以將反應(yīng)管從外套管上取出，將細(xì)鐵絲從篩板的網(wǎng)孔中向石英反應(yīng)管內(nèi)部通入，便可將莫來石棉和催化劑層從反應(yīng)管頂部推出，然后取少量可以耐高溫的莫來石棉從反應(yīng)管頂部用玻璃棒推入，將莫來石棉推入到反應(yīng)管底部篩板上，形成第一層莫來石棉，并用玻璃棒將其安放平整，然后用天平取適量(這里取Ig)制備好的40-60目催化劑粉末，從反應(yīng)管頂部放入，使其落入第一層莫來石棉上，然后再取少量莫來石棉，從反應(yīng)管頂部用玻璃棒推入，將莫來石棉推入到催化劑層上方，形成第二層莫來石棉，并用玻璃棒將其安放平整，反應(yīng)管底部篩板的作用是托住莫來石棉和催化劑層，不使其下落，并且篩板上的網(wǎng)孔可以使氣體通過，第一層莫來石棉的作用是使氣體通過的同時，托住催化劑層避免其從篩板上的網(wǎng)孔中掉落，第二層莫來石棉的作用是使氣體通過的同時，覆蓋住催化劑層，避免因為氣流的不穩(wěn)定而導(dǎo)致催化劑被吹起。這樣使得催化劑的更換操作較為簡單和合理。
[0045]本發(fā)明的工作過程:
[0046]本發(fā)明既可以測量在沒有SO2和水蒸氣存在的情況下的SCR催化劑的NO脫除率，也可以測量在有SO2和水蒸氣存在的情況下的SCR催化劑的NO脫除率。這里僅說明在有SO2和水蒸氣存在的情況下的SCR催化劑的NO脫除率的測試過程。首先，把4個填裝好不同催化劑和莫來石棉層的反應(yīng)管插入到外套管中，并通過溫控儀26將高溫管式爐19設(shè)定到SCR催化劑測試所需的溫度，然后要進(jìn)行配氣過程，就是用不同氣瓶中的氣體來配出實驗所需要的模擬煙氣的各成分，此時要關(guān)閉閥門閥門3，閥門4，閥門5和閥門6，通過打開閥門I和閥門2來接通旁路系統(tǒng)，此時模擬煙氣可以通過旁路系統(tǒng)進(jìn)入煙氣分析儀2，煙氣分析儀2測量得到的模擬煙氣各組分含量可以在計算機(jī)3上顯示出來，通過調(diào)節(jié)各個氣瓶的質(zhì)量流量計10使得計算機(jī)3上測量顯示出來的模擬煙氣各組分含量達(dá)到實驗要求的數(shù)值，記錄此時的NOx濃度，即為入DNOx濃度。然后，要進(jìn)行反應(yīng)過程，通過關(guān)閉閥門I和閥門2來關(guān)閉旁路系統(tǒng)，打開閥門5和閥門6使得模擬煙氣分別通過進(jìn)氣口 I和進(jìn)氣口 2進(jìn)入雙層的反應(yīng)管I，兩股模擬煙氣在反應(yīng)管中經(jīng)過充分預(yù)熱后，在催化劑層相遇并反映，反應(yīng)尾氣經(jīng)出氣管25進(jìn)入煙氣分析儀2，此時煙氣分析儀2測量得到的NOx濃度會顯示在計算機(jī)3，即為NOx出口濃度。根據(jù)NO脫除效率(% ) = (NOxA 口濃度-NOx出口濃度)/N0x入口濃度X 100，即可得到在該工況下反應(yīng)管I中的SCR催化劑的NO脫除效率。然后通過關(guān)閉閥門5和閥門6，打開閥門3和閥門4，使模擬煙氣進(jìn)入反應(yīng)管2，同樣可以得到反應(yīng)管2中SCR催化劑的NO脫除效率，按照同樣操作得到反應(yīng)管3和4(為了圖示清晰起見，圖1并未畫出反應(yīng)管3和4)中SCR催化劑的NO脫除效率，這樣就實現(xiàn)了在不改變高溫管式爐溫度和模擬煙氣成分含量的情況下同時測量了 4種SCR催化劑的NO脫除效率。然后再通過改變高溫管式爐溫度或者模擬煙氣成分含量便可以再次同時測量4種SCR催化劑的NO脫除效率，這樣大大節(jié)省了試驗測試人員的時間和精力。
[0047]也可以通過將4種不同的SCR催化劑更換為4種不同質(zhì)量(體積)的同一種SCR催化劑，來實現(xiàn)在不改變高溫管式爐溫度和模擬煙氣成分含量的情況下測試同一種SCR催化劑在不同空速情況下的NO脫除效率。
