一种催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法

技术领域

本发明属于催化剂模块领域，具体涉及一种催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法。

背景技术

目前大部分锅炉、窑炉设备都安装了SCR脱硝装置，SCR催化剂是其核心部件。高尘布置的SCR反应器中，催化剂的运行条件恶劣，会受到高浓度飞灰的冲刷或撞击。常用的SCR催化剂，部分的形式为一体成型的陶瓷材料，部分的形式为陶瓷材料依附于其它材料的基体，但不论何种形式，都容易在飞灰的冲刷或撞击下发生磨蚀，严重时会有大面积的破损等损伤。破损可能是催化剂全部坍塌，或者可能迎风端由于严重磨损而出现尖刺状外形，该两类失活容易发现。此外，由于迎风端的一段材料经过了特殊硬化处理，强度相对较高，因此破损还可能发生在硬化处理的一段材料之后，该类破损相对更难发现。除破损外，还有一些其它类型的因素会影响催化剂可用性，且也难以发现，如壁面上的裂痕，特定形式的孔道堵塞等。

再生是一种已经被普遍选择的处理失活催化剂的技术方案，得当的处理能够有效恢复催化剂的化学催化性能。但如果发生前述的严重破损，破损的催化剂即不再具有再生的价值，如果整个SCR设备内催化剂的破损量达到一定的量，则失去整体实施再生的可行性，需要做报废处理。目前大部分SCR设备的用户对于催化剂破损状态及破损量的判断缺乏经验，且反应器内灰尘大、光线暗，给观察带来一定难度，尤其是对于难以发现的破损类型，更加难以精准确定破损或完好催化剂数量，因此，在决定再生或报废前，用户往往缺乏准确的决断依据。

如果催化剂破损量过大，但仍然实施再生，则再生难度过大，且无法保证在固定的工期内完成，给用户带来极大隐患，或即便进行再生，也由于本身机械性能已经较差，无法达到常规使用寿命；如果催化剂虽然有部分破损，整体情况依然尚可，但却做报废处理，则再生的未能实施会使用户蒙受经济损失。

目前行业内虽然对每一根催化剂单体的可用性有一定的判断标准，但SCR反应器内模块(此处模块指催化剂单体组成的单位，一般地，一个模块内含72根催化剂单体)有近百个或数百个。对于难以发现的单体破损情形，如果对每一根单体都做近距离的观察统计，工作量巨大，但反应器内环境恶劣，工作人员无法长期停留，因此实际中并不具有可操作性。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、对反应器内的催化剂进行抽样，选取催化剂的多个抽样模块；

S2、对步骤S1中选取的多个抽样模块再进行催化剂单体抽样，总共选取n个催化剂单体；

S3、将步骤S2中n个抽样催化剂单体分为两类，一类为不具备再生条件单体，另一类为具备再生条件单体，先统计不具备再生条件单体的数量m，再计算不具备再生条件单体在置信水平1-α的置信区间(p1，p2)，所述置信区间通过以下公式获得：

其中，a、b、c通过以下公式获得：

其中，n为抽样催化剂单体数量，z

进一步地，步骤S2中，n≥N

σ

其中，zα/2为标准正态分布的上α/2分位点，δ为5％-15％，p为总体中不可再生催化剂数量的比例，p为0-1，N

进一步地，步骤S1中，选取抽样模块的方法包括：反应器内的模块呈矩阵a×b分布，将此矩阵由外向内分为多个单元，并在每个单元内抽样多个抽样模块。

进一步地，对矩阵a×b催化剂内的模块由外向内画圈，每个圈所连接的多个模块为一个单元。

更进一步地，若最内圈单元的短边包括三个模块，则最内圈单元总共选取三个抽样模块；若最内圈单元的短边包括两个模块，则最内圈单元总共选取两个抽样模块。

进一步地，分散地在单元内选取抽样模块。

进一步地，每个单元的各条边选取至少一个抽样模块。

进一步地，步骤S2中，选取催化剂单体的方法包括：将每一个抽样模块划分多个区域，再从每一个区域选取多个催化剂单体。

进一步地，分散地在每一个抽样模块中选取多个催化剂单体。

进一步地，对出现局部破损、严重堵塞的单体视为不具备再生条件单体。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法，对整体反应器内的不可再生催化剂单体数量进行较为精确的估计，同时给出误差范围，发现并排除较为隐蔽的破损情况；此统计方法高效准确，大大减少检查工作量，为用户减少经济损失。

附图说明

附图1为本实施例的催化剂模块矩阵示意图；

附图2为本实施例的抽样模块的矩阵示意图；

附图3为本实施例的抽样模块内单体抽样示意图；

附图4为本实施例的实施例1的抽样模块示意图；

附图5为本实施例的实施例2的抽样模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

本发明提供一种催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法为：其包括如下步骤：

S1、对反应器内的催化剂进行抽样，选取催化剂的多个抽样模块，其中，反应器内的催化剂包括多个催化剂模块，即从多个催化剂模块中选取多个抽样模块。

S2、对步骤S1中选取的多个抽样模块再进行催化剂单体抽样，总共选取n个催化剂单体：每一个抽样模块包括多个催化剂单体，从每一个抽样模块进行催化剂单体抽样，最终总共选取n个催化剂单体。

