CN107655726B - 一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统和方法，该系统包括：取样管路、切换装置、样气取样装置、样气分析装置和控制装置，其中，每一路取样管路对应一个网格取样区；切换装置接收所述控制装置的控制指令选取对应的取样管路；样气取样装置对选取的取样管路进行样气提取，并将提取到的样气输送至样气分析装置；样气分析装置对提取到的样气进行分析得到样气分析数据，并将所述样气分析数据发送至控制装置；控制装置对样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据。通过本发明实现了提高NOx浓度测量精准度的目的。

Description

一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统及方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，特别是涉及一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统及方法。
背景技术
最近几年，伴随环境污染的日益严重，国家出台了一系列政策和措施，鼓励火电厂实施超低排放改造，改造后燃煤烟电厂烟气NOx排放浓度要求控制在50mg/Nm3以下。在北京地区标准，要求NOx排放浓度要求控制在30mg/Nm3以下，目前随着对环境的治理和保护会进一步提高排放标准，其它省份也有在论证提高排放标准的工作。由于目前NOx浓度较低、分布不均匀、出口排放低，因此要稳定实现高效稳定脱硝，需要根据各区域NOx浓度随时间和空间变化进行动态调整喷氨，实现喷氨精细化控制。
SCR(选择性催化还原技术)脱硝装置在设计阶段虽然都进行了数模和物模试验，流场优化设计，以保证SCR入口截面烟气流速和NOx浓度分布的均匀性。但往往受现场空间限制和安装因素影响，实际运行中SCR入口截面NOx浓度分布偏差较大，经常达到15％，且不能根据负荷调整流场和NOx浓度场。燃气轮机组NOx浓度分布随负荷和时间的偏差更大。而喷氨随NOx浓度场和速度场进行动态调整，实现氨/氮摩尔比分布均匀，是SCR系统运行达到最佳的关键。
SCR喷氨控制系统首先要对SCR系统入口NOx浓度进行测量。在最初的测量系统中设置了一个取样探头，由于测量偏差大，后改为三个取样探头，三股样气混合后进入分析仪进行分析。虽然测量偏差变小了，但是SCR系统入口 NOx浓度测量数据仍不具有代表性，混合浓度数据仍难以满足现有脱硝系统高效稳定运行的需要。产生这种现象的主要原因是取样点前后直管段不能满足上游2倍，下游0.5倍烟道直径的要求，取样点气流不稳定；其次，取样探杆伸入烟道长度一般在1米多，而烟道内流场和NOx浓度场分布不匀，即使三个取样点也不能代表整个烟道截面的实际浓度，喷氨控制系统据此混合浓度测量数据调节喷氨量，会造成部分区域氨/氮摩尔比过大，氨不能全部参与反应，反应器出口氨逃逸超出限值；部分区域氨/氮摩尔比过小，氨量欠缺，NOx不能全部参与反应，排放浓度超标；此外，速度场也会对氨/氮摩尔比造成一定影响。因此，只有对NOx浓度进行准确的测量才能满足SCR装置脱硝效率，实现烟气NOx的超低排放。
发明内容
针对于上述问题，本发明提供一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统及方法，实现了提高NOx浓度测量精准度的目的。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统，该系统包括：取样管路、切换装置、样气取样装置、样气分析装置和控制装置，其中，
每一路取样管路对应一个网格取样区，所述网格取样区为将烟道截面进行网格划分后得到的烟道截面取样区；
所述切换装置，用于接收所述控制装置的控制指令选取对应的取样管路；
所述样气取样装置，用于对选取的取样管路进行样气提取，并将提取到的样气输送至所述样气分析装置；
所述样气分析装置，用于对提取到的样气进行分析得到样气分析数据，并将所述样气分析数据发送至所述控制装置；
所述控制装置，用于对所述样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据。
优选的，该系统还包括：
取样动力装置，用于为样气提取提供抽取动力。
优选的，该系统还包括：
混合装置，用于连接所述各路取样管路的输入与输出；
料位计，用于测量所述混合装置中的粉尘料位；
排放阀，用于当所述料位计测量出的粉尘料位超过预设值时，排出对应的粉尘。
优选的，所述样气分析装置包括：
