本实用新型涉及一种用于测量评估烟气脱硝催化剂工艺性能指标的实验测量装置。
背景技术：
全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置是一种用于测量评估烟气脱硝催化剂工艺性能指标的实验测量装置。其通过模拟烟气脱硝催化剂的运行工况环境，测量模拟烟气通过完整的单级或多级催化剂单元体前后的组分变化，以评估测试样品的脱硝效率、活性、氨逃逸、二氧化硫（SO2）/三氧化硫（SO3）转化率等一系列工艺性能指标。
近年我国对于火电厂排放氮氧化物的控制指标日趋严格，火电企业对SCR烟气脱硝系统，尤其是作为核心部件的烟气脱硝催化剂的质量监督和管理工作的重视程度也日益增强。2013年发布的电力行业标准《火电厂烟气脱硝催化剂检测技术规范》（DL/T 1286-2013）与2015年底实行的国标《蜂窝式烟气脱硝催化剂》（GⅡ/T 31587-2015）中对于烟气脱硝催化剂工艺特性指标的测量方法、评判标准以及相应的的全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置流程均给予的说明。但未做出详细的实验装置结构参数和装置本身的性能指标要求。
由于烟气脱硝催化剂模拟测试工况复杂多变，全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置自身性能的优劣以及对测试工况的适应性会显著影响实验结果的准确性。目前国内相关检测机构所具备的全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置中，反应器部分大都采用卧式布置形式，当模拟烟气流经反应器时易由于气体温度、密度差异造成反应器内的重力分层现象，从而降低流速场和组分浓度场分布均匀性，并对检测结果的准确性产生影响。其次，多数实验装置对于特定组分的单路实验供气采用单独的气体流量计进行流量的调节和控制，可实现的气体流量稳定控制范围通常较为狭窄，当实验所要求的模拟烟气中各组分浓度变化范围较大时,该种气体流量控制方式可能难以适应，因而限制了实验装置的工况适用范围。第三，形式简单的全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置一般难以同时实现对多个单级催化剂并联测试和多级催化剂串联测试工况的快速切换，因而测试效率较低。
技术实现要素：
本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种测试效率较高，能同时实现对多个单级催化剂并联测试和多级催化剂串联测试工况进行快速切换的实验装置。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置，该实验装置包括两套检测系统：检测系统Ⅰ和检测系统Ⅱ，以及尾气吸收装置；检测系统Ⅰ和检测系统Ⅱ均包括烟气发生装置、气体混合装置、盘管式气体预热器、静态氨混合装置、氨氮混合气源、反应装置；烟气发生装置依次经气体混合装置、盘管式气体预热器进入静态氨混合装置；氮氨混合气源与静态氨混合装置相连；静态氨混合装置与反应装置相连；检测系统Ⅰ和检测系统Ⅱ的反应装置分别与尾气吸收装置相连；反应装置包括至少两级反应器；每级反应器的出口及入口处均设有气体取样口；检测系统Ⅰ和检测系统Ⅱ的静态氨混合装置的出口通过管道相连通；管道的两端分别与检测系统Ⅰ和检测系统Ⅱ的反应装置相连；静态氨混合装置与管道之间、静态氨混合装置与反应装置之间、管道上均设有阀门；检测系统Ⅰ的反应装置的出口通过阀门与检测系统Ⅱ的反应装置的入口相连。
其中，反应装置包括两级反应器，两级反应器串联，前端反应器的入口、两级反应器之间、后端反应器出口处均设有上述气体取样口。
烟气发生装置包括一氧化氮气源、二氧化硫气源、空气气源、氮气气源、水蒸气发生装置、两个量程不同的一氧化氮气体流量控制器、两个量程不同的二氧化硫气体流量控制器、两个量程不同的空气气体流量控制器、两个量程不同的氮气气体流量控制器；水蒸气发生装置与气体混合装置相连；一氧化氮气源通过并联的两个一氧化氮流量控制器、二氧化硫气源通过并联的两个二氧化硫气体流量控制器、空气气源通过并联的两个空气气体流量控制器、氮气气源通过并联的两个氮气气体流量控制器分别与气体混合装置相连。
检测系统还包括气-气换热器；反应装置通过气-气换热器与尾气吸收装置相连；氮气气源依次通过两个并联的氮气气体流量控制器、气-气换热器与气体混合装置相连。
检测系统还包括两个氨氮混合气体流量控制器；氨氮混合气源通过并联的两个氨氮混合气体流量控制器与静态氨混合装置相连。
反应器采用立式反应器。
每套检测系统的气体取样口均与一套在线式烟气分析仪相连。
本实用新型相比现有技术具有以下优点：
一、本实用新型采用两套并列的检测系统，每组系统内以串联方式设置有两级反应器。两组检测系统内的四个反应器通过管路阀门的切换，可实现单次最多四级烟气脱硝催化剂样品的实验测试；也能够实现最多两级烟气脱硝催化剂样品的两组实验并列测试。在适应复杂实验工况的同时提高了测试效率。
二、实验装置的反应器部分采用立式布置形式，能有效的优化反应器内的流场及气体浓度场分布特性，确保模拟烟气在进入测试催化剂样品之前满足流场及气体浓度场均匀性要求。
三、实验装置的配气部分（即烟气发生装置部分），对于单路气体采用并列的两块流量控制器共同控制。两块气体流量计的量程不同，可根据实验工况中模拟烟气组分的变化进行切换，采用单独或联合控制方式，实现对宽范围的烟气组分浓度变化实验工况的适应和准确调控。
