CN106546653A - 一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统及方法，所述系统包括烟气取样装置多个烟气分管、烟气混合罐、氧化锆氧量计以及烟气抽吸装置，所述烟气采样装置包括多个烟气分管，多个所述烟气分管的一端均匀设置于主烟道截面处，所述烟气分管的另一端与烟气混合罐切向连接，所述氧化锆氧量计与所述烟气混合罐连接，用于测量所述烟气混合罐内混合后烟气中的含氧量，所述烟气抽吸装置与所述烟气混合罐连接，用于提供将主烟道截面各个位置的烟气分别通过多个所述烟气分管进入所述烟气混合罐的抽吸动力。本发明有效提高了氧化锆烟气氧量测量烟气含氧量的代表性和准确性。

Description

一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统及方法

技术领域

本发明属于火力发电中烟气含氧量测量的技术领域，尤其涉及一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统及方法。

背景技术

火力发电厂中燃煤锅炉燃烧质量的好坏直接关系到电厂燃料消耗率的高低，关系到火力发电厂成本问题，为了及时有效的控制燃煤锅炉的燃烧质量保持在较好的状态下，在现有技术中，通过对燃煤锅炉烟气成分的分析来控制燃料和空气的比例。为了使燃料达到完全燃烧，同时又不过多地增加排烟量和降低燃烧温度，首先要控制燃料与空气的比例，使得过剩空气系数α保持在一定范围内,对于燃煤锅炉来说过剩空气系数α约在1.2-1.3之间；从燃煤锅炉工作的可靠性来看，燃煤锅炉内的过剩空气系数α过小会使燃料中的碳不能完全燃烧，造成烟气中含有较多的一氧化碳气体。由于灰分在还原性气体中气熔点降低，由此对于固态排渣煤粉炉，易引起炉内结渣不良结果。由于飞灰对受热面磨损与烟气流速的三次方成正比，因此随着过剩空气系数α的增大，将会使煤粉炉受热面的管子和引风机叶片磨损加剧，影响到设备的使用寿命。过剩空气系数增大，使燃料中的硫份易形成三氧化硫，露点温度也相应提高，从而使尾部烟道中的空气预热器腐蚀，对于燃用高硫煤的锅炉尤为显著。过剩空气系数α的大小可通过分析锅炉烟气中二氧化碳和氧气的含量来判断。由于烟气中的氧气含量与过剩空气系数α之间有单值关系，而且此关系受燃料品种的影响较小，目前测量烟气中含氧量设备的反应速度相比于测量烟气中含二氧化碳含量设备的反应速度快，因此，在现有技术中，燃煤锅炉中大量采用氧量计测量烟气中的含氧量对锅炉进行控制。

火力发电厂燃煤锅炉需要对空气预热器进出口的烟气含氧量进行测量并用来指导锅炉运行。在锅炉热力试验过程中采用烟气分析仪对烟气含氧量进行分析；然而烟气分析仪并不适合在工业现场中应用，虽然烟气分析仪在实验室测标气性能良好，但是在工业现场往往“失灵”，在工业现场一般大型锅炉都安装有直插式氧化锆氧量计测量主烟道中的烟气氧量，如图1所示。直插式氧化锆氧量计具有结构简单、灵敏度和分辨率高、反应速度快、现场适用性高等优点。但也存在以下主要不足：

(1)采用直插式的氧化锆氧量计，取样探头长度为1m左右，而烟道面积一般都很大，因此单点所测氧量并不能代表整个烟道截面上烟气的氧量，氧化锆氧量计测量的代表性差；

(2)氧化锆氧量计使用时直接插在烟道中，烟气中存在大量的飞灰颗粒，氧化锆防护罩容易堵塞。

为解决以上问题，一般采用旁路法烟气测量系统，例如CN102095773B烟气含氧量测量方法及系统中公开了一种烟气含氧量测量方法，从空预器前端的主烟道中采集待测烟气，并对所述的待测烟气进行除灰处理；将除灰处理后的所述待测烟气经旁路烟道送入所述空预器后端的主烟道，并将除灰处理过程中产生的灰尘排放到空预器前端的所述主烟道中；检测所述旁路烟道中待测烟气的含氧量，并将检测的含氧量数据输出；其中，所述旁路烟道的出口位于所述空预器的出口附近，烟气在引风机的抽力作用下流动，经过所述空预器后形成压力差，使得所述空预器的入口附近的压力大于所述空预器出口附近的压力。虽然在该方法采用了旁路法并且利用除灰装置避免氧化锆氧量计被灰尘沾污，但是并未解决氧化锆氧量计测量的代表性差的问题，同时除灰装置的成本高，在氧化锆氧量计本身成本高的情况下加大了成本压力；此外该烟气测量系统将测量完的烟气重新混合入主烟道影响后续烟气含氧量的测量。