预处理模块，用于对提取到的样气进行除尘干燥处理，得到处理后的样气；
分析模块，用于对所述处理后的样气进行NOx浓度分析，得到样气分析数据；
数据输出模块，用于将所述样气分析数据发送至所述控制装置。
优选的，所述料位计与所述控制装置相连，所述控制装置与所述排放阀进行连接；
所述控制装置，用于根据所述料位计中测量得到的粉尘料位，判断所述粉尘料位是否达到预设高位值，如果是，则将打开指令发送至所述排放阀。
根据本发明的第二方面，提供了一种基于网格法烟道NOx浓度测量方法，该方法包括：
对烟道截面进行网格划分，得到多个网格取样区；
按照取样需求选取对应的网格取样区，并对选定的网格取样区进行样气提取；
将提出到的样气进行分析，得到样气分析数据；
对所述样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据。
优选的，所述将提出到的样气进行分析，得到样气分析数据之前，该方法还包括：
对提取到的样气进行除尘干燥处理，得到处理后的样气。
相较于现有技术，本发明通过将烟道截面进行网格划分后得到多个网格取样区，并且每个网格取样区设置一路取样管路，根据取样需求选取取样管路，通过选定的取样管路进行样气提取，将提取的样气进行分析计算得到NOx浓度场在烟道断面的分布数据。由于每个网格内设置一路取样管路，克服了现有脱硝装置一般采用一个或数个取样点对SCR系统入口浓度进行测量的偏差，使测量数据更加精确、可靠，也更具有代表性。并且得到的NOx浓度场在烟道断面的分布数据为SCR装置进行差异喷氨调节提供准确数据来源，为最终实现SCR脱硝入口不同区域氨/氮摩尔比精确控制，使脱硝装置高效运行，降低脱硝反应器出口氨逃逸率和NOx浓度，减少氨消耗量，降低运行成本提供保障，具有良好的经济效益和环境效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统的布局示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种基于网格法烟道NOx浓度测量方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
实施例一
参见图1为本发明实施例一提供的一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统，其特征在于，该系统包括：取样管路1、切换装置2、样气取样装置3、样气分析装置4和控制装置5，其中，
每一路取样管路1对应一个网格取样区，所述网格取样区为将烟道截面进行网格划分后得到的烟道截面取样区；
所述切换装置2，用于接收所述控制装置的控制指令选取对应的取样管路 1；
所述样气取样装置3，用于对选取的取样管路进行样气提取，并将提取到的样气输送至所述样气分析装置4；
所述样气分析装置4，用于对提取到的样气进行分析得到样气分析数据，并将所述样气分析数据发送至所述控制装置5；
所述控制装置5，用于对所述样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据。
可以理解的是，根据烟道截面按大小划分网格，每个网格内设置一路取样管路，进而通过各路取样管路进而可以获得整个烟道断面NOx浓度的分布数据。例如：如烟道截面尺寸是宽6米，长8米，按宽2米，长2米大小，可划分12个网格取样区。
所述切换装置2可以根据需要或者根据控制装置5的控制指令，任意切换需要分析的取样点，即可以任意选择对应的取样管路1；
样气取样装置3和样气分析装置4之间通过样气传输管路进行连接，完成对各路取样管路的样气提取、传输和分析功能。具体点的样气取样装置3 具有过滤粉尘和加热样气的功能，样气传输管路具有高温伴热功能，减少样气传输过程NOx浓度损失；样气分析装置4具体可以包括：
预处理模块，用于对提取到的样气进行除尘干燥处理，得到处理后的样气；
分析模块，用于对所述处理后的样气进行NOx浓度分析，得到样气分析数据；
数据输出模块，用于将所述样气分析数据发送至所述控制装置。
进而样气分析装置4可以完成对样气的除尘干燥处理，NOx浓度分析、数据输出。
并且在样气提取过程中，为了保证取样过程的最优控制，在本发明实施例中对每个取样管路进行取样的时间不超过2分钟，参考到各路样气切换时，为了保证样气的充分置换，一路取样管路所用时间一般不超过3分钟。
所述控制装置5优选为DCS(Distributed ControlSystem，分布式控制系统)，对测量系统进行逻辑控制，接受每个NOx浓度分析数据，并进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据。并且分布数据为NOx和氧浓度分布数据。