四、本实用新型通过气—气换热器，可有效利用装置尾气的余热来加热入口烟气，降低了装置运行能耗。
五、本实用新型实验装置可进行全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性测试，检测方式满足国标（GB/T 31587-2015）及电力行业标准（DL/T 1286-2013）要求，相比一般小型检测装置检测结果更具有代表性。
附图说明
图1为本实用新型全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置的结构框图。
图中，Ⅰ、Ⅱ-检测系统，a-氨氮混合气源，b-一氧化氮气源，c-二氧化硫气源，d-空气气源，e-氮气气源，f-工业软化水水源，1-1、1-2、1-11、1-12-氨氮混合气气体流量控制器，1-3、1-4、1-13、1-14-一氧化氮气体流量控制器，1-5、1-6、1-15、1-16-二氧化硫气体流量控制器，1-7、1-8、1-17、1-18-空气气体流量控制器，1-9、1-10、1-19、1-20-氮气气体流量控制器，2-1、2-2-水蒸气发生装置，3-1、3-2-气体混合装置，4-1、4-2-盘管式气体预热器，5-1、5-2-静态氨混合装置，6-1、6-2、6-3、6-4-反应器、7-1、7-2-气-气换热器，8-尾气吸收装置，A-1、A-2、A-3、B-1、B-2、B-3-气体取样口，9-1、9-2-在线式烟气分析仪。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型提供的四级立式串/并联全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置由两组并列的检测系统I、II组成，每组检测系统的最大设计烟气量为200Nm3/h，最高设计反应温度为500℃。每组检测系统各包含一系列供气源（包括氮气气源e、空气气源d、一氧化氮气源b、二氧化硫气源c、氨氮混合气源a）与供水源（工业软化水源f），其中氮气气源e和空气气源d分别由制氮机与空气压缩机供给；其它气体气源由钢瓶气供给。每一路气体分别配套气体流量控制器，以调节不同气体的流量与配比。
每一路气体配置并列的两块流量控制器（不同量程）：第I组检测系统中1-1、1-2为氨氮混合气体流量控制器；1-3、1-4为一氧化氮气体流量控制器；1-5、1-6为二氧化硫气体流量控制器；1-7、1-8为空气气体流量控制器；1-9、1-10为氮气气体流量控制器。第II组检测系统中1-11、1-12为氨氮混合气体流量控制器；1-13、1-14为一氧化氮气体流量控制器；1-15、1-16为二氧化硫气体流量控制器；1-17、1-18为空气气体流量控制器；1-19、1-20为氮气气体流量控制器。
供水源为两组工业软化水源f与对应的水蒸气发生装置2-1、2-2连接，产生可控流量的水蒸气，分别为两组检测系统提供水蒸气，以满足模拟烟气的组分要求。
每组检测系统中氮气先通入各自对应的气—气换热器7-1、7-2中，被实验尾气一次加热后再与空气、一氧化氮、二氧化硫、水蒸气汇流，并进入气体混合装置3-1、3-2中充分混匀形成模拟烟气，之后通入盘管式气体预热器4-1、4-2中进行二次加热，使烟气温度达到实验工况要求。之后再将氨氮混合气（脱硝还原剂）通入模拟烟气中，并流经静态氨混合装置5-1、5-2中充分混匀，随后依次通过对应组检测系统的第一级和第二级反应器（第I组检测系统的第一、二级反应器为6-1、6-2；第II组检测系统的第一、二级反应器为6-3、6-4）。
烟气脱硝催化剂样品置于反应器中，两组检测系统共四台反应器的结构相同，反应器内部尺寸为155mm×155mm×1400mm，每一级反应器可容纳一条烟气脱硝催化剂单元体。混入氨氮混合气的模拟烟气在反应器入口处先经过整流，满足一定的流场分布要求后，自上而下通过烟气脱硝催化剂样品，并发生SCR（选择性催化还原）脱硝反应。在每一级反应器的入口和出口处均设有气体取样口（第I组检测系统的气体取样口从前至后分别为A-1、A-2、A-3；第II组检测系统的气体取样口从前至后分别为B-1、B -2、B -3）。通过气体取样口可抽取部分烟气通入在线式烟气分析仪中，测定其中各烟气组分的含量，由此计算得到烟气脱硝催化剂样品的脱硝效率、活性、氨逃逸、二氧化硫/三氧化硫转化率等一系列工艺性能指标。每组检测系统对应一套在线式烟气分析仪，分别为9-1、9-2。
反应后的模拟烟气通过气—气换热器7-1、7-2，与上游氮气发生换热，同时使自身烟气温度降低后，再进入尾气吸收装置8内。烟气中的有害组分（如二氧化硫、氮氧化物等）在尾气吸收装置内被脱除后，实验尾气再经排空装置排入环境大气中。两组检测系统共用一套尾气吸收装置。
两组检测系统在各自的静态氨混合装置后通过三通、管道和阀门相连接，使彼此前端的供气、流量控制器及盘管式气体预热器等装置可互为备用。当单组检测系统发生故障时，可通过阀门切换，利用另一套检测系统提供模拟烟气。
根据实验工况的要求，所述的四级立式串/并联全尺寸烟气脱硝催化剂工艺特性实验装置可实现对一至四级烟气脱硝催化剂样品的实验评价。当所测试烟气脱硝催化剂样品级数不超过二级时，可利用单组检测系统的第一级和第二级反应器形成两级串联流程完成测试工作，并且能够实现两组检测系统的并列测试，彼此间互不干扰；当所测试烟气脱硝催化剂样品级数为三级或四级时，则需要在第I组检测系统的第二级反应器出口处进行管道阀门切换，使烟气通向第II组检测系统的第一级反应器入口处，由此将两组检测系统的四级反应器共同形成串联流程，以满足实验工况要求。