S3、将步骤S2中n个抽样催化剂单体分为两类，一类为不具备再生条件单体，另一类为具备再生条件单体，其中对出现局部破损或严重堵塞等情况的单体，可判定为不具备再生条件，其余为具备再生条件单体。

待分类后，先统计不具备再生条件单体的数量m，再计算不具备再生条件单体在置信水平1-α的置信区间(p1，p2)，置信区间通过以下公式获得：

其中，a、b、c通过以下公式获得：

其中，n为抽样催化剂单体数量(即步骤S2选取的n个催化剂单体)，z

对步骤S1中选取抽样模块的方法具体解释如下：步骤S1中，选取抽样模块的方法包括：反应器内的模块呈矩阵a×b分布，将此矩阵由外向内分为多个单元，并在每个单元内抽样多个抽样模块。在反应器内，方形的催化剂模块挨个码放，最终反应器内的催化剂模块总体仍然呈矩阵排列，如矩阵a×b分布。

选取抽样模块的具体方法如下：

1)先对矩阵a×b催化剂内的模块由外向内画圈，每个圈所连接的多个模块为一个单元，如图1所示，分圈逐步减小，直至最内圈短边上的模块小于等于3个；

2)再分散地在单元内选取抽样模块，选取时，优选每个单元的各条边选取至少一个模块作为抽样模块，如图1中，每圈在四条边上各选取一个模块作为抽样模块；因矩阵分布具有多种形式，按照这种方法画圈之后，若最内圈的短边只有3个模块，则最内圈总共选取3块；若最内圈的短边只有2个模块，则最内圈总共只选取2块。

不同的矩阵分布画圈之后还有一个情形：最内无法形成一个圈，而是一条线，这种情况下，对位于这条线上的多个模块中选取至少一个模块作为抽样模块。

抽取时还要满足以下条件：对于总体矩阵，在其他列或者行没有抽样时，不在已经有抽样的某一列或者行再设置抽样，即图1中横排6和竖排3相交处已选择一个d，则不能抽样此d下的g抽样模块尽可能分散；步骤S1中选取的抽样模块不得少于6个。

图1为一个反应器内6×15模块分布的举例示意，每个小的矩形代表一个催化剂模块。虚线贯穿的一圈，即为一个单元，h指最外圈，j指与h相邻的一圈，c为一个催化剂模块。图2中标记字母d的即为根据上述抽样原则，选取的抽样模块。

模块不是最小的统计单元，模块内的催化剂单体是最终的抽样单元。确定抽样模块后，需要对每一个抽样模块内部的催化剂单体进行抽样考察。

对选取的多个抽样模块再进行催化剂单体抽样的具体实施方式作如下解释：步骤S2中，选取催化剂单体的方法包括：先将每一个抽样模块划分多个区域，再从每一个区域选取多个催化剂单体，选取时分散地在每一个抽样模块中选取多个催化剂单体。

举例一个模块内单体成6×12分布，极少数有非标准的更多或更少的分布，选取的催化剂单体参见图3中已标记数字的方块。

催化剂抽样数量减少，可以减少抽样的工作量，但是会增加误差，因此需要确定一个能够接受的最小的数量，在本实施例提供的一个优选实施例中，步骤S2中，n≥N

σ

其中，z

对于(0-1)分布，方差σ

一方面，n的增大增加了抽样的困难，另一方面，n的增大使不放回抽样对取(0-1)分布的影响变大，故n取样数量可以根据实际执行难度适当取值，无需追求过高的取值。

本实施例提供的催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法，可快速且较为准确获得反应器内不可再生催化剂单体数量，同时给出误差范围。

实施例1：

某电厂某台机组SCR设备第一层催化剂运行超过8年，停机后，对反应器内催化剂情况进行初步考察，总体未发现明显的严重破损，但对单体进行近距离观察后，发现内壁面存在细小裂纹。细小裂纹无法通过扫视发现。因此，对于催化剂是否具备再生条件，或实施再生需要准备的替补新催化剂量，需要得到详细准确的数据。

应用本实施例提供的统计方法对该机组的第一层催化剂进行了统计、分析和估计。

首先确定抽样数量n。

本实施实例中，SCR设备单侧反应器呈4×11矩阵排布，共44个模块。

n≥N

其中，σ

σ

统计时单侧反应器抽样6个模块，单个模块72根单体中抽样8根单体；两侧反应器共88个模块中，抽样共12个模块，抽样共96根单体，参见图4中e所指抽样模块。本例实际取值n为96，n大于43，即误差可以控制在15％以内。

