CN106596867A - 一种scr出口烟道横截面氮氧化物和氧浓度在线监测方法及系统 - Google Patents
一种scr出口烟道横截面氮氧化物和氧浓度在线监测方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种SCR出口烟道横截面氮氧化物和氧浓度在线监测方法及系统，该监测方法通过在测量截面上按网格布置若干烟气取样测点，将烟气取样测点分为A、B两路，进行监测分析时，A路进行其中一个烟气取样测点的烟气取样监测分析，B路进行其中一个烟气取样测点的烟气抽取排放，A路监测分析结束后，对B路进行烟气抽取排放的烟气取样测点的烟气进行取样监测分析，同时A路进行另一个尚未监测的烟气取样测点的烟气抽取排放，这样对两路的各个烟气取样测点交替轮换进行烟气取样监测和烟气抽取排放。本发明监测系统结构简化、成本低，能有效实现SCR出口烟气中NOx和O2浓度场分布的在线测量。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域的火电厂烟气脱硝技术，具体涉及一种适用于SCR出口烟道横截面NOx和O2浓度场的在线监测方法及系统。
背景技术
选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）脱硝技术因其效率高、选择性好等优点被广泛地应用于国内燃煤电厂。据中电联数据，截至“十二五”末期，我国SCR脱硝机组总装机容量已达到7.5亿千瓦，占火电总装机容量的87%。SCR脱硝技术是在特定的温度区段（320~420℃）在催化剂的作用下利用氨气将烟气中的NO还原为无毒无污染的N2和水蒸汽，达到脱除NOx的目的。
喷氨系统（AIG）是SCR脱硝系统的核心部件，其作用是将喷入烟道的氨气-空气混合气与烟气均匀混合。目前，常见的喷氨系统有涡流式静态混合喷射系统和格栅式喷射系统，共同点就是在脱硝反应器前烟道横截面上布置若干根安装喷嘴的喷氨管，将氨气-空气混合物喷射到烟道截面不同位置处。不同点为喷氨管数量及喷入烟气中的氨气-空气混合物与烟气的混合方式。理论上，烟道截面各点的喷氨量应是喷口覆盖区域烟气流量、NOx浓度的函数关系。由于烟道截面尺寸大，各点的烟气流量、NOx浓度不均，因此，各喷氨管的喷氨量应不同。在实际运行中由于缺乏对这些关键参数的监测，致使各点喷氨量的分配比较盲目，极易出现局部区域氨过喷的现象，进而导致脱硝效率偏低、出口局部区域氨逃逸过高等问题。而对SCR出口烟道横截面上的NOx和O2浓度场分布进行在线监测系统可以指导喷氨分布的调整，对解决脱硝系统局部区域氨逃逸过量、脱硝系统脱硝效率低等问题有重要意义。
另外，在进行SCR脱硝系统喷氨优化调整试验或性能试验时，需要获得SCR反应器出口烟道横截面上NOx和O2浓度场的分布情况。目前，通用的试验方法是：在测量截面上按网格布置几十个烟气取样测点，每个测点处安装一根烟气取样管。利用烟气取样泵将测点处的烟气通过数米长的烟气取样管抽至烟气分析仪，如此进行逐点测量直至全部测点测量完毕；而且在切换测点进行测量时，都要进行取样管与烟气分析仪的连接、断开操作，如此下来，完成测量一个测点的时间往往花费数分钟的时间，完成一个截面全部测点的测量往往需要数个小时，当试验工况多时累计消耗的时间甚至更长，使得测试工作效率非常低，严重影响性能试验及调整试验工作的进度。