CN109224854B - 烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，包括：一组用来采集烟气样品的烟道内置取样的网格法采样装置；一组用来测量烟气中氨浓度、氮氧化物浓度和氧含量的在线仪表；一套用来监测本装置运行状态的监控***；一套用来控制阀门组切换的轮换测量控制装置；以及一套用来疏通网格法采样管***的清吹装置。与现有技术相比，本发明能解决脱硝装置出口氨浓度、氮氧化物等在线监测数据不准确、脱硝装置出口氮氧化物测量值与烟囱排口数据偏差大的问题。

Description

烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置

技术领域

本发明涉及电力行业节能环保领域的污染物检测技术，尤其是涉及一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置。

背景技术

火力发电厂锅炉燃烧排放的烟气含有大量氮氧化物，是环境大气的主要污染物之一。现代火力发电机组的锅炉排放烟气均采用选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝控制氮氧化物的排放。在排放烟气中均匀喷入一定浓度的氨气，与烟气混合后流过SCR反应器，在催化剂作用下氨与氮氧化物反应生成氮气和水。反应遵循化学动力学规律，未完全参与反应的氨气逃逸，被称为逃逸氨。在SCR烟气脱硝的设计、运行中逃逸氨浓度需要得到控制，设计值为不高于3μl/L。由于反应器入口喷入的氨气与烟气中的氮氧化物比例，即氨/氮摩尔比不均匀，和/或反应器入口烟道内、反应器内流速场不均匀，和/或反应器内催化剂活性不均匀，等等因素的影响，会导致逃逸氨浓度增加。超设计值的逃逸氨会促使锅炉尾部烟道***阻力增加，进而增加锅炉运行能耗。特别是在高效脱硝、超低排放的要求下，化学动力学反应特性促进了逃逸氨的增加。

现役烟气脱硝装置出口安装了逃逸氨、氮氧化物、氧含量的在线监测***，用来监控脱硝装置运行状况，保证氮氧化物达标排放，参与脱硝效率的运行控制。但是现役锅炉都采用一点或最多是二～三点的采样方式，特别是逃逸氨在线表受到仪表特性的影响都安装在巨大矩形烟道的某一个对角进行单点测量，大大影响了取样代表性，使得脱硝出口的监测数据可信度低，往往出现脱硝出口氮氧化物浓度值与烟囱排口的数据偏差率大于10％或更高。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，能解决脱硝装置出口氨浓度、氮氧化物等在线监测数据不准确、脱硝装置出口氮氧化物测量值与烟囱排口数据偏差大的问题。同时可以实现脱硝装置出口烟气网格取样、自动逐点测量、提供氨、氮氧化物浓度场的功能，可以为高效脱硝装置喷氨调平提供调试依据，可以为高效脱硝装置自动优化运行、氮氧化物精准测量、降低氨逃逸浓度创造硬件条件。联合监测装置的应用为燃煤机组安全运行、超低排放提供了保障。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，包括：

一组用来采集烟气样品的烟道内置取样的网格法采样装置；

一组用来测量烟气中氨浓度、氮氧化物浓度和氧含量的在线仪表；

一套用来监测本装置运行状态的监控***；

一套用来控制阀门组切换的轮换测量控制装置；

以及一套用来疏通网格法采样管***的清吹装置。

优选地，所述的网格法采样装置包括：

一套安装于烟道内的由m个取样管组组成的网格法取样组；

一套用来抽取、汇集、监测、输送和排出样品气的排放管组；

以及一套连接网格法取样组和排放管组的取样模块。

优选地，所述的网格法取样组为：

根据烟道形式和尺寸，按照网格法原则在烟道内设置N个取样点，其中N＝n×m，n个取样管组成一个取样管组和m个取样管组组成一个网格法取样组；

每一个所述的取样点采用一根取样管直接抽取样品气，通过快接件与紧贴烟道壁的取样模块上的切换阀相连接。

优选地，所述的取样管进口装有取样嘴，取样嘴朝向背对烟气流方向，所述的取样嘴采用二级伞形形式或者采用旋风分离形式。

优选地，所述的二级伞形包括第一级伞和第二级伞，其中所述的第一级伞在第二级伞的上部，且第一级伞的伞口直径大于第二级伞的伞口直径至少1.5倍以上，用于阻挡落尘并导流烟气侧向运动，降低进入第二级伞吸入区域的烟气粉尘浓度。

