CN110243638A - 一种用于scr脱硝装置的烟气采集装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于SCR脱硝装置的烟气采集装置与方法，属于SCR脱硝装置性能与催化剂性能检测与评价领域。本发明利用烟气采样泵可以稳定流量流速采集反应炉内烟气，不受外部火电厂脱硝装置或实验室反应炉内烟气量与压力的影响，匀速而稳定精确采集炉内烟气，使得烟气与吸收剂充分反应，借助湿式流量计的指示，计量烟气量体积，通过PLC控制器智能控制烟气采样装置的启停，智能切换采集烟气的种类。烟气采集装置内的温度保持与外部反应器内一致，精确采集指定体积量的待测气体，具有***人工智能、采集烟气流速均匀、采集烟气体积量准确、装置便于携带等优点，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于SCR脱硝装置性能检测与评价领域，特别涉及一种用于SCR脱硝装置的烟气采集装置与方法。
背景技术
目前国内环保形势严峻，火电机组烟气侧需要通过脱硫、脱硝和除尘降低烟气中二氧化硫、氮氧化物和颗粒物的浓度。所以对脱硫、脱硝和除尘装置的性能都需要进行效果评价。在役机组主要采用选择性催化还原（SCR）脱硝技术，该技术中的核心组成部分是催化剂，而催化剂的全运行周期寿命管理尤为重要。评价催化剂的性能有许多指标，例如活性、脱硝效率、氨逃逸、SO2/SO3转化率和一些理化特性等。无论是评价现场脱硝装置还是实验室内评价催化剂性能，诸多指标参数均需要将烟气从脱硝催化剂反应炉内抽取出进行测量，此次设计的装置是为了测量氨浓度、SO3浓度，如申请号为201620574029.5的中国专利。火电厂脱硝SCR反应装置在引风机前端，所以火电厂现场SCR反应装置烟气测点的出口为负压，实验室SCR脱硝催化剂试验平台为正压，烟气量由机组实际省煤器出口烟气量和催化剂体积量决定，所以针对每台机组实验室平台内的烟气量和压力都不一样。这样造成烟气无法与吸收液充分混合反应，因此如何定流量稳流速准确将烟气采集出来，是检测氨浓度、SO3浓度指标的一个重要环节。
发明内容
本发明的目的是针对SCR脱硝装置烟气采集过程中烟气抽取气流不均匀不稳定、烟气量不准确、与吸收液反应不充分不完全的问题，通过对问题的了解，提出一种用于SCR脱硝装置的烟气采集装置与方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种用于SCR脱硝装置的烟气采集装置，其特征是，包括电子阀，过滤装置，吸收瓶，固定装置，带有伴热热电偶的连接管路，湿式流量计，干燥装置，烟气采样泵，外壳，蛇形冷凝管入口阀，吸收瓶入口阀，蛇形冷凝管，烟气采集管路；所述烟气采集管路经过电子阀与过滤装置连接，所述过滤装置分别与吸收瓶和蛇形冷凝管连接，且在吸收瓶的进口和蛇形冷凝管的进口分别安装有吸收瓶入口阀和蛇形冷凝管入口阀，所述吸收瓶位于固定装置上，所述吸收瓶和蛇形冷凝管均通过带有伴热热电偶的连接管路与湿式流量计连接，所述湿式流量计、干燥装置、烟气采样泵依次连接，所述烟气采样泵与烟气出口连通；所述过滤装置、吸收瓶、湿式流量计、干燥装置、烟气采样泵和蛇形冷凝管均位于外壳内。
进一步的，还包括温控仪，PLC指令接收反馈器，PLC控制器，控制面板；所述温控仪分别与带有伴热热电偶的连接管路和控制面板连接，所述控制面板还与PLC控制器连接，所述PLC控制器分别经过PLC指令接收反馈器与电子阀和烟气采样泵连接。
进一步的，烟气采集装置包括智能温控保温***，烟气吸收***，烟气采集动力与智能计量***，烟气采集控制***；所述智能温控保温***主要由智能温控仪、加热套、电加热丝、热电偶和保温层构成；所述烟气吸收***主要由烟气采集管路、吸收瓶、蛇形冷凝管、过滤装置和烟气采集管固定块构成；所述烟气采集动力与智能计量***主要由携载气供应管路、湿式流量计、烟气干燥装置、烟气采样泵及固定装置构成；所述烟气采集控制***主要由PLC控制器、控制面板、智能电子阀、控制电源及阀门开关电源构成；该烟气采集装置用于火电厂脱硝SCR装置性能检测与实验室内脱硝SCR催化剂的性能评价，其中主要检测的指标为氨浓度和SO3浓度；当检测指标为氨浓度时，该烟气采集装置主要采集烟气中的氨成分，通过烟气采集管路稳定采集反应炉内一定体积的烟气至吸收瓶；当检测指标为SO3浓度时，将阀门切换至蛇形冷凝管，采集指定体积烟气量内的SO3。
