CN102564813A

CN102564813A - 电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统及取样方法

Info

Publication number: CN102564813A
Application number: CN2011104309453A
Authority: CN
Inventors: 李方勇; 廖永进; 张斌; 杨青山
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明公开了一种电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统及取样方法，该系统包括取样枪、气体收集装置、流量计和抽气器，所述的取样枪、气体收集装置、流量计和抽气器依次连通，来自电站锅炉的烟气经取样枪取样后作为样品进入气体收集装置中，气体收集装置以吸收的方式除去锅炉烟气中的部分气体，除去部分气体的烟气余气进入与气体收集装置连通的流量计中，流经流量计的烟气余气进入抽气器后排出。该取样系统实现在电站锅炉脱硝性能试验中对NH₃或SO₃采样时可以预先方便、稳定加热烟气，减少NH₃或SO₃在取样枪中的吸附损失，确保测试的准确性。该发明同时公开了电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样方法。

Description

电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统及取样方法

技术领域

本发明涉及一种电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的试验器材及取样方法，具体是指电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统及取样方法，用于电站锅炉脱硝系统性能试验的NH₃、SO₃电加热取样。

背景技术

氮氧化物(NO、NO₂等，简称NOx)是化石燃料燃烧产生的主要大气污染物之一，NOx与大气中的水和氧气反应生成硝酸，是酸雨的主要贡献者；高浓度的NOx对呼吸系统有强烈的刺激性；NOx通过光化学反应产生光化学雾，光化学雾影响可见度，刺激人的眼睛和呼吸系统，光化学雾中的主要物质之一是O3，O3是一种对呼吸道具有强烈刺激的气体。可见，NOx直接或间接地对人、植物、建筑物和环境造成显著的危害。从世界范围来看，燃料燃烧尤其是燃煤发电是大气中的NOx主要的主要来源之一。随着火电机组和发电量的不断增加而增长，若不采取有效控制措施，预计到2020年和2030年，全国NOx排放量将达到2363～2914万吨和3154～4296万吨，将超过美国成为世界第一大NOx排放国，而火力发电NOx排放占排放总量的比率将达到50％左右。

“十二五”期间，氮氧化物的排放已成为大气污染物防治工作的重点之一。2011年新出台的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)中规定：从2012年1月1日起，新建燃煤锅炉的氮氧化物排放标准不得高于100mg/m³(某些炉型除外)[4]。目前，燃煤锅炉的脱氮方式主要通过有：炉内脱硝(低氮燃烧器、深度分级配风)和烟气脱硝(SCR、SNCR)，而SCR烟气脱硝技术无论在新建机组还是对旧机组的改造中，应用都是最广泛的。因此，对于燃煤锅炉SCR烟气脱硝系统的性能试验已逐渐成为确保系统可靠及环境保护的一项重要工作。

针对电站锅炉的SCR烟气脱硝系统，氨逃逸与SO₂/SO₃的转化率是两个极为严格的考核标准。因此，在进行脱硝系统性能试验时，烟气中NH₃与SO₃含量的测量精度直接影响系统的氨逃逸及SO₂/SO₃的转化率。由于受到测量技术以及直接测试仪器的准确性的影响，目前对于烟气中NH₃与SO₃含量的测试大多采用现场取样，实验室测量的方式进行。针对NH₃与SO₃在取样过程中遇冷容易冷凝，较易被采样设备吸收，还面临烟气含尘量极高，对试验结果影响较大等问题，本案提出了一套可广泛用于电站锅炉脱硝性能试验中的NH₃与SO₃的取样方法。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统，实现在电站锅炉脱硝性能试验中对NH₃或SO₃采样时可以预先方便、稳定加热烟气，减少NH₃或SO₃在取样枪中的吸附损失，以及在取样时能有效过滤烟尘的效果，以确保测试的准确性。

本发明的这一目的是通过如下的技术方案来实现的：电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统，其特征在于：该系统包括取样枪、气体收集装置、流量计和抽气器，所述的取样枪、气体收集装置、流量计和抽气器依次连通，来自电站锅炉的烟气经取样枪取样后作为样品进入气体收集装置中，气体收集装置以吸收的方式除去锅炉烟气中的部分气体，除去部分气体的烟气余气进入与气体收集装置连通的流量计中，流经流量计的烟气余气进入抽气器后排出。