优选地，所述的第二级伞的开口尺寸大于取样管径的数倍，可使伞口吸入烟气的流速低于取样管口。

优选地，所述的旋风分离形式的取样嘴采用侧向进气口采样，朝向背对烟气流方向，溢流口与取样管密封连接，吸入低尘样品气，椎体出口排出大部分粗尘；

所述的旋风分离形式的取样嘴椎体出口装有旋转排尘器，烟气流动带动排尘器转动并排出粉尘。

优选地，所述的取样模块安装在烟道壁面的外侧、或者内侧、或者内侧外侧之间，并接收来自取样组的样品气，所述的取样模块包括n个切换阀、一个一级测量池、一个可以手动开/关和装/卸的带有铰链的基板；

所述切换阀的进口和快接件的一端连接，快接件的另一端与取样管连接，便于快速与取样管组连接或分离，方便取样模块的装或卸；

所述一级测量池是一个腔体，与n个切换阀出口相互连接，并设有一根样品气排出管，排出管与所述的排放管组中的汇流管相互连接；所述一级测量池上设有的安装接口，用来安装一台烟气氨测量仪表。

优选地，所述的排放管组包括：

一段用来汇集取样模块上的一级测量池排气的汇流管、一段监测网格法采样装置运行状态的监控管、一个用来安装烟气中氮氧化物与氧含量在线仪表的二级测量池、一段用来排出样品气并引流到下游烟道的排放管；

从m个取样模块上的一级测量池的排气进入汇流管，然后接入二级测量池，二级测量池排气流经监控管，由排放管排入下游的烟道内，利用烟道内采样点位置与下游烟气流过一段烟道后的位置所形成的压力差为动力。

优选地，所述的二级测量池是一个腔体，设有安装接口，用来安装一套烟气氮氧化物、氧含量、烟温的在线监测仪表。

优选地，所述的监控管是一段直管段，长度是管道直径的10倍或以上；所述监控管上安装有S型皮托管和U形压力计，用于监测样品气流速和静压参数，并与排放管出口的压力监测值组成压力差；所述的监控管设有人工取样监测孔，用来监测粉尘浓度和流速、静压的比对监测；所述的监控管出口安装调节阀。

优选地，所述的排放管的上游连接调节阀，下游接入距离网格法取样组安装位置下游的烟道内，以形成自动抽取烟气的动力，所形成的压力差通过调节阀进行调整。

优选地，所述的监控***包括：一套监控每一根采样管和汇流管管壁温度的温度监测装置、一套安装于监控管的排放样品气监测程序和压力差调节程序；

所述的温度监测装置通过监测每支管壁温度监视取样管、汇流管烟气流动顺畅程度，提供人工干预、程序清吹的依据。

优选地，所述的轮换测量控制装置包括：一组用来启/闭取样管的阀门，以及一套用来控制阀门的程序控制装置；

所述程序控制装置通过PLC控制方式启/闭取样管的阀门，切换进入一级测量池的样品气的来源，然后通过在线仪表监测样品气中的氨浓度，实现每根取样管烟气氨的轮换监测；所述启/闭取样管的阀门采用气动阀门，或者采用电动阀门。

优选地，所述的清吹装置包括一套用来分配压缩空气的分气***、一套用来分段清吹的程序控制装置；

所述分气***包括分气器、进气总管、出气支管、清吹喷嘴、以及用来启/闭管道的含电磁阀的阀组。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明提供的烟气脱硝氨、氮氧化物联合监测装置，基于网格法取样、每个采样点的轮换取样和测量，能彻底解决取样点不具有代表性、氨浓度监测仪的特性局限和位置局限、氨浓度监测沿程损失降低测量值等问题，能提供所测烟道氨、氮氧化物、氧含量等组分/污染物在网格取样各点的浓度场以及整个烟道的平均浓度，提高测量准确度。有利于掌握烟气脱硝进口氨/氮摩尔比的配置均匀度，推测反应器内局部的脱硝催化剂活性、或者积灰/堵塞的变化状况，便于氮氧化物监测数据接入脱硝DCS、开展自动运行和控制优化。

2)本发明的装置在正常运行时，在线准确监测脱硝装置出口氨、氮氧化物、氧量的平均浓度，根据需求输出实时数据、不同时间的浓度均值与数据表格、变化趋势图等多种形式的测量结果。当轮换测量控制装置接到浓度场轮测指令后，通过对取样管组阀门的启/闭，控制进入一级测量池、二级测量池的样品气来源，逐点监测烟道内各点烟气中的浓度，提供浓度场数据组。可以根据显示需求，提供浓度场、平均值、极值、偏差率等各种实测和统计数据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明伞形取样嘴的结构示意图；

图3为本发明旋风分离型取样嘴的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

参见图1至图3，本发明提供的烟气脱硝网格***换取样氨、氮氧化物联合监测装置由网格法采样装置100、轮换测量控制装置200、监控***300、清吹装置400和在线仪表500组成。