对单体的情况进行仔细观察，如发现影响再生可能性的破损，记为不可再生。

抽样中由于有较严重的裂纹及其它原因判断为不可再生的单体的数量为11根，则不可再生比例的统计值

置信水平取0.95，n为96，m为11，z

通过步骤S3中置信区间(p1，p2)的公式计算得到：

a为99.84，b为-25.84，c为1.26，p1为6.52％，p2为19.36％。

即置信水平为0.95的置信区间为(6.52％，19.36％)，即不可再生的催化剂比例最低为6.52％，最高为19.36％。

最终，决定对催化剂进行再生，催化剂运至再生工厂，完成再生后，实际产生的不可再生量为13.08％，13.08％在通过本实施例的统计方法提供的置信区间(6.52％，19.36％)内，与使用本实施例进行统计的估算结果一致，进一步证明本实施例提供的统计方法准确有效。

实施例2：

某电厂某台机组SCR设备第二层催化剂在停机检查时，发现部分催化剂单体的硬化端后有严重的穿孔。穿孔需要近距离观察才能够确定，无法通过扫视发现。因此，对于催化剂是否具备再生条件，或实施再生需要准备的替补新催化剂量，需要得到详细准确的数据。

应用本实施例的统计方法对该机组的第二层催化剂进行了统计、分析和估计。

首先确定抽样数量n。

本实施实例中，SCR设备单侧反应器共90个模块。

n≥N

其中，σ

σ

统计时，单侧反应器共90个模块，统计时抽样10个模块，单个模块72根单体中抽样6根单体；两侧反应器共180个模块中，抽样共20个模块，抽样共120根单体，参见图5中f所指抽样模块。本例实际取值n为120，n远大于30。

对单体的情况进行仔细观察，如发现影响再生可能性的破损，记为不可再生。

抽样中发现的硬化端后严重磨损，不可再生单体的数量为49根，则不可再生比例的统计值

置信水平取0.90，n为120，m为49，z

通过步骤S3中置信区间(p1，p2)的公式计算得到：

a为122.72，b为-100.72，c为20.01，p1为33.71％，p2为48.36％。

即置信水平为0.90的置信区间为(33.71％，48.36％)，即不可再生的催化剂比例最低为33.71％，最高为48.36％。

最终，决定对催化剂进行报废处置，处置工厂对催化剂全部拆解后，对不可再生的催化剂单体进行了大致估计，约占38％，与使用本实施例进行统计的估算结果一致。38％在通过本实施例的统计方法提供的置信区间(33.71％，48.36％)内，与使用本实施例进行统计的估算结果一致，进一步证明本实施例提供的统计方法准确有效。

实施例3：

某电厂某台机组SCR设备第一层、第二层催化剂已决定进行再生，但到达再生工厂后发现破损催化剂数量超出预期。

紧急调用替补催化剂，需要提前对破损催化剂进行预估。应用本实施例的统计方法对该所有催化剂进行了统计、分析，以估计调用的数量。

首先确定抽样数量n。

本实施实例中待统计催化剂共308个模块。

n≥N

其中，σ

σ

统计时对所有模块均进行抽样，单个模块72根催化剂单体中抽样6根催化剂单体。本例实际取值n为1848，n大于74，且大于666，取样数量较大，误差可控制在3％以内。

对抽样进行观察，如发现影响再生可能性的破损，记为不可再生。

抽样中发现的严重破损、不可再生单体的数量为395根，则不可再生比例的统计值

置信水平取0.99，n为1848，m为395，z

通过步骤S3中置信区间(p1，p2)的公式计算得到：

a为1854.6，b为-796.6，c为84.4，p1为19.02％，p2为23.94％。

即置信水平为0.99的置信区间为(19.02％，23.94％)，即不可再生的催化剂比例最低为19.02％，最高为23.94％。

n≥N

其中，σ

σ

最终，工厂完成全部再生工作后对替换的总数量进行了清点，替换的破损催化剂单体数占总数的21.55％，与使用本实施例进行统计的估算结果一致。23.83％在通过本实施例的统计方法提供的置信区间(19.02％，23.94％)内，与使用本实施例进行统计的估算结果一致，进一步证明本实施例提供的统计方法准确有效。

本实施例提供的催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法，也适用于催化剂模块已经拆除离开反应器的情况。在实际应用中，如果出现在反应器外对催化剂模块进行统计的需求，也可以应用本方法。且在反应器外，一般环境较反应器内的恶劣环境大有改善，则可以更为广泛地取样，增加抽样数量，从而获得更为精确的结果。

本实施例提供的催化剂模块内破损及可再生单体量的统计方法，根据实际的待统计催化剂的总量和特性，选择适合的抽样数量和抽样位置，通过具有可操作性的抽样统计方法，对整体反应器内的不可再生催化剂单体数量进行较为精确的估计，同时给出误差范围，发现并排除较为隐蔽的破损情况；此统计方法高效准确，大大减少检查工作量，为用户减少经济损失。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。