除此之外，SCR反应器出口烟道的测量环境为高温、高尘，烟尘进入烟气取样管内容易沉积、结块，测试时间较长时会造成取样管堵塞，影响测试工作的顺利进行及测试结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效提高测试工作效率，缩短测试时间的SCR出口烟道横截面NOx和O2浓度场的在线监测方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种SCR出口烟道横截面氮氧化物和氧浓度在线监测方法，该监测方法通过在测量截面上按网格布置若干烟气取样测点，将烟气取样测点分为A、B两路，进行监测分析时，A路进行其中一个烟气取样测点的烟气取样监测分析，B路进行其中一个烟气取样测点的烟气抽取排放，A路监测分析结束后，对B路进行烟气抽取排放的烟气取样测点的烟气进行取样监测分析，同时A路进行另一个尚未监测的烟气取样测点的烟气抽取排放，这样对两路的各个烟气取样测点交替轮换进行烟气取样监测和烟气抽取排放。
其中，对各烟气取样测点进行烟气抽取时，SCR反应器出口烟道测量截面的烟气取样测点均与除尘器入口烟道相连通，从连通处前端进行烟气抽取。
A、B两路烟气取样测点均分为多组，两路中的各组对应，每组均包括多个烟气取样测点；SCR反应器出口烟道测量截面的烟气取样测点与除尘器入口烟道之间设有多个烟气取样母管，各母管分别与一组烟气取样测点对应；进行监测分析时，每组均有一个烟气取样测点处的烟气抽取至烟气取样母管中，每组多个取样测点依次进行烟气抽取，同时将其中一路的其中一组中的其中一个烟气取样测点对应的烟气取样母管中的烟气抽取至烟气分析仪内进行监测分析，另一路的对应一组中对应的烟气取样取样测点对应的烟气取样母管中的烟气抽取至近烟气分析仪处进行排放，两路的各烟气取样测点交替进行两两对应的取样监测和抽取排放。
对各烟气取样测点的烟气抽取，先冷凝后，通过取样泵进入烟气分析仪。
对烟气取样测点进行烟气抽取排放时，通过设置在烟气分析仪前端的排空管直接排入大气中。
本发明还提供了采用上述监测方法的在线监测系统，包括烟气凝汽器、取样泵、净烟气管、烟气分析仪和烟气取样支管；所述烟气取样支管数量与烟气取样测点数量相对应；各烟气取样支管的一端设在对应的烟气取样测点处，另一端与除尘器入口烟道相连通；所述净烟气管、烟气凝汽器和取样泵均为两个；所述烟气取样支管分为两路，每路烟气取样支管的数量相当，各路烟气取样支管均依次通过对应支路的烟气凝汽器和取样泵与对应的净烟气管相连通；所述烟气分析仪分别与两个净烟气管相连；各烟气取样支管与烟气凝汽器连接处前端分别设有取样支管控制阀门；各净烟气管上均设有排空管；所述排空管上设有对应的排空管控制阀门；所述净烟气管上设有烟气分析入口阀门；所述烟气分析入口阀门位于排空管和烟气分析仪之间。
本发明监测系统还包括多个烟气取样母管；每路烟气取样支管分为多组；所述烟气取样母管分为两路，每路烟气取样母管的数量与对应一路烟气取样支管的组数相同，每路烟气取样母管分别对应一路净烟气管；各组烟气取样支管通过对应的烟气取样母管与所述除尘器入口烟道相连；所述烟气取样母管上设有开口，通过开口依次经所述烟气凝汽器和取样泵与对应的净烟气管相连通；所述取样支管控制阀门设于各烟气取样支管上；各烟气取样母管与对应烟气凝汽器连接处的前端分别设有二级取样阀门。
上述监测系统还包括过滤器；所述过滤器设于所述烟气取样母管的开口处。
其中，过滤器包括套筒、滤芯、取样接头和空气压缩反吹接头；本发明监测系统还包括压缩空气管；套筒通过所述烟气取样母管的开口插入所述烟气取样母管，且与烟气取样母管呈45度夹角；所述滤芯设于所述套筒前端；所述取样接头设于所述套筒后端，通过所述取样接头与对应的烟气凝汽器相连；所述空气压缩反吹接头设于所述套筒的侧面，通过所述空气压缩反吹接头与压缩空气管相连；所述二级取样阀门设于所述取样接头处；所述压缩空气管上设有压缩空气管电磁阀。
