CN106526064A - 一种动态检测scr脱硝过程中催化剂活性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，包括以下步骤：(1)测量某一时刻脱硝反应器入口处的烟气流量L1、烟气中NOX浓度Dn1以及出口处的烟气流量L2和出口处烟气中NOX浓度Dn2；(2)测量该时刻脱硝反应器入口处的氨气流量LA、氨气浓度An1及出口处的氨气浓度An2；(3)计算该时刻的催化剂活性百分比K，K＝[L1*Dn1‑L2*Dn2]/[Dn1*L1*K1*K2*K3+(An2‑An4lx)*L2]；其中，K1、K2、K3分别表征脱硝反应器内部含氧量、氨气量和脱硝反应器内部温度对催化剂催化脱硝反应的影响因子，K1、K2、K3均小于等于1；An4lx为脱硝反应器出口处允许排放的氨气浓度。本发明的方法可检测出脱硝过程中催化剂的实时活性，从而指导工作人员及时更换催化剂，保证脱硝过程的高效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种催化剂活性的检测方法，特别涉及一种动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法。
背景技术
燃煤装置，例如火力发电厂，排放烟气会造成大气污染，主要污染物之一是NOx，现有的最成熟的烟气脱硝技术是选择性催化还原法(SCR)，利用还原剂(氨气、尿素)在催化剂作用下，选择性地与NOx、反应生成N2和H2O。
催化剂是SCR脱硝系统的核心部件，占整个投资的30％-50％左右。一般催化剂使用1-2年左右就会出现失活或活性降低的现象。脱硝反应过程中，由于燃料、设备及运行等方面的原因，催化剂的活性会不断下降，如存在于煤中的砷、碱金属、碱土金属及金属氧化物等，在烟气温度下降时，会凝结沉积在催化剂上，可能与催化剂中的酸性中心发生化学反应，破坏催化剂的活性；烟气中温度波动对催化剂的物理损伤也会引起催化剂活性降低。同时由于煤炭市场供应形势所限，实际燃用煤种偏离设计值较大，为保证脱硝效率，对SCR系统催化剂的运行维护提出了更高的要求。
一般把催化剂的运行小时数作为催化剂化学使用寿命，在到达设计寿命后，应该进行催化剂的置换、部分或整体更换。这种更换方式按照设计时间进行更换，没有考虑到实际使用情况进行更换，造成资源的浪费或脱硝不达标的排放。
因此迫切需要一种催化剂性能检测方法，该方法能够实时动态检测SCR脱硝过程中催化剂的活性，从而为催化剂的适时更换提供有效的依据。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题，提供一种动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，该方法能够检测出SCR脱硝全过程中任一时刻催化剂的活性。
技术方案：本发明所述的一种动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，包括以下步骤：
(1)测量某一时刻脱硝反应器入口处的烟气流量L1、烟气中NOX浓度Dn1以及出口处的烟气流量L2和出口处烟气中NOX浓度Dn2；
(2)测量该时刻脱硝反应器入口处的氨气流量LA、氨气浓度An1及出口处的氨气浓度An2；
(3)计算该时刻的催化剂活性百分比K，
K＝[L1*Dn1-L2*Dn2]/[Dn1*L1*K1*K2*K3+(An2-An4lx)*L2]；
式中，K1为由脱硝反应器内部含氧量引起的催化剂活性衰减因子，K1≤1；K2为由氨气量引起的脱硝效率影响因子，K2≤1；K3为由脱硝反应器内部温度引起的催化剂活性衰减因子，K3≤1；An4lx为脱硝反应器出口处允许排放的氨气浓度。
具体的，通过测量脱硝反应器内部的含氧量Yn来确定活性衰减因子K1的值，
当Yn≥5％时，K1＝1；
当Yn＜5％时，K1＝6.67Yn+0.667。
上述脱硝效率影响因子K2的值通过如下方法确定：假设氨气量引起的催化剂活性衰减系数为Kn1，K2的值与Kn1密切相关；
Kn1＝(An1*LA-An4lx*L2)/(L1*Dn1-L2*Dn2)，当Kn1<1时，K2＝Kn1；当氨气量大于一定值时，即当Kn1≥1时，K2＝1。
上述活性衰减因子K3的值可通过测量脱硝反应器内温度Tn来确定：
当Tn＞T时，K3＝1；
当T*10％<Tn<T时，K3＝Tn/T；
当T*10％>Tn时，K3＝Tn 2/T2；
其中，T为脱销反应过程中催化剂的最佳温度。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于，本发明通过测量脱硝反应器入口处和出口处的实时数据计算得出脱硝过程中的催化剂的动态活性，获知脱硝过程的效率，从而指导工作人员及时更换催化剂，保证脱硝过程的高效率，进一步提高整个脱硝系统的稳定性；同时，本发明的方法在计算催化剂动态活性时引入三种不同的催化剂活性影响因子K1、K2和K3，充分考虑了脱硝反应过程中对催化剂活性影响的一系列因素，可以更加精确有效地获知催化剂的实时活性，从而保证催化剂的高效使用。
附图说明
图1为实施本发明的方法所采用的脱硝反应器及对应的测量点位置示意图，图中，箭头方向表示气流出入方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的一种动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，包括以下步骤：
(1)测量某一时刻脱硝反应器入口处的烟气流量L1、烟气中NOX浓度Dn1以及出口处的烟气流量L2和出口处烟气中NOX浓度Dn2；
