CN103969403B - 一种scr系统管道内氨气浓度均匀性的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种SCR系统管道内氨气浓度均匀性的测量方法，在SCR系统管道内选取垂直于管道端面的平面作为测试平面；选取测试平面上的采样点；将SCR系统管道上安装采样管，将同一测试平面上各采样管的导管汇总到一根支管上，将不同测试平面的支管再汇总到一根总管上，将总管相继与吸气泵和氨气分析仪连接；选择需要接通的管路，通过调节采样管插入SCR系统管道内的长度，将采样管的管口置于选定的采样点上，依靠吸气泵对采样管管口处的气体进行采样；依次变换阀门及调节采样管插入长度，直至全部的采样点测试完毕。本发明不仅适用于SCR系统管道内氨气浓度的测量，亦可用于其它场合的管道内气体取样及浓度测量。

Description

一种SCR系统管道内氨气浓度均匀性的测量方法

技术领域

本发明涉及的是一种氨气浓度测量方法，具体地说是管道内氨气浓度测量方法。

背景技术

目前，应用SCR技术降低烟气中的氮氧化物排放已经越来越广泛。采用尿素水溶液作为SCR反应的还原剂非常方便，安全。尿素水溶液被喷入烟道后，受热分解生成的氨气与烟气中的氮氧化物反应生成氮气和水。SCR反应器前氨气浓度的均匀性会影响系统的脱硝率和氨滑失量，因此，有必要对SCR系统管道内氨气浓度的均匀性进行测量。

对于大尺寸的烟气管道，通常需要测量多个点的气体浓度来衡量整个截面浓度的均匀性。通常氨气分析仪的造价较高，若针对每一测量点都配备一个氨气分析仪，则需要花费较大的测试成本。另外，对各采样点的气体进行采集时，需要保证采样设备简单、方便、容易拆装，且采样设备在管道内占用的体积较小，不影响测量的精度及管内的流动。

发明内容

本发明的目的在于提供针对稳态工况的一种SCR系统管道内氨气浓度均匀性的测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种SCR系统管道内氨气浓度均匀性的测量方法，其特征是：

(1)在SCR系统管道内选取至少两个垂直于管道端面的平面作为测试平面；

(2)选取测试平面上的采样点；

(3)将SCR系统管道上安装采样管，采样管一端置于SCR系统管道内，采样管的另一端置于SCR系统管道外并与软导管相连，采样管可沿SCR系统管道径向移动，将同一测试平面上各采样管的导管通过带有阀门的气体分配器汇总到一根支管上，将不同测试平面的支管再通过带有阀门的气体分配器汇总到一根总管上，将总管相继与吸气泵和氨气分析仪连接；

(4)通过控制与总管和支管相连的气体分配器上的阀门，选择需要接通的管路，通过调节采样管插入SCR系统管道内的长度，将采样管的管口置于选定的采样点上，依靠吸气泵对采样管管口处的气体进行采样；依次变换阀门及调节采样管插入长度，直至全部的采样点测试完毕。

本发明还可以包括：

1、SCR系统管道的截面为方形时，采样点的选取方法为：通过n条均布的横线和m条均布的纵线将方形测试平面划分成(m+1)·(n+1)个面积相等的网格，取各网格的中心点为采样点，即共有(m+1)·(n+1)个采样点。

2、SCR系统管道的截面为圆形时，采样点的选取方法为：通过n个同心圆和m条均布的直径线将圆形测试平面划分成2m·(n+1)个网格，其中最内层圆所包含的2m个网格将作为一个整体，其面积等于剩余的每一个网格的面积，n个同心圆的直径按从内到外的顺序编号为D₁,D₂,...D_n，各同心圆的直径按如下公式计算：

$D_x=\frac{D\sqrt{2m(x-1)+1}}{\sqrt{2\mathrm{nn}+1}},1\≤x\≤n+1,$ 其中D_n+1＝D为管道的内径，取圆心及最内层圆外的每一个网格的中心为采样点，即共有2mn+1个采样点；除圆心以外的采样点均位于直径为D_i,j的同心圆上， $D_{i,j}=1\sqrt{\frac{D_i^2+D_j^2}{2}}1\≤i\≤n,j=i+1.$