进一步的，所述智能温控保温***，实现烟气温度在300℃~420℃的调节，从而保证在整个烟气采集装置内采集过程中的温度与在反应炉内的烟气温度一致，并通过热电偶温度测点反馈时刻调整各部分电加热丝的加热状态，保持整个智能温控保温***内温度的一致。
进一步的，所述烟气吸收***主要用于与反应炉内烟气相连通，将反应炉内烟气导入至该套烟气采集装置，在吸收瓶或蛇形冷凝管中收集待测烟气；烟气采集开始时，触碰控制面板给PLC控制器发出指令而打开智能电子阀，烟气通过过滤装置进入吸收瓶内；当测量烟气中氨浓度时，吸收瓶内装有足量浓度的稀硫酸作为吸收液；当测量SO3浓度时，开启蛇形冷凝管入口阀，进行SO3烟气的采集，使用足量浓度的异丙醇作为吸收液。
进一步的，所述烟气采集动力与智能计量***，为采集烟气提供动力，并准确计量所采集烟气的体积量；每次试验反应炉内的烟气量都不同，故进入烟气采集装置烟气的压力是不同的，这也使得有必要加装一个烟气采样泵使得进入烟气采集装置的气流量平稳，且烟气能与吸收瓶内的吸收液充分反应或与蛇形冷凝管充分接触；湿式流量计用来计量采集烟气的体积量以及进入湿式流量计前的气体压力。
进一步的，所述烟气采集控制***，在控制面板上输入相关参数，通过PLC控制器发出相应指令，打开/关闭进气的电子阀和启动/停止烟气采样泵，打开/关闭蛇形冷凝管入口阀和吸收瓶入口阀。
进一步的，所述烟气采集管路主要用于引入反应炉内的烟气，并将烟气承载流过整个烟气采集装置，直至将烟气排至烟气采集装置外进行后处理；所述带有伴热热电偶的连接管路的材质可以选择内部经过处理的光滑的玻璃材料，并在管路外部使用智能温控***进行保温。
进一步的，所述过滤装置主要用于将火电厂脱硝装置和实验室反应炉内的烟气进行过滤。当烟气采集装置应用于火电厂脱硝装置评价时，采集的烟气为火电厂锅炉燃烧后的烟气，烟气中粉尘等杂质较多，需要使用该过滤装置进行过滤。当烟气采集装置应用于实验室SCR催化剂性能评价时，虽为实验室实验平台，但平时也会有电厂运行中催化剂样品等进行检测，所以烟气中也会有一定浓度的粉尘存在，外加反应炉内在发生反应时还会有一定量的硫酸氢铵的生成，所以需要过滤膜将进入过滤装置的烟气进行过滤，避免粉尘和硫酸氢铵等将烟气采集装置堵塞。定期要更换滤膜，确保烟气的顺利通过。
进一步的，所述湿式流量计主要用于计量流过烟气采集装置的湿烟气流量，其计量数值也作为输入PLC控制器控制关闭入口电子阀开关以及烟气采样泵开关的标准；湿式流量计内选用防腐耐热合金刚制作，防止高温烟气将设备腐蚀。
进一步的，所述干燥装置主要用于干燥由湿式流量计流出而准备进入烟气采样泵内的烟气，此次干燥脱出烟气中的水份主要是为了进入烟气采样泵内的烟气为干烟气，这样干烟气不会对泵体产生损伤，有利于烟气采样泵长期稳定运行；所述干燥装置内装填的干燥剂一般为足量的硅胶，定期烘干更换。
进一步的，所述烟气采样泵，为了给烟气采集装置提供稳定的烟气流量。每次采集烟气流量可通过控制面板设定，需要烟气采样泵稳定烟气流速，确保烟气流量。烟气采样泵的启停由烟气采集控制***控制；所述烟气采样泵的材质可选用不锈钢或耐热合金钢，确保酸性烟气流过烟气采样泵不会将泵体腐蚀损伤。
进一步的，所述PLC控制器与控制面板相连接，由控制面板发出采样启动/停止指令，来控制进气电子阀和烟气采样泵的启动/停止；由控制面板设置指定烟气量和烟气流速，当湿式流量计显示烟气量达到预先设置烟气量时，PLC控制器发出指令关闭进气电子阀并停止采样泵运转；控制面板可以控制切换采集氨浓度或者SO3浓度，通过PLC控制器发出指令，控制进入吸收瓶或蛇形冷凝管阀门的开启/关闭。
进一步的，所述智能电子阀门由PLC控制，抽气初期电子阀打开，使烟气采集管路与反应炉内烟气连通。每次抽气体积在控制面板中设置，由湿式流量计测量，当湿式流量计测量值到达指定值时，由PLC控制停止烟气采样泵工作，并关闭智能电子阀，断开烟气采集管路与反应炉的连接。