本发明的取样系统能准确测试出锅炉烟气中诸如NH₃与SO₃等气体的浓度，能够广泛用于电站锅炉脱硝性能试验中，可以确保测试的准确性。

本发明中，该系统还包括氧量计，所述氧量计自带抽气泵，所述流量计以三通连接方式分别与抽气器和氧量计连通，流经流量计的烟气余气分两路分别进入抽气器与氧量计中，一路烟气余气经抽气器后排出，另一路烟气余气流向氧量计，以测量所取烟气中的O₂含量，防止测量过程中因为漏气而影响试验结果。

本发明中，当所需要收集的气体为NH₃时，所述的气体收集装置为NH₃收集装置，所述气体收集装置除去的部分气体是指锅炉烟气中的NH₃，该NH₃收集装置为以串联方式连接的两个装入硫酸溶液的玻璃容器，实现对电站锅炉烟气中NH₃的两级吸收，确保NH₃与硫酸溶液全部反应。

本发明中，当所需要收集的气体为SO₃时，所述的气体收集装置为SO₃收集装置，所述气体收集装置除去的部分气体是指锅炉烟气中的SO₃，该SO₃收集装置包括水浴锅和玻璃蛇形管，玻璃蛇形管放置在该水浴锅内，该水浴锅内还承盛装有温度为80℃的热水，热水淹没玻璃蛇形管的盘绕段，来自电站锅炉烟气中的SO₃在玻璃蛇形管内收集。

为了有效去除烟气中的灰尘，且保障NH₃或SO₃在取样过程中不被冷凝或被取样设备所吸附，确保所取样品能准确测出烟气中NH₃或SO₃的浓度。本案发明了一种专门用于NH₃或SO₃取样的温度可控电加热枪，所述取样枪为电加热取样枪，它包括枪头、枪体和抽气连接头，枪体的头部与枪头连接，尾部与抽气连接头连接，抽气连接头连接抽气装置，所述枪体为双层不锈钢管，枪体的内、外管之间通过支架固定，所述电加热取样枪还包括石英管、电加热丝、封盖、热电偶和温度调节控制器，所述石英管插装在枪体的内管中，所述封盖与枪体的尾部固定连接，封盖具有与抽气连接头连通的通道，石英管的头部与枪头的内腔连通，尾部通过封盖的通道与抽气连接头连通，电加热丝缠绕在枪体的内管上，热电偶固定安装在封盖上，位于枪体的内、外管之间，且靠近内管的外壁，电加热丝和热电偶分别通过电源线和连接导线与温度调节控制器连接，温度调节控制器能够接收热电偶传输来的温度信号，并且能够控制电加热丝的加热温度，来自电站锅炉的烟气在石英管内加热，经抽气连接头后作为样品收集。

本发明中，所述枪体的内、外管之间的支架为多个四角支架，多个四角支架沿枪体的轴线方向依次布置；所述封盖为T字型的圆柱体，所述封盖的通道沿封盖的中心线贯通开设。

本发明中，所述电加热取样枪还包括固定圆盘，固定圆盘套装在枪体外管的尾部。

本发明中，所述枪头与枪体的头部螺纹连接，所述枪头包括焊接成一体的鸟嘴头和不锈钢套筒头，所述鸟嘴头具有烟气吸入口，所述套筒头为双层筒体结构，其中内筒具有内筒腔，所述内筒的内筒腔内填塞有过滤烟尘的石英棉，烟气吸入口与内筒腔连通，所述外筒具有外筒腔，内筒的筒壁上开设有多个与外筒腔连通的连通小孔，所述外筒腔与所述枪体的内、外管均隔绝，与所述石英管的头部连通。