3、SCR系统管道的截面为圆形时，采样点的选取方法为：在圆形测试平面的一条直径线上布置奇数个大小相同、彼此相切的小圆，小圆的圆心均位于这条直径线上；按相同的原则，在与这条直径线平行的弦上布置相同的小圆，且弦上的小圆与之前直径线上的小圆彼此相切，依此类推，将整个圆形测试平面布置满小圆，i为小圆所在列的编号， $0\≤i\≤\frac{u-1}{2},u=\mathrm{1,2,3},...,$ 取直径线上小圆所在的列编号为i＝0，向两侧编号依次为i＝1,3,5,...，取各小圆的圆心为采样点，i列上共有u-i个采样点，则i列采样管需要插入管道内的长度有u-i个，且这u-i个长度符合如下规律：

(...,H_i-3r₀,H_i-r₀,H_i+r₀,H_i+3r₀,...)，i＝1,3,5,...

(...,H_i-4r₀,H_i-2r₀,H_i,H_i+2r₀,H_i+4r₀,...)，i＝0,2,4,...

H_i为i列小圆圆心所在弦长的一半， $H_i=r_0\sqrt{u^2-{3i}^2},i=\mathrm{0,1,2},...;$ r₀为小圆的半径，为管道的内径。

4、SCR系统管道的截面为方形时，采样管布置在采样点所在的横线或纵线上。

5、SCR系统管道的截面为圆形时，采样管布置在采样点所在的直径或弦上。

本发明的优势在于：本发明提出的测量方法，仅利用一台氨气分析仪即可完成SCR系统管道内多点氨气浓度的测量，降低了采样成本，且采样管安装拆卸简单、方便。在采样管足够细的情况下，其对整个管道内的气体流动产生的影响较小，且可以保证采样点取样的精确性。该方法适用于测量仪器有限的情况下，针对稳态工况的管道内气体采样及浓度测量。此方法不仅适用于SCR系统管道内氨气浓度的测量，亦可用于其它场合的管道内气体取样及浓度测量。

附图说明

图1是本发明管道选取的各测试平面示意图；

图2是本发明方形测试平面的采样点示意图；

图3是本发明方形管道采样管的布置示意图；

图4是本发明圆形测试平面法1的采样点示意图；

图5是本发明圆形管道法1的采样管布置示意图；

图6是本发明圆形测试平面法2的采样点示意图；

图7是本发明圆形管道法2的采样管布置示意图；

图8是本发明测量管路连接示意图；

图9是本发明圆形管道测量管路法1的局部放大示意图；

图10是本发明圆形管道测量管路法2的局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～10，本发明采用的技术方案是：

(1)管道1内测试平面的选取

在SCR系统管道1内选取多个垂直于管道的平面作为测试平面。

(2)测试平面上采样点的选取

采样点的疏密根据测试平面的大小进行调整。

对于方形管道，通过n条均布的横线和m条均布的纵线将方形测试平面划分成(m+1)·(n+1)个面积相等的网格，取各网格的中心点为采样点，即共有(m+1)·(n+1)个采样点。

对于圆形管道，可以采用以下两种方法中的一种确定采样点：

法1：通过n个同心圆和m条均布的直径线将圆形测试平面划分成2m·(n+1)个网格，其中最内层圆所包含的2m个网格将作为一个整体，其面积等于剩余的每一个网格的面积。n个同心圆的直径按从内到外的顺序编号为D₁,D₂,...D_n。各同心圆的直径按如下公式计算： $D_x=\frac{D\sqrt{2m(x-1)+1}}{\sqrt{2\mathrm{nn}+1}},1\≤x\≤n+1,$ 其中D_n+1＝D，为管道的内径。取圆心及最内层圆外的每一个网格的中心为采样点，即共有2mn+1个采样点。除圆心以外的采样点均位于直径为D_i,j的同心圆上， $D_{i,j}=1\sqrt{\frac{D_i^2+D_j^2}{2}}1\≤i\≤n,j=i+1.$ 为保证采样点的广泛性，各测试平面上的采样点可错开一定的角度布置。

法2：在圆形测试平面的一条直径线上布置奇数个大小相同、彼此相切的小圆，小圆的圆心均位于这条直径线上。按相同的原则，在与这条直径线平行的弦上布置相同的小圆，且小圆与之前直径线上的小圆彼此相切。依此类推，将整个圆形测试平面布置满小圆。i为小圆所在列的编号， $0\≤i\≤\frac{u-1}{2},$ $u=\mathrm{1,2,3},...,$ 取直径线上小圆所在的列编号为i＝0，向两侧编号依次为i＝1,3,5,...。取各小圆的圆心为采样点，i列上共有u-i个采样点，则i列采样管需要插入管道内的长度有u-i个，且这u-i个长度符合如下规律：

(...,H_i-3r₀,H_i-r₀,H_i+r₀,H_i+3r₀,...)，i＝1,3,5,...