本发明监测系统还包括两路压缩空气母管，两路压缩空气母管均与各烟气取样支管相连，其中一路压缩空气母管位于各取样支管控制阀门的前端，另一路压缩空气母管位于各取样支管控制阀门和对应的烟气取样母管之间；各压缩空气母管与各烟气取样支管的连接处均设有压缩空气管电磁阀。
烟气取样母管的直径大于100mm。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明通过多管路切换取样，采用多测点同步取样的方式，在不增加分析仪（否则会过高的增加成本）的前提下，有效地缩短了监测时间，提高了监测效率，同时，提高了测量结果的可对比性，实现“场”分布在线监测的意义。同时利用SCR反应出口烟道与除尘器入口烟道之间的压力差，对烟气的抽取无需大流量取样泵，能够实现各测点不间断同步取样，提高了长时间运行的稳定性。同时在烟气进入分析仪前经过过滤、冷凝，有效的防止了对管路的堵塞，且通过压缩空气的定期反吹，能对管路进行有效清理，进一步提高了系统运行的稳定性。本发明监测系统结构简化、成本低，能有效实现SCR出口烟气中NOx和O2浓度场分布的在线测量，解决了单点测量不具有代表性的问题，同时测量结果为脱硝系统喷氨控制调整提供了重要的参考依据。
附图说明
图1为本发明监测系统的安装位置示意图；
图2为本发明检测系统的结构示意图；
图3为本发明检测系统中过滤器的结构示意图。
图中，1-锅炉省煤器出口烟道，2-SCR脱硝系统，3-空气预热器，4-除尘器，5-SCR反应器出口烟道，1-1、1-2、1-3、1-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3、4-1、4-2、4-3、5-1、5-2、5-3、6-1、6-2、6-3、7-1、7-2、7-3、8-1、8-2、8-3-烟气取样测点，6-除尘器入口烟道，7-烟气取样支管，8-烟气取样母管，9-1、9-2-净烟气管，10-1-套筒，10-2-滤芯，10-3-空气压缩反吹接头，10-4-取样接头，11-1、11-2-取样泵，13-烟气分析仪，14-排空管，16-压缩空气管电磁阀，17-取样支管控制阀门，18-二级取样控制阀门，19-排空管控制阀门，20-烟气分析仪入口阀门，21-1、21-2-冷凝器，22、23-压缩空气母管，24-压缩空气管，25-监测系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1、图2所示，本发明SCR道横截面氮氧化物和氧浓度场在线监测系统25主要由烟气取样系统、压缩空气管路、控制系统及烟气分析系统组成。烟气取样系统是由烟气取样支管7、烟气取样母管8、净烟气管9、过滤器10、冷凝器21-1、21-2、取样泵11-1、11-2、排空管14组成。依据SCR出口烟道横截面尺寸按照网格法布置原则布置各烟气取样测点（此处设置为8*3：1-1、1-2、1-3、1-1、2-2、2-3、3-1、3-2、3-3、4-1、4-2、4-3、5-1、5-2、5-3、6-1、6-2、6-3、7-1、7-2、7-3、8-1、8-2、8-3）。烟气取样支管7通过SCR反应器出口烟道5外壁上设置的测孔，伸入SCR反应器出口烟道5内，分别设置在各烟气取样测点处。沿取样烟气的流动方向，每个测孔处伸入3个烟气取样测点的3支烟气取样支管7汇集于同一烟气取样母管8。烟气取样母管8一端与汇集的3支烟气取样支管7连接，另一端与除尘器入口烟道6连接。每个烟气取样母管8管壁上开设取样孔，安装过滤器10。