工作过程如下：首先在控制面板中输入炉内烟气温度，烟气采集装置由智能温控保温***预热，并由热电偶检测控制采样过程中烟气采集装置内部各处温度保持其不变，直到采样结束；***预热结束后，在控制面板上输入指定烟气量体积和抽取流速，选择采集烟气种类，并点击启动；由PLC控制器发出指令，依次切换蛇形冷凝管入口阀或吸收瓶入口阀，启动烟气采样泵，开启进气电子阀；当湿式流量计的示数达到预设定烟气体积后，由PLC控制器发出指令，依次关闭进气电子阀、烟气采样泵蛇形冷凝管入口阀或吸收瓶入口阀；期间任意时刻通过控制面板上的停止按钮，关闭进气电子阀，停止烟气采样泵，终止气体采样；采样结束后，智能温控***停止加热并冷却至室温。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
对于现有技术存在的问题，本发明作出了几点设计，首先配置一台烟气采样泵，采样泵为采集烟气提供稳定的抽力，无论是火电厂现场的负压情况还是实验室实验平台中的正压，采样泵都可以稳定控制进入烟气采集管路抽气装置的气体流量和流速。与之配套的湿式流量计作为烟气量计数装置，完成指定量体积的烟气采集。其次通过烟气采集控制***，智能控制入口采样电子阀和烟气采样泵的启动/停止，智能控制烟气采集装置内进入吸收瓶或蛇形冷凝管阀门的启动/停止，并可以有序开启/关闭烟气采样泵和进出口阀门，这样可以精确采集预设值的烟气量体积。再次拥有过滤装置的吸收***可以输送采集品质更高、除去杂质的烟气进入吸收瓶或蛇形冷凝管，对于粉尘浓度较高的火电厂脱硝装置，过滤装置十分必要。最后通过智能温控保温***，确保烟气在整个管路设备中流通时温度与在反应炉内温度一致，不存在因为温度扰动而使烟气体积发生变化，从而保证烟气量体积采集的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：电子阀1，过滤装置2，吸收瓶3，固定装置4，带有伴热热电偶的连接管路5，湿式流量计6，干燥装置7，烟气采样泵8，外壳9，温控仪10，PLC指令接收反馈器11，蛇形冷凝管入口阀12，吸收瓶入口阀13，PLC控制器14，控制面板15，蛇形冷凝管16，烟气采集管路17。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置，包括电子阀1，过滤装置2，吸收瓶3，固定装置4，带有伴热热电偶的连接管路5，湿式流量计6，干燥装置7，烟气采样泵8，外壳9，蛇形冷凝管入口阀12，吸收瓶入口阀13，蛇形冷凝管16，烟气采集管路17；
烟气采集管路17经过电子阀1与过滤装置2连接，过滤装置2分别与吸收瓶3和蛇形冷凝管16连接，且在吸收瓶3的进口和蛇形冷凝管16的进口分别安装有吸收瓶入口阀13和蛇形冷凝管入口阀12，吸收瓶3位于固定装置4上，吸收瓶3和蛇形冷凝管16均通过带有伴热热电偶的连接管路5与湿式流量计6连接，湿式流量计6、干燥装置7、烟气采样泵8依次连接，烟气采样泵8与烟气出口连通；过滤装置2、吸收瓶3、湿式流量计6、干燥装置7、烟气采样泵8和蛇形冷凝管16均位于外壳9内。
还包括温控仪10，PLC指令接收反馈器11，PLC控制器14，控制面板15；温控仪10分别与带有伴热热电偶的连接管路5和控制面板15连接，控制面板15还与PLC控制器14连接，PLC控制器14分别经过PLC指令接收反馈器11与电子阀1和烟气采样泵8连接。
烟气采集装置包括智能温控保温***，烟气吸收***，烟气采集动力与智能计量***，烟气采集控制***；智能温控保温***主要由智能温控仪10、加热套、电加热丝、热电偶和保温层构成；烟气吸收***主要由烟气采集管路17、吸收瓶3、蛇形冷凝管16、过滤装置2和烟气采集管固定块构成；烟气采集动力与智能计量***主要由携载气供应管路、湿式流量计6、烟气干燥装置7、烟气采样泵8及固定装置4构成；烟气采集控制***主要由PLC控制器14、控制面板15、智能电子阀1、控制电源及阀门开关电源构成；该烟气采集装置用于火电厂脱硝SCR装置性能检测与实验室内脱硝SCR催化剂的性能评价，其中主要检测的指标为氨浓度和SO3浓度；当检测指标为氨浓度时，该烟气采集装置主要采集烟气中的氨成分，通过烟气采集管路17稳定采集反应炉内一定体积的烟气至吸收瓶3；当检测指标为SO3浓度时，将阀门切换至蛇形冷凝管16，采集指定体积烟气量内的SO3。