(2)测量该时刻脱硝反应器入口处的氨气流量LA、氨气浓度An1及出口处的氨气浓度An2；
(3)计算该时刻的催化剂活性百分比K，
K＝[L1*Dn1-L2*Dn2]/[Dn1*L1*K1*K2*K3+(An2-An4lx)*L2]；
式中，K1、K2、K3不同因素对催化剂催化脱硝反应的影响因子，K1、K2、K3的值均小于等于1；An4lx为脱硝反应器出口处允许排放的氨气浓度。
其中，K1表征由脱硝反应器内部含氧量引起的催化剂活性衰减因子，可通过测量脱硝反应器内部的含氧量Yn来确定活性衰减因子K1的值：当Yn≥5％时，K1＝1；当Yn＜5％时，K1＝6.67Yn+0.667；
K2为由氨气量引起的脱硝效率影响因子，假设氨气量引起的催化剂活性衰减系数为Kn1，K2的值可通过Kn1来确定：
Kn1＝(An1*LA-An4lx*L2)/(L1*Dn1-L2*Dn2)，当Kn1<1时，K2＝Kn1；当氨气量大于一定值时，即当Kn1≥1时，K2＝1。
K3为由脱硝反应器内部温度引起的催化剂活性衰减因子，可通过测量脱硝反应器内温度Tn来确定：
当Tn＞T时，K3＝1；
当T*10％<Tn<T时，K3＝Tn/T；
当T*10％>Tn时，K3＝Tn 2/T2；
其中，T为脱销反应过程中催化剂的最佳温度。
通过测量脱硝反应器入口处和出口处的实时数据计算得出脱硝过程中的催化剂的动态活性，获知脱硝过程的效率，从而指导工作人员及时更换催化剂，保证脱硝过程的高效率，进一步提高整个脱硝系统的稳定性；同时，本发明的方法在计算催化剂动态活性时引入三种不同的催化剂活性衰减因子K1、K2和K3，充分考虑了脱硝反应过程中对催化剂活性影响的一系列因素，可以更加精确有效地获知催化剂的实时活性，从而保证催化剂的高效使用。
实施例
如图1，在SCR脱硝反应器1的烟气入口2、烟气出口3、氨气入口4以及脱硝反应器1内部分别设置传感器，其中，位于烟气入口2处的传感器用于测量入口处处理前的烟气流量L1和处理前的烟气中NOX浓度Dn1，位于烟气出口3处的传感器用于测量出口处经脱硝后的烟气流量L2、脱硝后烟气中NOX浓度Dn2以及出口处的氨气浓度An2，位于氨气入口4处的传感器用于测量进入脱硝反应器的氨气流量LA和氨气浓度An1，位于脱硝反应器内部的传感器用于测量反应器内部的O2浓度Yn及脱硝反应器内部温度Tn。
上述传感器分别与PLC控制器连接，PLC控制器内预设催化剂活性百分比K的计算公式K＝[L1*Dn1-L2*Dn2]/[Dn1*L1*K1*K2*K3+(An2-An4lx)*L2]；PLC控制器可按照预设的时间反复采集各传感器测量的数据，也可不间断地采集实时数据，然后根据预设的计算公式得到催化剂的实时活性。
本实施例中SCP脱硝反应器出口处允许排放的氨气浓度An4lx为2ppm，使用的脱硝催化剂的最佳活性温度T为220℃。
某一时刻各传感器测得的实时数据如下：
脱硝反应器内部的含氧量O2浓度Yn为4.0％，由于Yn＜5％时，则K1＝6.67Yn+0.667，计算得到K1＝0.938；
脱硝反应器内部温度Tn为250℃，大于脱硝催化剂最佳活性温度220℃，可知K3＝1；
脱硝反应器入口处的标况烟气流量L1为3050m3/s，并且传感器测得此处的氮氧化物浓度Dn1为250mg/m3；
进入脱硝反应器的氨气流量LA为420m3/s，氨气浓度An1为1400ppm；
脱硝反应器出口处的氮氧化物浓度Dn2为50mg/m3，并且出口处的气体流量L2为3360m3/s，出口处的氨气浓度An2为2.5ppm；通过公式计算得出K2＝0.98；
将上述各值代入催化剂活性计算公式中，算得催化剂的活性K为84％。
Claims (4)
1.一种动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)测量某一时刻脱硝反应器入口处的烟气流量L1、烟气中NOX浓度Dn1以及出口处的烟气流量L2和出口处烟气中NOX浓度Dn2；
(2)测量该时刻脱硝反应器入口处的氨气流量LA、氨气浓度An1及出口处的氨气浓度An2；
(3)计算该时刻的催化剂活性百分比K，
K＝[L1*Dn1-L2*Dn2]/[Dn1*L1*K1*K2*K3+(An2-An4lx)*L2]；
式中，K1为由脱硝反应器内部含氧量引起的催化剂活性衰减因子，K1≤1；K2为由氨气量引起的脱硝效率影响因子，K2≤1；K3为由脱硝反应器内部温度引起的催化剂活性衰减因子，K3≤1；An4lx为脱硝反应器出口处允许排放的氨气浓度。
2.根据权利要求1所述的动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，其特征在于，通过测量脱硝反应器内部的含氧量Yn来确定活性衰减因子K1的值，
当Yn≥5％时，K1＝1；
当Yn＜5％时，K1＝6.67Yn+0.667。
3.根据权利要求1所述的动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，其特征在于，所述脱硝效率影响因子K2的值通过下式确定：
Kn1＝(An1*LA-An4lx*L2)/(L1*Dn1-L2*Dn2)；
当Kn1≥1时，K2＝1；
当Kn1<1时，K2＝Kn1。
4.根据权利要求1所述的动态检测SCR脱硝过程中催化剂活性的方法，其特征在于，通过测量脱硝反应器内温度Tn来确定所述活性衰减因子K3的值：
当Tn＞T时，K3＝1；
当T*10％<Tn<T时，K3＝Tn/T；
当T*10％>Tn时，K3＝Tn 2/T2；
其中，T为脱硝反应过程中催化剂的最佳温度。
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