过滤器10与烟气取样母管8夹角45°，过滤器的外端与净烟气管9连接，侧面与压缩空气管24连接。净烟气管9依次将各烟气取样母管8上的过滤器10与冷凝器21-1（或21-2）、取样泵11-1（或11-2）、烟气分析仪13连接。排空管14一端与净烟气管9连接，一端排空。控制系统是由安装在烟气取样支管7上的取样支管控制阀门17、安装在过滤器与净烟气管9连接处的二级取样控制阀门18、安装在排空管14上的排空管控制阀门19、烟气分析仪13的烟气入口控制阀门20-1（或20-2）、压缩空气管电磁阀16组成。压缩空气管路分两支母管，#1压缩空气母管22可进行烟气取样支管7的反吹除灰，#2压缩空气母管23用于取样支管7到烟气取样母管8之间的除灰。烟气分析系统主要由烟气分析仪13构成。
为了防止净烟气管9堵塞，在净烟气管9与烟气取样母管8连接处安装了过滤器。如图3所示，过滤器由套筒10-1、滤芯10-2、压缩空气反吹接口10-3和取样接头10-4组成。滤芯10-2安装在套筒10-1前端，取样接头10-4安装在套筒10-1后端，空气反吹接头10-3安装在套筒10-1侧面。套筒10-1插入烟气取样母管8内，与烟气取样母管8成45度夹角。测量过程中，烟气经过滤芯10-2将粉尘过滤，过滤后的烟气经套筒10-1进入与取样接头10-4，然后通过二级取样控制阀门18，连接净烟气管9。空气反吹接头10-3通过压缩空气管电磁阀16连接压缩空气管24，对于滤芯上的粉尘采用压缩空气进行定期反吹。
为了防止插入烟道中的烟气取样支管7堵塞，在烟气取样支管7引入了压缩空气母管22、23，两个引入点分别位于烟气取样支管7的取样支管控制阀门17的上游和下游。吹扫时，关闭取样支管控制阀门17，实现对烟气取样支管7和烟气取样母管8全程高效吹灰。
为了防止烟气中水蒸气冷凝导致取样管堵塞，在取样泵11之前安装了烟气冷凝器21-1、21-2，将烟气中的水蒸气冷却下来，确保冷凝器21-1、21-2后的管道内烟气不存在水蒸气，不发生水蒸气凝结现象。在冷凝器21-1、21-2至SCR出口烟道之间取样管（包括：烟气取样支管、烟气取样母管、过滤器）全部采取伴热保温，烟气取样支管7上的取样支管控制阀门17全部为耐高温电磁阀。
为缩短测量时间，将测点分成若干组，每组测点选用一台取样泵11-1（或11-2）取样，两台取样泵同时将烟气抽取至烟气分析仪13处，通过烟气入口控制阀门20切换各路气体测量。测量过程中，未通入烟气分析仪的烟气通过排空管直接排入大气。
具体工作过程如下：
S1：开启所有测孔n-1号对应烟气取样支管上编号为n-1的取样支管控制阀门17（编号为n-1），关闭所有测孔（编号为n-2、n-3）其他所有烟气取样管上的取样支管控制阀门（编号为n-2、n-3），关闭压缩空气管道上所有阀门。
S2：开启与1号取样母管连接的编号为M1的二级取样控制阀门18，开启与5号取样母管连接的编号为M5的二级取样控制阀门18，关闭其他所有与取样母管相连接的二级取样控制阀门M2~M4、M6~M8；
S3：关闭#1排空管控制阀门（19-1）；开启#2排空管控制阀门（19-2）；
S4：开启#1烟气分析入口阀门（20-1）；关闭#2烟气分析入口阀门（20-2）；
S5：开启#1取样泵（11-1）和#2取样泵（11-2）；
S6：待烟气分析仪示数稳定后；
S7：测试30S后，记录第30S数据，此数据为1-1号测点数据；
S8：开启#1排空管控制阀门（19-1），开启#2烟气分析仪入口阀门（20-2），关闭#1烟气分析仪烟气入口阀门（20-1），关闭#2排空管控制阀门（19-2）；关闭1-1阀门，开启1-2阀门；关闭M1二级取样控制阀门，开启M2二级取样控制阀门；