智能温控保温***，实现烟气温度在300℃~420℃的调节，从而保证在整个烟气采集装置内采集过程中的温度与在反应炉内的烟气温度一致，并通过热电偶温度测点反馈时刻调整各部分电加热丝的加热状态，保持整个智能温控保温***内温度的一致。
烟气吸收***主要用于与反应炉内烟气相连通，将反应炉内烟气导入至该套烟气采集装置，在吸收瓶3或蛇形冷凝管16中收集待测烟气；烟气采集开始时，触碰控制面板15给PLC控制器14发出指令而打开智能电子阀1，烟气通过过滤装置2进入吸收瓶3内；当测量烟气中氨浓度时，吸收瓶3内装有足量浓度的稀硫酸作为吸收液；当测量SO3浓度时，开启蛇形冷凝管入口阀12，进行SO3烟气的采集，使用足量浓度的异丙醇作为吸收液。
烟气采集动力与智能计量***，为采集烟气提供动力，并准确计量所采集烟气的体积量；每次试验反应炉内的烟气量都不同，故进入烟气采集装置烟气的压力是不同的，这也使得有必要加装一个烟气采样泵8使得进入烟气采集装置的气流量平稳，且烟气能与吸收瓶3内的吸收液充分反应或与蛇形冷凝管16充分接触；湿式流量计6用来计量采集烟气的体积量以及进入湿式流量计6前的气体压力。
烟气采集控制***，在控制面板15上输入相关参数，通过PLC控制器14发出相应指令，打开/关闭进气的电子阀1和启动/停止烟气采样泵8，打开/关闭蛇形冷凝管入口阀12和吸收瓶入口阀13。
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虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更改，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于SCR脱硝装置的烟气采集装置，其特征是，包括电子阀（1），过滤装置（2），吸收瓶（3），固定装置（4），带有伴热热电偶的连接管路（5），湿式流量计（6），干燥装置（7），烟气采样泵（8），外壳（9），蛇形冷凝管入口阀（12），吸收瓶入口阀（13），蛇形冷凝管（16），烟气采集管路（17）；所述烟气采集管路（17）经过电子阀（1）与过滤装置（2）连接，所述过滤装置（2）分别与吸收瓶（3）和蛇形冷凝管（16）连接，且在吸收瓶（3）的进口和蛇形冷凝管（16）的进口分别安装有吸收瓶入口阀（13）和蛇形冷凝管入口阀（12），所述吸收瓶（3）位于固定装置（4）上，所述吸收瓶（3）和蛇形冷凝管（16）均通过带有伴热热电偶的连接管路（5）与湿式流量计（6）连接，所述湿式流量计（6）、干燥装置（7）、烟气采样泵（8）依次连接，所述烟气采样泵（8）与烟气出口连通；所述过滤装置（2）、吸收瓶（3）、湿式流量计（6）、干燥装置（7）、烟气采样泵（8）和蛇形冷凝管（16）均位于外壳（9）内。
2.根据权利要求1所述的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置，其特征是，还包括温控仪（10），PLC指令接收反馈器（11），PLC控制器（14），控制面板（15）；所述温控仪（10）分别与带有伴热热电偶的连接管路（5）和控制面板（15）连接，所述控制面板（15）还与PLC控制器（14）连接，所述PLC控制器（14）分别经过PLC指令接收反馈器（11）与电子阀（1）和烟气采样泵（8）连接。