与现有技术相比，本发明有如下显著效果：

(1)本发明取样系统不但能够收集锅炉烟气中的NH₃气体，而且还能够收集集锅炉烟气中的SO₃气体。

(2)本发明取样系统通过对流经电加热取样枪的锅炉烟气进行加热，防止NH₃与SO₃在取样过程中遇冷容易冷凝，提高试验结果的准确性。

(3)本发明取样系统中的电加热取样枪采用石英管石英作为锅炉烟气的流道，石英对于NH₃与SO₃的吸附很少，以减少NH₃或SO₃在取样枪中的吸附损失。

(4)本发明取样系统中的电加热取样枪在枪头设有过滤烟尘的石英棉，过滤烟气中的含尘量，消除对试验结果的影响。

(5)氨逃逸与SO₂/SO₃转化率作为考核电站锅炉SCR脱硝系统性能的两个极为重要的标准，要准确测量难度较大。本发明技术方案的提出，可以有效解决NH₃与SO₃在取样过程中遇冷容易冷凝，较易被采样设备吸收，以及烟气中高浓度的含尘量也会对测试结果产生影响等问题，确保了电站锅炉SCR脱硝系统性能试验中氨逃逸与SO₂/SO₃转化率测量的准确性。

本发明的目的之二是提供一种电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样方法，该取样方法取样方便，能够实现在电站锅炉脱硝性能试验中对NH₃或SO₃的采样，且能够确保测试准确性。

本发明的这一目的是通过如下的技术方案来实现的：电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样方法，其包括如下步骤：

(1)来自电站锅炉中的锅炉烟气以10～15L/min的流量流经取样枪取样；

(2)烟气经取样枪取样后作为样品进入气体收集装置中，气体收集装置以吸收的方式除去锅炉烟气中的部分气体，气体收集装置除去的部分气体被带回实验室进行测试；

(3)除去部分气体的烟气余气进入与气体收集装置连通的流量计中，流经流量计的烟气余气分两路分别进入抽气器与氧量计中。

所述步骤(1)中的取样枪为具有双层不锈钢管枪体、石英管、电加热丝、热电偶和温度调节控制器的电加热取样枪，石英管插装在枪体的内管中，电加热丝和热电偶分别通过电源线和连接导线与温度调节控制器连接，来自电站锅炉的烟气在电加热取样枪的石英管内加热至250～300℃，然后进入步骤(2)中的气体收集装置中。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明取样系统实施例一的整体结构示意图；

图2是本发明取样系统实施例一中气体收集装置的结构示意图；

图3是本发明取样系统实施例一中电加热取样枪的整体结构示意图；

图4是电加热取样枪中枪头的放大图；

图5是本发明取样系统实施例二中气体收集装置的结构示意图。

附图标记说明

101、取样枪；102、SO₃收集装置；103、流量计；

104、抽气器；105、氧量计； 106、NH₃收集装置；

1、枪体； 2、枪头；3、石英棉；4、四角支架；5、石英管；

6、电加热丝；7、套管；8、热电偶；9、抽气连接头；

10、固定圆盘；11、温度调节控制器； 12、连接导线；13、电源线；

14、封盖； 21、鸟嘴头；22、套筒头；23、连通小孔

具体实施方式

实施例一

如图1至图4所示的电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统，该系统包括取样枪101、气体收集装置、流量计103和抽气器104，取样枪101、气体收集装置、流量计103和抽气器104依次连通，来自电站锅炉的烟气经取样枪101取样后作为样品进入气体收集装置中，气体收集装置以吸收的方式除去锅炉烟气中的部分气体，除去部分气体的烟气余气进入与气体收集装置连通的流量计103中，流经流量计103的烟气余气进入抽气器104后排出。

为了确保在取样过程中不漏气，需在取样过程中连续测量所取烟气的O₂含量，这可以通过三通接一路烟气至自带抽气泵的氧量计来实现，该系统还包括氧量计105，氧量计105自带抽气泵，流量计103以三通连接方式分别与抽气器104和氧量计105连通，流经流量计103的烟气余气分两路分别进入抽气器104与氧量计105中，一路烟气余气经抽气器104后排出，另一路烟气余气流向氧量计105，以测量所取烟气中的O₂含量。