S10：重复步骤S7，测得5-1号测点数据；
S11：开启#2排空管控制阀门（19-2），开启#1烟气分析入口阀门（20-1），关闭#2烟气分析仪入口阀门（20-2），关闭#1排空阀门（19-1）；关闭5-1阀门，开启5-2阀门；关闭M5二级取样控制阀门，开启M6二级取样控制阀门；
S12：重复步骤S7，得到2-1号测点数据；
S13：开启#1排空阀门（19-1），开启#2烟气分析仪入口阀门（20-2），关闭#1烟气分析仪入口阀门（20-1），关闭#2排空阀门（19-2）；关闭2-1阀门，开启2-2阀门；关闭M2二级取样控制阀门，开启M3二级取样控制阀门；
S14：重复步骤S7，得到6-1号测点数据；
S15：开启#2排空阀门（19-2），开启#1烟气分析仪入口阀门（20-1），关闭#2烟气分析仪入口阀门（20-2），关闭#1排空阀门（19-1）；关闭6-1阀门，开启6-2阀门；关闭M6二级取样控制阀门，开启M7二级取样控制阀门；
S16：重复步骤S7，得到3-1号测点数据；
S17：开启#1排空阀门（19-1），开启#2烟气分析仪入口阀门（20-2），关闭#1烟气分析仪入口阀门（20-1），关闭#2排空阀门（19-2）；关闭3-1阀门，开启3-2阀门；关闭M3二级取样控制阀门，开启M4二级取样控制阀门；
S18：重复步骤S7，得到7-1号测点数据；
S19：开启#2排空阀门（19-2），开启#1烟气分析仪入口阀门（20-1），关闭#2烟气分析仪入口阀门（20-2），关闭#1排空阀门（19-1）；关闭7-1阀门，开启7-2阀门；关闭M7二级取样控制阀门，开启M8二级取样控制阀门；
S20：重复步骤S7，得到4-1号测点数据；
S21：开启#1排空阀门（19-1），开启#2烟气分析仪入口阀门（20-2），关闭#1烟气分析仪入口阀门（20-1），关闭#2排空阀门（19-2）；关闭4-1阀门，开启4-2阀门；关闭M4二级取样控制阀门，开启M1二级取样控制阀门；
S22：重复步骤S7，得到8-1号测点数据；
测量过程中，对于未处于测量状态的取样管可开启压缩空气管上的阀门进行反吹。如此过程，完成了8个测孔中所有1号位置测点（n-1）的测量，共用时240s，计4min。
此时，所有测孔n-2号对应烟气取样支管上编号为n-2的取样支管控制阀门17（编号为n-2）均已开启，所有测孔（编号为n-1、n-3）其他所有烟气取样管上的取样支管控制阀门（编号为n-1、n-3）均关闭，进行循环测试，可测得各测孔n-2位置测点的NOx和O2浓度值。依次方法可测得各测孔n-3位置测点的NOx和O2浓度值。整个截面测完仅需要12min。
Claims (10)
1.一种SCR出口烟道横截面氮氧化物和氧浓度在线监测方法，其特征在于：所述监测方法通过在测量截面上按网格布置若干烟气取样测点，将烟气取样测点分为A、B两路，进行监测分析时，A路进行其中一个烟气取样测点的烟气取样监测分析，B路进行其中一个烟气取样测点的烟气抽取排放，A路监测分析结束后，对B路进行烟气抽取排放的烟气取样测点的烟气进行取样监测分析，同时A路进行另一个尚未监测的烟气取样测点的烟气抽取排放，这样对两路的各个烟气取样测点交替轮换进行烟气取样监测和烟气抽取排放。
2.根据权利要求1所述的在线监测方法，其特征在于：对各烟气取样测点进行烟气抽取时，SCR反应器出口烟道测量截面的烟气取样测点均与除尘器入口烟道相连通，从连通处前端进行烟气抽取。