3.一种如权利要求1或2所述的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置的工作方法，其特征是，烟气采集装置包括智能温控保温***，烟气吸收***，烟气采集动力与智能计量***，烟气采集控制***；所述智能温控保温***主要由智能温控仪（10）、加热套、电加热丝、热电偶和保温层构成；所述烟气吸收***主要由烟气采集管路（17）、吸收瓶（3）、蛇形冷凝管（16）、过滤装置（2）和烟气采集管固定块构成；所述烟气采集动力与智能计量***主要由携载气供应管路、湿式流量计（6）、烟气干燥装置（7）、烟气采样泵（8）及固定装置（4）构成；所述烟气采集控制***主要由PLC控制器（14）、控制面板（15）、智能电子阀（1）、控制电源及阀门开关电源构成；该烟气采集装置用于火电厂脱硝SCR装置性能检测与实验室内脱硝SCR催化剂的性能评价，其中主要检测的指标为氨浓度和SO3浓度；当检测指标为氨浓度时，该烟气采集装置主要采集烟气中的氨成分，通过烟气采集管路（17）稳定采集反应炉内一定体积的烟气至吸收瓶（3）；当检测指标为SO3浓度时，将阀门切换至蛇形冷凝管（16），采集指定体积烟气量内的SO3。
4.根据权利要求3所述的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置的工作方法，其特征是，所述智能温控保温***，实现烟气温度在300℃~420℃的调节，从而保证在整个烟气采集装置内采集过程中的温度与在反应炉内的烟气温度一致，并通过热电偶温度测点反馈时刻调整各部分电加热丝的加热状态，保持整个智能温控保温***内温度的一致。
5.根据权利要求3所述的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置的工作方法，其特征是，所述烟气吸收***主要用于与反应炉内烟气相连通，将反应炉内烟气导入至该套烟气采集装置，在吸收瓶（3）或蛇形冷凝管（16）中收集待测烟气；烟气采集开始时，触碰控制面板（15）给PLC控制器（14）发出指令而打开智能电子阀（1），烟气通过过滤装置（2）进入吸收瓶（3）内；当测量烟气中氨浓度时，吸收瓶（3）内装有足量浓度的稀硫酸作为吸收液；当测量SO3浓度时，开启蛇形冷凝管入口阀（12），进行SO3烟气的采集，使用足量浓度的异丙醇作为吸收液。
6.根据权利要求3所述的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置的工作方法，其特征是，所述烟气采集动力与智能计量***，为采集烟气提供动力，并准确计量所采集烟气的体积量；每次试验反应炉内的烟气量都不同，故进入烟气采集装置烟气的压力是不同的，这也使得有必要加装一个烟气采样泵（8）使得进入烟气采集装置的气流量平稳，且烟气能与吸收瓶（3）内的吸收液充分反应或与蛇形冷凝管（16）充分接触；湿式流量计（6）用来计量采集烟气的体积量以及进入湿式流量计（6）前的气体压力。
7.根据权利要求3所述的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置的工作方法，其特征是，所述烟气采集控制***，在控制面板（15）上输入相关参数，通过PLC控制器（14）发出相应指令，打开/关闭进气的电子阀（1）和启动/停止烟气采样泵（8），打开/关闭蛇形冷凝管入口阀（12）和吸收瓶入口阀（13）。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的用于SCR脱硝装置的烟气采集装置的工作方法，其特征是，过程如下：首先在控制面板（15）中输入炉内烟气温度，烟气采集装置由智能温控保温***预热，并由热电偶检测控制采样过程中烟气采集装置内部各处温度保持其不变，直到采样结束；***预热结束后，在控制面板（15）上输入指定烟气量体积和抽取流速，选择采集烟气种类，并点击启动；由PLC控制器（14）发出指令，依次切换蛇形冷凝管入口阀（12）或吸收瓶入口阀（13），启动烟气采样泵（8），开启进气电子阀（1）；当湿式流量计（6）的示数达到预设定烟气体积后，由PLC控制器（14）发出指令，依次关闭进气电子阀（1）、烟气采样泵（8）蛇形冷凝管入口阀（12）或吸收瓶入口阀（13）；期间任意时刻通过控制面板（15）上的停止按钮，关闭进气电子阀（1），停止烟气采样泵（8），终止气体采样；采样结束后，智能温控***停止加热并冷却至室温。
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