如图2所示，本发明中气体收集装置为NH₃收集装置106，气体收集装置除去的部分气体是指锅炉烟气中的NH₃，该NH₃收集装置106为以串联方式连接的两个装入硫酸溶液的玻璃容器，实现对电站锅炉烟气中NH₃的两级吸收，确保NH₃与硫酸溶液全部反应。

如图3至图4所示的取样枪为电加热取样枪，它包括枪头2、枪体1和抽气连接头9，枪体1的头部与枪头2连接，尾部与抽气连接头9连接，抽气连接头9连接抽气装置，枪体1为双层不锈钢管，枪体1的内、外管之间通过支架固定，电加热取样枪还包括石英管5、电加热丝6、封盖14、热电偶8和温度调节控制器11，石英管5插装在枪体1的内管中，封盖14与枪体1的尾部固定连接，封盖14具有与抽气连接头9连通的通道，石英管5的头部与枪头2的内腔连通，尾部通过封盖14的通道与抽气连接头9连通，电加热丝6缠绕在枪体1的内管上，热电偶8通过套管7固定安装在封盖14上，热电偶8通过螺栓固定在套管7中，热电偶8位于枪体1的内、外管之间，且靠近内管的外壁，电加热丝6和热电偶8分别通过电源线13和连接导线12与温度调节控制器11连接，温度调节控制器11可实现温度设定、自动控温的功能，温度调节控制器11能够接收热电偶8传输来的温度信号，并且能够控制电加热丝6的加热温度，来自电站锅炉的烟气在石英管5内加热，经抽气连接头9后作为样品收集。

本实施例中，枪体1的内、外管之间的支架为多个四角支架4，多个四角支架4沿枪体1的轴线方向依次布置。封盖14为T字型的圆柱体，封盖14的通道沿封盖14的中心线贯通开设。

电加热取样枪还包括固定圆盘10，固定圆盘10套装在枪体1外管的尾部。取样时，取样枪通过固定圆盘10以螺栓连接方式固定，用垫片作密封。

本实施例中，枪头2与枪体1的头部螺纹连接，枪头2包括焊接成一体的鸟嘴头21和不锈钢套筒头22，鸟嘴头21具有烟气吸入口，套筒头22为双层筒体结构，其中内筒具有内筒腔，内筒的内筒腔内填塞有过滤烟尘的石英棉3，烟气吸入口与内筒腔连通，外筒具有外筒腔，内筒的筒壁上开设有多个与外筒腔连通的连通小孔23，外筒腔与枪体1的内、外管均隔绝，与石英管5的头部连通。在进行NH₃、SO₃采样时，填入的石英棉3能够过滤锅炉烟气中的烟尘。

本发明的电加热取样枪可用于电站锅炉脱硝系统性能试验的NH₃、SO₃等气体的电加热取样。该电加热取样枪在电站锅炉脱硝性能试验中对NH₃或SO₃采样时可以预先方便、稳定加热烟气，减少NH₃或SO₃在取样枪中的吸附损失，以及在取样时能有效过滤烟尘的效果。

本发明同时公开了一种电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样方法，其包括如下步骤：

为了确保所取样品测试的准确性，在取样过程中，一次需累计取300L左右的烟气，因此，本案采用可以控制取样速率，保持等速10～15L/min取样，且能计算所取烟气总体积的流量计。

实施例二

本发明电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统实施例二和实施例一不同的是，气体收集装置为图5所示的SO₃收集装置102，气体收集装置除去的部分气体是指锅炉烟气中的SO₃，该SO₃收集装置102包括水浴锅和玻璃蛇形管，玻璃蛇形管放置在该水浴锅内，该水浴锅内还承盛装有温度为80℃的热水，热水淹没玻璃蛇形管的盘绕段，来自电站锅炉烟气中的SO₃在玻璃蛇形管内收集。