网格法采样装置100包括网格法取样组110、取样模块120、排放管组130。

网格法取样组110安装于脱硝出口的第一烟道001内，实施案例的烟道截面为10m×7.5m。按照网格法布点原则，将烟道截面分割为2.5m×2.5m的等面积区域，在其中心点设置取样点，即沿10m方向设置4个取样孔，距离左侧烟道壁分别是1.25m、3.75m、6.25m、8.75m，沿7.5m方向设置3个取样点，距离前侧烟道壁分别是1.25m、3.75m、6.25m。

如此设计，由3(n＝3)根取样管组成取样管组112，共计4(m＝4)组取样管组，组成12(N＝n×m＝3×4)点的取样网格。每根取样管的进口安装一只特制取样嘴111，背向烟气流方向安装。取样嘴111可以采用伞形取样嘴(见图2)，或者是旋风分离形取样嘴(见图3)，此案例选用了伞形取样嘴。每根取样管的出口通过快接管件与阀门122连接，阀门选用气动阀。取样管直接根据烟气流速确定，设定为10m/s时，管径取Dn20。

取样模块120包括一个一级测量池121、3(n＝3)个阀门122，并安装于一块可以快速装/卸的带有铰链的基板上，与取样管组配套，共有4个(m＝4)取样模块120。取样模块120安装于烟道壁外侧，紧贴烟道壁。一级测量池121选取容积为20L，3个阀门122与一级测量池121后背板连接。在一级测量池121的下面接排放管，将样品气排入排放管组130中的汇流管131。整个取样模块120保温，烟温维持不低于270℃。

排放管组130包括汇流管131、二级测量池132、监控管133、排放管134。

汇流管131宜保持管内流速处于10m/s水平，根据取样模块的设计位置，从两侧向中心汇流，逐级增加管径，最终汇入二级测量池132。二级测量池容积为20L，下接排放管与监控管133相连接，监控管133根据管径Dn65，长度需不低于0.65m，出口接同径调节阀，然后将样品气排入排放管134。排放管134将样品气直接排入锅炉空气预热器出口的第二烟道002内。

在取样模块120的一级测量池121上设置接口，用来安装在线监测氨表501。根据取样模块数量，安装4台氨表501单元，监测获取的电信号输送至氨浓度监测控制器进行控制、显示、计算、输出。由4台氨表501单元和氨浓度监测控制器组成氨浓度在线监测***。

在排放管组130的二级测量池132上设置接口，用来安装在线监测氮氧化物表和氧含量表502。监测获取的电信号可以输送至脱硝DCS进行显示，参与脱硝运行控制。

在排放管组130的监控管133上设置接口，用来安装监控***300中的S型皮托管、K型温度探头，监测排放样品气的流速、压力和温度。同时在每根取样管112的出口设置烟温探头，监测每个测点的烟温。在监控管133测得的压力，与第一烟道001内压力相比得到上游压力差，与第二烟道002内压力相比得到下游压力差，为调节阀控制、上下游管道堵塞状况的判断提供依据。

通过轮换测量控制装置200程序控制气动阀门122的启/闭，逐点进行氨、氮氧化物的监测，监测数据组成浓度场，计算显示平均值、最大值、最小值、偏差率等相关统计数据。在此案例中，当进行氨的逐点轮测时，控制装置200接受指令，关闭每个取样模块120上的2个气动阀122，氨表501单元对开启的取样管进行监测，4个取样模块获得4个氨浓度数据。以此轮换操作气动阀的启/闭，获得氨浓度场数据。当进行氮氧化物逐点轮测时，控制装置200接受指令，关闭12个气动阀122中的11个，测得氮氧化物、氧量数据后，再轮换进行气动阀的关闭和开启，进行逐点测量，获得氮氧化物浓度场数据。当开展氨轮测时，每个一级测量池121所取的样品气对汇流至二级测量池132内，可测得当时取样点的氮氧化物的线浓度均值。

清吹装置400由一套分配压缩空气的分气***和控制清吹的程序控制装置组成。分气***包括分气器、进气总管、出气支管、清吹喷嘴、用来启/闭管道的电磁阀。在每根取样管出口设置一个清吹喷嘴，在汇流管、排放管同样设置清吹喷嘴。由程序控制装置按时间或按指令开启清吹，对每根管道进行疏通。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，包括：