3.根据权利要求2所述的在线监测方法，其特征在于： A、B两路烟气取样测点均分为多组，两路中的各组对应，每组均包括多个烟气取样测点；所述SCR反应器出口烟道测量截面的烟气取样测点与除尘器入口烟道之间设有多个烟气取样母管，各母管分别与一组烟气取样测点对应；进行监测分析时，每组均有一个烟气取样测点处的烟气抽取至烟气取样母管中，每组多个取样测点依次进行烟气抽取，同时将其中一路的其中一组中的其中一个烟气取样测点对应的烟气取样母管中的烟气抽取至烟气分析仪内进行监测分析，另一路的对应一组中对应的烟气取样取样测点对应的烟气取样母管中的烟气抽取至近烟气分析仪处进行排放，两路的各烟气取样测点交替进行两两对应的取样监测和抽取排放。
4.根据权利要求2所述的在线监测方法，其特征在于：对各烟气取样测点的烟气抽取，先冷凝后，通过取样泵进入烟气分析仪。
5.根据权利要求1所述的在线监测方法，其特征在于：对烟气取样测点进行烟气抽取排放时，通过设置在烟气分析仪前端的排空管直接排入大气中。
6.采用权利要求1至5任一所述在线监测方法的监测系统，其特征在于：所述监测系统包括烟气凝汽器、取样泵、净烟气管、烟气分析仪和烟气取样支管；所述烟气取样支管数量与烟气取样测点数量相对应，一端设在对应的烟气取样测点处，另一端与除尘器入口烟道相连通；所述净烟气管、烟气凝汽器和取样泵均为两个；所述烟气取样支管分为两路，每路烟气取样支管的数量相当，各路烟气取样支管均依次通过对应的烟气凝汽器和取样泵与对应的净烟气管相连通；所述烟气分析仪分别与两个净烟气管相连；各烟气取样支管与烟气凝汽器连接处前端分别设有取样支管控制阀门；各净烟气管上设有排空管；所述排空管上设有对应的排空管控制阀门；所述净烟气管上设有烟气分析入口阀门；所述烟气分析入口阀门位于排空管和烟气分析仪之间。
7.根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括多个烟气取样母管；所述每路烟气取样支管分为多组；所述烟气取样母管分为两路，每路烟气取样母管的数量与对应一路烟气取样支管的组数相同，每路烟气取样母管分别对应一路净烟气管；各组烟气取样支管通过对应的烟气取样母管与所述除尘器入口烟道相连；所述烟气取样母管上设有开口，通过开口依次经所述烟气凝汽器和取样泵与对应的净烟气管相连通；所述取样支管控制阀门设于各烟气取样支管上；各烟气取样母管与对应烟气凝汽器连接处的前端分别设有二级取样阀门。
8.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括过滤器；所述过滤器设于所述烟气取样母管的开口处。
9.根据权利要求8所述的监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括压缩空气管；所述过滤器包括套筒、滤芯、取样接头和空气压缩反吹接头；所述套筒通过所述烟气取样母管的开口插入所述烟气取样母管，且与烟气取样母管呈45度夹角；所述滤芯设于所述套筒前端；所述取样接头设于所述套筒后端，通过所述取样接头与对应的烟气凝汽器相连；所述空气压缩反吹接头设于所述套筒的侧面，通过所述空气压缩反吹接头与压缩空气管相连；所述二级取样阀门设于所述取样接头处；所述压缩空气管上设有压缩空气管电磁阀。
10.根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括两路压缩空气母管，两路压缩空气母管均与各烟气取样支管相连，其中一路压缩空气母管位于各取样支管控制阀门的前端，另一路压缩空气母管位于各取样支管控制阀门和对应的烟气取样母管之间；各压缩空气母管与各烟气取样支管的连接处均设有压缩空气管电磁阀。
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