[0048]以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，包括配氣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)；配氣系統(tǒng)包括分別裝有Ν2、02、Ν0、ΝΗ3和SO2的若干氣瓶，反應(yīng)系統(tǒng)包括若干反應(yīng)管(17)、包裹在反應(yīng)管(17)外側(cè)的高溫管式爐(19)以及外套管(23)，各個氣瓶的出口通過氣體混合器(12)連接至反應(yīng)管(17)的入口處，反應(yīng)管(17)密封套設(shè)在外套管(23)內(nèi)，且入口伸出外套管(23)，出口位于外套管(23)內(nèi)；測量系統(tǒng)包括煙氣分析儀(2)，煙氣分析儀(2)的數(shù)據(jù)輸出端與計算機(jī)(3)相連，出氣端與尾氣回收裝置(I)相連;外套管(23)的出氣口通過出氣管(25)與煙氣分析儀(2)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述氣瓶包括S02/N2氣瓶(4)、N2氣瓶(5)、NH3/N2氣瓶(6)、Ν0/Ν2氣瓶(7)和02/N2氣瓶(8)，每個氣瓶的出口處均連接減壓閥(9)和質(zhì)量流量計(10)； S02/N2氣瓶(4)的出口連接第一氣體混合器，N2氣瓶(5)的出口分別連接第二氣體混合器(12)和氣體洗滌瓶(13)，氣體洗滌瓶(I3)的出口連接第一氣體混合器;NH3/N2氣瓶(6)、N0/N2氣瓶(7)和02/N2氣瓶(8)的出口均連接至第二氣體混合器(I2)上;第一氣體混合器和第二氣體混合器(12)的出口分別連接至反應(yīng)管(17)的入口。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述氣體洗滌瓶(13)設(shè)置于水浴鍋(11)內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，還包括旁路系統(tǒng)，旁路系統(tǒng)由兩條煙氣旁路組成，第一煙氣旁路的一端連接第二氣體混合器(12)的出口，另一端連接煙氣分析儀(2)的入口 ；第二煙氣旁路的一端連接第一氣體混合器的出口，另一端連接煙氣分析儀(2)的入口 ；第一煙氣旁路和第二煙氣旁路上分別設(shè)置有第一閥門和第二閥門。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述反應(yīng)管(17)為內(nèi)外雙層結(jié)構(gòu)，02、Ν0、ΝΗ#ΡΝ2混合之后通入反應(yīng)管(17)的內(nèi)層，攜帶水蒸氣的N2和SO2混合后通入反應(yīng)管(17)的外層;反應(yīng)管(17)末端設(shè)置篩板(22)，篩板(22)上設(shè)置兩層莫來石棉層(20)，且兩層莫來石棉層(20)之間設(shè)置SCR催化劑層(21);反應(yīng)管(17)的內(nèi)外兩層的氣體于莫來石棉層(20)前端混合，經(jīng)過SCR催化劑層(21)由反應(yīng)管(17)末端的篩板(22)進(jìn)入外套管(23)內(nèi)，最終由外套管(23)末端的出氣管(25)排出。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述外套管(23)內(nèi)設(shè)置有4根反應(yīng)管(17)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述反應(yīng)管(17)的內(nèi)層入口和外層入口均開設(shè)在反應(yīng)管(17)的側(cè)壁上，前端通過橡膠塞(16)密封;反應(yīng)管(17)的外層入口與第一氣體混合器的出口相連通，內(nèi)層入口與第二氣體混合器(12)的出口相連通;且每個反應(yīng)管(17)的各個入口處均設(shè)置有閥門(14)。8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述外套管(23)的末端通過密封膠塞(24)密封，出氣管(25)安裝于密封膠塞(24)的中央。9.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述反應(yīng)管(17)內(nèi)設(shè)置有電熱偶(18)，電熱偶(18)連接溫度顯示儀表(15)，且管式爐(19)上連接有溫控儀(26)。10.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的可同時測量多種SCR催化劑的測試裝置，其特征在于，所述篩板(22)上開設(shè)有若干使氣體通過的網(wǎng)孔(27)。
【文檔編號】G01N33/00GK105911227SQ201610445623
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】張曉璐, 惠世恩, 牛艷青, 雷雨, 呂媛
【申請人】西安交通大學(xué)