一组用来采集烟气样品的烟道内置取样的网格法采样装置；

一组用来测量烟气中氨浓度、氮氧化物浓度和氧含量的在线仪表；

一套用来监测本装置运行状态的监控***；

一套用来控制阀门组切换的轮换测量控制装置；

以及一套用来疏通网格法采样管***的清吹装置；

所述的轮换测量控制装置包括：一组用来启/闭取样管的阀门，以及一套用来控制阀门的程序控制装置；

所述程序控制装置通过PLC控制方式启/闭取样管的阀门，切换进入一级测量池的样品气的来源，然后通过在线仪表监测样品气中的氨浓度，实现每根取样管烟气氨的轮换监测；所述启/闭取样管的阀门采用气动阀门，或者采用电动阀门；

所述的网格法采样装置包括：

一套安装于烟道内的由m个取样管组组成的网格法取样组；

一套用来抽取、汇集、监测、输送和排出样品气的排放管组；

以及一套连接网格法取样组和排放管组的取样模块；

所述的取样模块安装在烟道壁面的外侧、或者内侧、或者内侧外侧之间，并接收来自取样组的样品气，所述的取样模块包括n个切换阀、一个一级测量池、一个可以手动开/关和装/卸的带有铰链的基板；

所述切换阀的进口和快接件的一端连接，快接件的另一端与取样管连接，便于快速与取样管组连接或分离，方便取样模块的装或卸；

所述一级测量池是一个腔体，与n个切换阀出口相互连接，并设有一根样品气排出管，排出管与所述的排放管组中的汇流管相互连接；所述一级测量池上设有的安装接口，用来安装一台烟气氨测量仪表；

所述的网格法取样组为：

根据烟道形式和尺寸，按照网格法原则在烟道内设置N个取样点，其中N＝n×m，n个取样管组成一个取样管组和m个取样管组组成一个网格法取样组；

每一个所述的取样点采用一根取样管直接抽取样品气，通过快接件与紧贴烟道壁的取样模块上的切换阀相连接；

所述的排放管组包括：

一段用来汇集取样模块上的一级测量池排气的汇流管、一段监测网格法采样装置运行状态的监控管、一个用来安装烟气中氮氧化物与氧含量在线仪表的二级测量池、一段用来排出样品气并引流到下游烟道的排放管；

从m个取样模块上的一级测量池的排气进入汇流管，然后接入二级测量池，二级测量池排气流经监控管，由排放管排入下游的烟道内，利用烟道内采样点位置与下游烟气流过一段烟道后的位置所形成的压力差为动力。

2.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的取样管进口装有取样嘴，取样嘴朝向背对烟气流方向，所述的取样嘴采用二级伞形形式或者采用旋风分离形式。

3.根据权利要求2所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的二级伞形包括第一级伞和第二级伞，其中所述的第一级伞在第二级伞的上部，且第一级伞的伞口直径大于第二级伞的伞口直径至少1.5倍以上，用于阻挡落尘并导流烟气侧向运动，降低进入第二级伞吸入区域的烟气粉尘浓度。

4.根据权利要求3所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的第二级伞的开口尺寸大于取样管径的数倍，可使伞口吸入烟气的流速低于取样管口。

5.根据权利要求2所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的旋风分离形式的取样嘴采用侧向进气口采样，朝向背对烟气流方向，溢流口与取样管密封连接，吸入低尘样品气，椎体出口排出大部分粗尘；

所述的旋风分离形式的取样嘴椎体出口装有旋转排尘器，烟气流动带动排尘器转动并排出粉尘。

6.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的二级测量池是一个腔体，设有安装接口，用来安装一套烟气氮氧化物、氧含量、烟温的在线监测仪表。

7.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的监控管是一段直管段，长度是管道直径的10倍或以上；所述监控管上安装有S型皮托管和U形压力计，用于监测样品气流速和静压参数，并与排放管出口的压力监测值组成压力差；所述的监控管设有人工取样监测孔，用来监测粉尘浓度和流速、静压的比对监测；所述的监控管出口安装调节阀。

8.根据权利要求7所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的排放管的上游连接调节阀，下游接入距离网格法取样组安装位置下游的烟道内，以形成自动抽取烟气的动力，所形成的压力差通过调节阀进行调整。

9.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的监控***包括：一套监控每一根采样管和汇流管管壁温度的温度监测装置、一套安装于监控管的排放样品气监测程序和压力差调节程序；

所述的温度监测装置通过监测每支管壁温度监视取样管、汇流管烟气流动顺畅程度，提供人工干预、程序清吹的依据。

10.根据权利要求1所述的一种烟气脱硝网格***换取样氨与氮氧化物联合监测装置，其特征在于，所述的清吹装置包括一套用来分配压缩空气的分气***、一套用来分段清吹的程序控制装置；

所述分气***包括分气器、进气总管、出气支管、清吹喷嘴、以及用来启/闭管道的含电磁阀的阀组。

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