在锅炉热力试验过程中采用旁路法的烟气测量系统已研究的较为成熟，在实验室中对烟气的采集过程中采用抽气泵解决烟气抽吸力不足的问题，但是工业现场环境与实验室环境不同，在实验室中可以定期清洗抽气泵进气口处的细纱网，避免固体小颗粒落入泵内造成堵塞损坏泵体，但是在工业现场环境中温度很高，经常对抽气泵进行拆卸清洗并不现实，因此，不能直接将泵引入工业现场的烟气含氧量测量中，需要一种可靠性高的设备对烟气进行抽吸。

发明内容

本发明为了解决上述问题，克服现有使用氧化锆氧量计氧量测量锅炉内烟气含氧量过程中单点测氧量代表性差以及氧化锆氧量计防护罩容易堵塞的问题，提供一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，包括烟气取样装置、烟气混合罐、氧化锆氧量计以及烟气抽吸装置，所述烟气取样装置包括多个烟气分管，多个所述烟气分管的一端分别与烟气取样枪连接，所述烟气取样枪均匀设置于主烟道截面处，所述烟气分管的另一端与所述烟气混合罐切向连接，使得主烟道的烟气通过多个所述烟气分管切向进入所述烟气混合罐，利用离心力防止烟气中的飞灰堵塞所述氧化锆氧量计，所述氧化锆氧量计与所述烟气混合罐连接，采集所述烟气混合罐中部的烟气用于测量所述烟气混合罐内混合后烟气中的含氧量，所述烟气抽吸装置与所述烟气混合罐连接，压缩空气流入所述烟气抽吸装置形成负压力，用于提供将主烟道截面各个位置的烟气分别通过多个所述烟气分管进入所述烟气混合罐的抽吸动力，加快主烟道中的烟气进入烟气混合罐。

进一步的，所述烟气混合罐包括罐体与套管，所述套管与所述罐体的侧面开有的通孔密封连接，所述套管内部与所述罐体内部连通，所述氧化锆氧量计通过所述烟气混合罐的所述套管伸入所述烟气混合罐的所述罐体中部。

进一步的，所述氧气测量装置与所述套管之间采用法兰进行安装，所述法兰包括第一法兰与第二法兰，所述第一法兰与所述氧气测量装置连接，所述第二法兰与所述套管连接，所述第一法兰与所述第二法兰之间设置防漏密封圈。

进一步的，所述套管接近所述罐体一端与所述氧气测量装置之间设置防尘密封圈，防止飞灰在套管内部沉积。

进一步的，所述烟气抽吸装置包括进气管道、抽气器、排气管道，所述进气管道与所述抽气器连接，所述进气管道上设置进气阀，所述抽气器与所述排气管道连接，所述排气管道上设置排气阀，压缩空气通过所述进气管道与所述进气阀进入所述抽气器，通过排气管道与所述排气阀排出。

进一步的，所述进气阀与所述排气阀分别与控制器连接，所述控制器控制所述进气阀与所述排气阀的开闭。

进一步的，所述进气管道上设置电加热器，所述电加热器设置于所述进气阀与所述抽气器之间，所述电加热器用于对进入所述进气管道的压缩空气进行加热，防止烟气中的水蒸气在抽气器中凝结导致阻塞所述抽气器。

进一步的，所述电加热器与所述控制器连接，由控制器控制所述电加热器的加热压缩空气的温度。

进一步的，所述控制器控制所述电加热器将压缩空气的温度维持于50℃。

为了实现上述目的，本发明采用一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸方法，由所述控制器控制所述进气阀与所述排气阀打开，同时所述控制器控制所述电加热器运行，压缩空气通过打开的进气阀、进气管道以及电加热器后流经所述抽气器，在抽气器内产生负压力，主烟道截面各个位置的烟气在所述负压力的作用下通过多个所述烟气分管进入所述烟气混合罐，在所述烟气混合罐内将主烟道截面各个位置的烟气充分混合，所述氧化锆氧量计通过所述烟气混合罐的套管伸入所述烟气混合罐中部采集充分混合后的待测烟气，并且检测待测烟气中的含氧量，大量压缩空气与量测后的烟气通过所述排气管道直接排出，防止混合大量压缩空气的烟气再次进入主烟道影响后续烟气含氧量的测量。