(...,H_i-4r₀,H_i-2r₀,H_i,H_i+2r₀,H_i+4r₀,...)，i＝0,2,4,...

H_i为i列小圆圆心所在弦长的一半， $H_i=r_0\sqrt{u^2-{3i}^2},i=\mathrm{0,1,2},...;$ r₀为小圆的半径，D为管道的内径。

采用法2选取采样点较法1更加均匀，然而加工工艺复杂，应用时根据实际情况酌情选择。

(3)气体浓度测量采样管路

对于方形管道，采样管2布置在采样点所在的横线或纵线上；对于圆形管道，采样管2布置在采样点所在的直径或弦上。采样管2为刚度较大的细直管，可沿管道1径向方向移动且移动时不发生弯曲；采样管2一端置于管道1内，另一端置于管道1外并与软导管相连。同一测试平面上各采样管2的导管3通过带有阀门的气体分配器4汇总到一根支管5上，不同测试平面的支管再通过带有阀门的气体分配器汇总到一根总管6上，该总管6相继与吸气泵7和氨气分析仪8连接。

(4)测量方式

在测试过程中通过控制与总管6和支管5相连的气体分配器4上的阀门，选择需要接通的管路1。通过调节采样管插入管道1内的长度，将采样管2的管口置于选定的采样点上，依靠吸气泵7对采样管2管口处的气体进行采样；依次变换阀门及调节采样管2插入长度，直至全部的采样点测试完毕。

计算实例一

(1)管道内测试平面的选取

结合图1，在SCR系统反应器前一段内径为D＝250mm，长1.5m的管道上选取7个等间距的，垂直于管道轴线的平面作为测试平面，各平面之间的间距为管道的直径，最后一个测试平面位于SCR反应器变径管的入口，以便衡量氨气在进入反应器前浓度是否达到均匀分布。

(2)测试平面上采样点的选取

结合图4和图5，以某一测试平面为例，管道的圆截面被2个同心圆和4条均布的直径线划分成24个网格，其中最内层圆D₁所包含的8个网格将作为一个整体，其面积S₁等于剩余的每一个网格的面积。2个同心圆的直径分别为D₁＝61mm，D₂＝182mm。取圆心及最内层圆D₁外的每一个网格的中心为采样点，即共有17个采样点。除圆心以外的采样点均位于直径为D_1,2＝136mm，D_2,3＝219mm的同心圆上。为保证采样点的广泛性，如图1所示，各测试平面上的采样点错开15度布置。

(3)气体浓度测量采样管路

如图5、图8和图9所示，每个测试平面上，在4条直径线上布置4根φ4×0.3的不锈钢采样管，采样管可沿管道径向方向移动且移动时不发生弯曲，并根据实际需要调节采样管插入的深度。采样管一端置于管道内，另一端置于管道外并与软导管相连。同一测试平面上4根采样管的导管通过带有阀门的气体分配器汇总到一根支管上，7个测试平面的支管再通过带有阀门的气体分配器汇总到一根总管上，该总管相继与吸气泵和氨气分析仪连接。

(4)测量方式

在测试过程中通过控制与总管和支管相连的气体分配器上的阀门，选择需要接通的管路。通过调节采样管插入管道内的长度(插入长度分为是16mm，57mm，125mm，193mm，234mm)，将采样管的管口置于选定的采样点上，依靠吸气泵对采样管管口处的气体进行采样。依次变换阀门及调节采样管插入长度，直至全部的采样点测试完毕。

氨气浓度测量采样点设计参数：

烟气管道：φ258×4mm

烟气流速：32m/s

烟气温度：603K

不锈钢采样管：28个

不锈钢采样管规格：φ4×0.3mm

测试平面：7个

测试平面间距：0.25m

4位气体分配器：7个

7位气体分配器：1个

每个测试平面的采样点个数：17个

采样泵：1台

氨气分析仪：1台

计算实例二

(1)管道内测试平面的选取

测试平面的选取同计算实例一。

(2)测试平面上采样点的选取

结合图6和图7，以某一测试平面为例，在圆形测试平面的一条直径线上布置5个大小相同、彼此相切、半径为25mm的小圆，小圆的圆心均位于这条直径线上。按相同的原则，在与这条直径线平行的弦上布置4个相同的小圆，且小圆与之前直径线上的小圆彼此相切。依此类推，将整个圆形测试平面共布置19个小圆。i为小圆所在列的编号，0≤i≤2，取直径线上小圆所在的列编号为i＝0，向两侧编号依次为i＝1，i＝2。取19个小圆的圆心为采样点，H₀＝125mm,H₁＝117mm,H₂＝90mm。