该实施例的取样方法和实施例一相同，在此不再叙述。

本发明中，来自锅炉的高温烟气以10～15L/min的流速经过被电加热到250℃左右的取样枪，进入NH₃或SO₃收集装置，烟气中的NH₃或SO₃在此装置中被收集，收集的NH₃和SO₃被带回实验室测试。另外，除去NH₃或SO₃的烟气经过流量计后由三通一路接到抽气器，另外一路接到氧量计，排气直接排放。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明的上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样系统，其特征在于：该系统包括取样枪、气体收集装置、流量计和抽气器，所述的取样枪、气体收集装置、流量计和抽气器依次连通，来自电站锅炉的烟气经取样枪取样后作为样品进入气体收集装置中，气体收集装置以吸收的方式除去锅炉烟气中的部分气体，除去部分气体的烟气余气进入与气体收集装置连通的流量计中，流经流量计的烟气余气进入抽气器后排出。

2.根据权利要求1所述的取样系统，其特征在于：该系统还包括氧量计，所述氧量计自带抽气泵，所述流量计以三通连接方式分别与抽气器和氧量计连通，流经流量计的烟气余气分两路分别进入抽气器与氧量计中，一路烟气余气经抽气器后排出，另一路烟气余气流向氧量计，以测量所取烟气中的O₂含量。

3.根据权利要求1所述的取样系统，其特征在于：所述的气体收集装置为NH₃收集装置，所述气体收集装置除去的部分气体是指锅炉烟气中的NH₃，该NH₃收集装置为以串联方式连接的两个装入硫酸溶液的玻璃容器，实现对电站锅炉烟气中NH₃的两级吸收，确保NH₃与硫酸溶液全部反应。

4.根据权利要求1所述的取样系统，其特征在于：所述的气体收集装置为SO₃收集装置，所述气体收集装置除去的部分气体是指锅炉烟气中的SO₃，该SO₃收集装置包括水浴锅和玻璃蛇形管，玻璃蛇形管放置在该水浴锅内，该水浴锅内还承盛装有温度为80℃的热水，热水淹没玻璃蛇形管的盘绕段，来自电站锅炉烟气中的SO₃在玻璃蛇形管内收集。

5.根据权利要求1至4任一项所述的取样系统，其特征在于：所述取样枪为电加热取样枪，它包括枪头、枪体和抽气连接头，枪体的头部与枪头连接，尾部与抽气连接头连接，抽气连接头连接抽气装置，所述枪体为双层不锈钢管，枪体的内、外管之间通过支架固定，所述电加热取样枪还包括石英管、电加热丝、封盖、热电偶和温度调节控制器，所述石英管插装在枪体的内管中，所述封盖与枪体的尾部固定连接，封盖具有与抽气连接头连通的通道，石英管的头部与枪头的内腔连通，尾部通过封盖的通道与抽气连接头连通，电加热丝缠绕在枪体的内管上，热电偶固定安装在封盖上，位于枪体的内、外管之间，且靠近内管的外壁，电加热丝和热电偶分别通过电源线和连接导线与温度调节控制器连接，温度调节控制器能够接收热电偶传输来的温度信号，并且能够控制电加热丝的加热温度，来自电站锅炉的烟气在石英管内加热，经抽气连接头后作为样品收集。

6.根据权利要求5所述的取样系统，其特征在于：所述电加热取样枪还包括固定圆盘，固定圆盘套装在枪体外管的尾部。

7.根据权利要求5所述的取样系统，其特征在于：所述枪头与枪体的头部螺纹连接，所述枪头包括焊接成一体的鸟嘴头和不锈钢套筒头，所述鸟嘴头具有烟气吸入口，所述套筒头为双层筒体结构，其中内筒具有内筒腔，所述内筒的内筒腔内填塞有过滤烟尘的石英棉，烟气吸入口与内筒腔连通，所述外筒具有外筒腔，内筒的筒壁上开设有多个与外筒腔连通的连通小孔，所述外筒腔与所述枪体的内、外管均隔绝，与所述石英管的头部连通。

8.电站锅炉烟气脱硝系统性能试验的取样方法，其包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的取样方法，其特征在于：所述步骤(1)中的取样枪为具有双层不锈钢管枪体、石英管、电加热丝、热电偶和温度调节控制器的电加热取样枪，石英管插装在枪体的内管中，电加热丝和热电偶分别通过电源线和连接导线与温度调节控制器连接，来自电站锅炉的烟气在电加热取样枪的石英管内加热至250～300℃，然后进入步骤(2)中的气体收集装置中。