本发明的有益效果：

1、本发明通过多个烟气分管将主烟道横截面各个位置的烟气引入烟气混合罐，并且在烟气混合罐内进行充分混合，提高了氧化锆氧量计测量烟气含氧量的代表性和准确性，同时采用压缩空气烟气抽吸装置形成负压力对烟气进行抽吸，加快主烟道中的烟气进入烟气混合罐，有效降低了在烟气含氧量测量中的滞后问题；同时大量压缩空气与量测后的烟气通过所述排气管道直接排出，有效避免了粉尘颗粒对烟气抽吸装置的堵塞问题，无需定期停产检修；

2、利用电加热器加热压缩空气至烟气露点温度以上，可有效避免抽气器中烟气中水蒸气的凝结和堵灰；利用在氧化锆氧量计上的第一法兰与混合罐套管上的第二法兰之间设置的防漏密封圈，防止空气从氧化锆氧量计上的第一法兰漏入烟气混合罐造成氧量测量值偏大；利用烟气混合罐的套管与氧化锆氧量计之间设置的防尘密封圈，防止飞灰在套管内沉积；

3、本发明的所述烟气分管与所述烟气混合罐切向连接，使得主烟道的烟气通过多个所述烟气分管切向进入所述烟气混合罐，利用离心力使得烟气中大量的飞灰颗粒远离所述烟气混合罐的中部，有效减少了所述氧化锆氧量计采集待测烟气中的飞灰颗粒，防止烟气中的飞灰颗粒堵塞所述氧化锆氧量计的防护罩；

4、本发明将测量后的烟气直接排出，防止混合大量压缩空气的烟气再次进入主烟道影响后续烟气含氧量的测量；

5、将氧化锆氧量计的锆头安装在烟气混合罐中部，烟气流速低，极大减轻了氧化锆氧量计的锆头的磨损。

附图说明

图1为现有技术中结构氧化锆氧量计测量烟气含氧量的示意图；

图2为本发明系统整体的结构示意图；

图3为本发明位于主烟道处的结构示意图；

其中，1-第一烟气分管；2-第二烟气分管；3-第三烟气分管；4-第四烟气分管；5-烟气混合罐；6-抽气器；7-排气阀；8-控制器；9-电加热器；10-进气阀；11-防尘密封圈；12-防漏密封圈；13-氧化锆氧量计，14-主烟道，15-第一烟气取样枪，16-第二烟气取样枪，17-第三烟气取样枪，18-第四烟气取样枪。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，如图2所示，包括多个烟气分管，在本实施例中烟气分管的数量为四个，分别为第一烟气分管1、第二烟气分管2、第三烟气分管3以及第四烟气分管4，所述第一烟气分管1、第二烟气分管2、第三烟气分管3以及第四烟气分管4的一端均匀设置于主烟道14截面处，本发明位于主烟道处的结构示意图如图3所示，所述第一烟气分管1的一端与第一烟气取样枪15连接，所述第二烟气分管2的一端与第二烟气取样枪16连接，所述第三烟气分管3的一端与第三烟气取样枪17连接，所述第四烟气分管4的一端与第四烟气取样枪18连接，所述第一烟气取样枪15、第二烟气取样枪16、第三烟气取样枪17以及第四烟气取样枪18均匀分布与主烟道14的横截面处。所述第一烟气取样枪15、第二烟气取样枪16、第三烟气取样枪17以及第四烟气取样枪18均采样中国专利CN203432825U中的均流防堵烟气取样枪，每个烟气取样枪上均设置3个烟气取样嘴，采用网格法测量主烟道14内的烟气含氧量，在主烟道14的横截面处一共12处烟气取样点，所述第一烟气取样枪15、第二烟气取样枪16、第三烟气取样枪17以及第四烟气取样枪18中的均流孔保证了12处烟气取样点的烟气流量相等，极大提高整个烟气取样系统的所取烟气的代表性和烟气氧量测量的准确性。同时由于采取了有效的防止飞灰进入烟气取样枪的措施，也提高了整个烟气取样装置的可靠性。