(3)气体浓度测量采样管路

如图7、图8和图10所示，每个测试平面上，在5列小圆圆心所在的弦上布置5根φ4×0.3的不锈钢采样管，采样管可沿管道径向方向移动且移动时不发生弯曲，并根据实际需要调节采样管插入的深度。采样管一端置于管道内，另一端置于管道外并与软导管相连。同一测试平面上5根采样管的导管通过带有阀门的气体分配器汇总到一根支管上，7个测试平面的支管再通过带有阀门的气体分配器汇总到一根总管上，该总管相继与吸气泵和氨气分析仪连接。

(4)测量方式

在测试过程中通过控制与总管和支管相连的气体分配器上的阀门，选择需要接通的管路。第0列采样管需要插入的长度分别为(25mm,75mm,125mm,175mm,225mm)；第1列采样管需要插入的长度分别为(42mm,92mm,142mm,192mm)；第2列采样管需要插入的长度分别为(40mm,90mm,140mm)。按以上点调节各列采样管插入管道内的长度，将采样管的管口置于选定的采样点上，依靠吸气泵对采样管管口处的气体进行采样。依次变换阀门及调节采样管插入长度，直至全部的采样点测试完毕。

氨气浓度测量采样点设计参数：

烟气管道：φ258×4mm

烟气流速：32m/s

烟气温度：603K

不锈钢采样管规格：φ5×0.3mm

测试平面：7个

测试平面间距：0.25m

5位气体分配器：7个

7位气体分配器：1个

每个测试平面的采样点个数：17个

采样泵：1台

氨气分析仪：1台。

Claims (2)

1.一种SCR系统管道内氨气浓度均匀性的测量方法，其特征是：

(1)在SCR系统管道内选取至少两个垂直于管道端面的平面作为测试平面；

(2)选取测试平面上的采样点；

(3)将SCR系统管道上安装采样管，采样管一端置于SCR系统管道内，采样管的另一端置于SCR系统管道外并与软导管相连，采样管可沿SCR系统管道径向移动，将同一测试平面上各采样管的导管通过带有阀门的气体分配器汇总到一根支管上，将不同测试平面的支管再通过带有阀门的气体分配器汇总到一根总管上，将总管相继与吸气泵和氨气分析仪连接；

(4)通过控制与总管和支管相连的气体分配器上的阀门，选择需要接通的管路，通过调节采样管插入SCR系统管道内的长度，将采样管的管口置于选定的采样点上，依靠吸气泵对采样管管口处的气体进行采样；依次变换阀门及调节采样管插入长度，直至全部的采样点测试完毕；

SCR系统管道的截面为圆形时，采样点的选取方法为：在圆形测试平面的一条直径线上布置奇数个大小相同、彼此相切的小圆，小圆的圆心均位于这条直径线上；按相同的原则，在与这条直径线平行的弦上布置相同的小圆，且弦上的小圆与之前直径线上的小圆彼此相切，依此类推，将整个圆形测试平面布置满小圆，i为小圆所在列的编号，u＝1,3,5,…，取直径线上小圆所在的列编号为i＝0，向两侧编号依次为i＝1,3,5,…，取各小圆的圆心为采样点，i列上共有u-i个采样点，则i列采样管需要插入管道内的长度有u-i个，且这u-i个长度符合如下规律：

(…,H_i-3r₀,H_i-r₀,H_i+r₀,H_i+3r₀,…)，i＝1,3,5,…

(…,H_i-4r₀,H_i-2r₀,H_i,H_i+2r₀,H_i+4r₀,…)，i＝0,2,4,…

H_i为i列小圆圆心所在弦长的一半，i＝0,1,2,…；r₀为小圆的半径，D为管道的内径。

2.根据权利要求1所述的一种SCR系统管道内氨气浓度均匀性的测量方法，其特征是：SCR系统管道的截面为圆形时，采样管布置在采样点所在的直径或弦上。