如图2所示，所述第一烟气分管1、第二烟气分管2、第三烟气分管3以及第四烟气分管4的另一端均与烟气混合罐5切向连接，所述第一烟气分管1、第二烟气分管2、第三烟气分管3以及第四烟气分管4用于将主烟道14截面上不同位置的烟气引入烟气混合罐5，使得主烟道14的烟气通过所述第一烟气分管1、第二烟气分管2、第三烟气分管3以及第四烟气分管4切向进入所述烟气混合罐，利用离心力防止烟气中的飞灰堵塞所述氧化锆氧量计13，利用离心力使得烟气中大量的飞灰颗粒远离所述烟气混合罐5的中部，有效减少了所述氧化锆氧量计13采集待测烟气中的飞灰颗粒，防止烟气中的飞灰颗粒堵塞所述氧化锆氧量计13的防护罩。

所述烟气混合罐5的作用是将所述第一烟气分管1、第二烟气分管2、第三烟气分管3以及第四烟气分管4来的烟气充分混合。所述烟气混合罐5包括罐体与套管，所述套管与所述罐体的侧面开有的通孔密封连接，所述套管内部与所述罐体内部连通，氧化锆氧量计13通过所述烟气混合罐5的所述套管伸入所述烟气混合罐5的所述罐体中部。氧化锆氧量计13与所述烟气混合罐5连接，用于测量所述烟气混合罐5内混合后烟气中的含氧量，所述氧化锆氧量计13与所述烟气混合罐5的套管之间采用法兰进行安装，所述法兰包括第一法兰与第二法兰，所述第一法兰与所述氧气测量装置连接，所述第二法兰与所述套管连接，所述第一法兰与所述第二法兰之间设置防漏密封圈12，所述防漏密封圈12的作用是防止空气从氧化锆氧量计的安装第一法兰处漏入所述烟气混合罐5造成氧量测量值偏大。所述套管接近所述罐体一端与所述氧气测量装置之间设置防尘密封圈，防止飞灰在套管内部沉积。

所述烟气混合罐5的下部与所述烟气抽吸装置连接，所述烟气抽吸装置包括进气管道、抽气器6、排气管道，所述进气管道与所述抽气器6连接，所述进气管道上设置进气阀10，所述抽气器6与所述排气管道连接，所述排气管道上设置排气阀7，所述进气管道上设置电加热器9，所述电加热器9设置于所述进气阀10与所述抽气器6之间，所述电加热器9用于对进入所述进气管道的压缩空气进行加热，防止烟气中的水蒸气在抽气器6中凝结导致阻塞所述抽气器6。压缩空气通过所述进气管道与所述进气阀10以及电加热器10进入所述抽气器6，通过排气管道与所述排气阀7排出。所述进气阀10与所述排气阀7分别与控制器8连接，所述控制器8控制所述进气阀10与所述排气阀7的开闭。所述电加热器9与所述控制器8连接，由控制器8控制所述电加热器9的加热压缩空气的温度，所述控制器8控制所述电加热器9将压缩空气的温度维持于50℃。

基于上述系统的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸方法为：

由所述控制器控制所述进气阀与所述排气阀打开，同时所述控制器控制所述电加热器运行，压缩空气通过打开的进气阀、进气管道以及电加热器后流经所述抽气器，在抽气器内产生负压力，主烟道截面各个位置的烟气在所述负压力的作用下通过多个所述烟气分管进入所述烟气混合罐，在所述烟气混合罐内将主烟道截面各个位置的烟气充分混合，所述氧化锆氧量计通过所述烟气混合罐的套管伸入所述烟气混合罐中部采集充分混合后的待测烟气，并且检测待测烟气中的含氧量，大量压缩空气与量测后的烟气通过所述排气管道直接排出，防止混合大量压缩空气的烟气再次进入主烟道影响后续烟气含氧量的测量。

在控制器的控制下，排气阀、进气阀打开，电加热器通电运行。压缩空气流经抽气器时，产生较大的负压，烟气在抽气器抽吸力的作用下从烟道进入烟气分管。烟气分管来的烟气进入烟气混合罐上部，在缩口部分充分混合。氧化锆氧量计通过烟气混合罐的套管伸入烟气混合罐中部。为防止空气从氧化锆法兰处漏入烟气混合罐造成氧量测量值偏大，在氧化锆氧量计法兰与混合罐套管法兰之间有一防漏密封圈。在烟气混合罐套管内还装有一防尘密封圈，可防止飞灰在套管内沉积。

混合后的烟气流经氧化锆氧量计的端部的锆头，测量烟气的含氧量。由于所测烟气为各烟气分管混合后的烟气，测量结果的代表性和准确性明显提高。由于烟气中的水蒸气在流经抽气器入口时容易遇冷凝结，因此需要对压缩空气进行加热，使加热后的压缩空气温度维持在50℃左右，大于烟气中水蒸气的露点温度，可有效防止烟气中水蒸气凝结并堵塞管路。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：

包括烟气取样装置、烟气混合罐、氧化锆氧量计以及烟气抽吸装置，所述烟气取样装置包括多个烟气分管，多个所述烟气分管的一端分别与烟气取样枪连接，所述烟气取样枪均匀设置于主烟道截面处，所述烟气分管的另一端与所述烟气混合罐切向连接，使得主烟道的烟气通过多个所述烟气分管切向进入所述烟气混合罐，利用离心力防止烟气中的飞灰堵塞所述氧化锆氧量计，所述氧化锆氧量计与所述烟气混合罐连接，采集所述烟气混合罐中部的烟气用于测量所述烟气混合罐内混合后烟气中的含氧量，所述烟气抽吸装置与所述烟气混合罐连接，压缩空气流入所述烟气抽吸装置形成负压力。

2.如权利要求1所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述烟气混合罐包括罐体与套管，所述套管与所述罐体的侧面开有的通孔密封连接，所述套管内部与所述罐体内部连通，所述氧化锆氧量计通过所述烟气混合罐的所述套管伸入所述烟气混合罐的所述罐体中部。

3.如权利要求2所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述氧气测量装置与所述套管之间采用法兰进行安装，所述法兰包括第一法兰与第二法兰，所述第一法兰与所述氧气测量装置连接，所述第二法兰与所述套管连接，所述第一法兰与所述第二法兰之间设置防漏密封圈。

4.如权利要求3所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述套管接近所述罐体一端与所述氧气测量装置之间设置防尘密封圈，防止飞灰在套管内部沉积。

5.如权利要求1所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述烟气抽吸装置包括进气管道、抽气器、排气管道，所述进气管道与所述抽气器连接，所述进气管道上设置进气阀，所述抽气器与所述排气管道连接，所述排气管道上设置排气阀，压缩空气通过所述进气管道与所述进气阀进入所述抽气器，通过排气管道与所述排气阀排出。

6.如权利要求5所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述进气阀与所述排气阀分别与控制器连接，所述控制器控制所述进气阀与所述排气阀的开闭。

7.如权利要求5所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述进气管道上设置电加热器，所述电加热器设置于所述进气阀与所述抽气器之间，所述电加热器用于对进入所述进气管道的压缩空气进行加热，防止烟气中的水蒸气在抽气器中凝结导致阻塞所述抽气器。

8.如权利要求7所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述电加热器与所述控制器连接，由控制器控制所述电加热器的加热压缩空气的温度。

9.如权利要求8所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统，其特征是：所述控制器控制所述电加热器将压缩空气的温度维持于50℃。

10.如权利要求1-9任一所述的一种适用于氧化锆氧量计氧量测量的烟气抽吸系统的方法，其特征是：由所述控制器控制所述进气阀与所述排气阀打开，同时所述控制器控制所述电加热器运行，压缩空气通过打开的进气阀、进气管道以及电加热器后流经所述抽气器，在抽气器内产生负压力，主烟道截面各个位置的烟气在所述负压力的作用下通过多个所述烟气分管进入所述烟气混合罐，在所述烟气混合罐内将主烟道截面各个位置的烟气充分混合，所述氧化锆氧量计通过所述烟气混合罐的套管伸入所述烟气混合罐中部采集充分混合后的待测烟气，并且检测待测烟气中的含氧量，大量压缩空气与量测后的烟气通过所述排气管道直接排出，防止混合大量压缩空气的烟气再次进入主烟道影响后续烟气含氧量的测量。