并且为了保证烟道NOx浓度测量系统功能的完整实现，该系统还包括：
取样动力装置，用于为样气提取提供抽取动力。
混合装置，用于连接所述各路取样管路的输入与输出；
料位计，用于测量所述混合装置中的粉尘料位；
排放阀，用于当所述料位计测量出的粉尘料位超过预设值时，排出对应的粉尘。
所述料位计与所述控制装置相连，所述控制装置与所述排放阀进行连接；
所述控制装置，用于根据所述料位计中测量得到的粉尘料位，判断所述粉尘料位是否达到预设高位值，如果是，则将打开指令发送至所述排放阀。
可以理解的是，在样气提取过程中是通过取样风机进行样气提取的，取样动力装置为所述取样风机提供了抽取动力，将抽取的样气引回至烟道，并且取样风机要与取样管路的管径配套设计，不同管径阻力系数不同，取样管径的选择既要满足取样所需气体的要求，也要和取样风机的风量及压头设计相匹配，取样风机的风量设计应满足取样管路流速的设计要求，取样风机的压头设计应能克服取样管路的阻力。比如允许取样时间50s，则流速的设计应根据取样管路的长度确定，保证不超过50s实现取样管路气体置换的要求。
由于样气中含有粉尘，会在混合装置中不断沉积，到一定高度后会堵塞取样管路的管口，影响正常取样。料位计测量混合装置内粉尘料位，当控制装置接收到料位信号达到预设高位值时，发出指令发开排放阀，排尽粉尘后关闭排放阀。
参见图2为本发明实施例一提供的一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统的布局示意图，该系统包括:
取样管路1、切换装置2、取样动力装置3、混合装置4、料位计5、排放阀6、样气取样装置7、样气传输管路8、样气分析装置9和控制装置10。
根据SCR入口烟道截面的具体规格，按大小划分网格，网格的数量可以保证获得整个烟道断面NOx浓度分布数据，使测量数据具有代表性。每个网格内设置一路取样管路1，沿烟道内支撑梁安装引出至烟道外部，汇至混合装置4，切换装置2找那个设置有自动阀门，在控制装置10控制作用下，启动取样动力装置3，按一定顺序打开取样管路，抽取样气至混合装置4，抽取动力装置3为取样风机提供动力，抽取的样气引回至烟道。
料位计5选用射频导纳料位开关，测量混合装置4内粉尘料位，排放阀6 排出混合装置4内粉尘，保证粉尘堆积高度低于混合装置4上各路取样管路管口高度，使粉尘不堵塞取样管，并且时粉尘能够不飞扬。
样气取样装置7、样气传输管路8和样气成份分析装置9，完成对各取样管样气的采样、传输和分析；部分数据采集、自动控制及逻辑运算功能均是通过控制装置10完成的，可以包括对应的硬件和软件实现上述功能。
通过本发明实施例一公开的技术方案，通过将烟道截面进行网格划分后得到多个网格取样区，并且每个网格取样区设置一路取样管路，由于每个网格内设置一路取样管路，克服了现有脱硝装置一般采用一个或数个取样点对 SCR系统入口浓度进行测量的偏差，使测量数据更加精确、可靠，也更具有代表性。并且通过取样管路分析计算得到的NOx浓度场在烟道断面的分布数据，为SCR装置进行差异喷氨调节提供准确数据来源，为最终实现SCR脱硝入口不同区域氨/氮摩尔比精确控制，使脱硝装置高效运行，降低脱硝反应器出口氨逃逸率和NOx浓度，减少氨消耗量，降低运行成本提供保障，具有良好的经济效益和环境效益。
实施例二
与本发明实施例一所公开的基于网格法烟道NOx浓度测量系统相对应，本发明的实施例二还提供了一种基于网格法烟道NOx浓度测量方法，参见图 3，该方法包括：
S11、对烟道截面进行网格划分，得到多个网格取样区；
S12、按照取样需求选取对应的网格取样区，并对选定的网格取样区进行样气提取；
S13、将提出到的样气进行分析，得到样气分析数据；
S14、对所述样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据。
相应的，所述将提出到的样气进行分析，得到样气分析数据之前，该方法还包括：
对提取到的样气进行除尘干燥处理，得到处理后的样气。
在本发明的实施例二中，通过对烟道截面进行网格划分，得到多个网格取样区；按照取样需求选取对应的网格取样区，并对选定的网格取样区进行样气提取；将提出到的样气进行分析，得到样气分析数据；对所述样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据。由于划分得到了多个取样区，克服了现有脱硝装置一般采用一个或数个取样点对SCR系统入口浓度进行测量的偏差，使测量数据更加精确、可靠，也更具有代表性。并且得到的NOx浓度场在烟道断面的分布数据为SCR装置进行差异喷氨调节提供准确数据来源，为最终实现SCR脱硝入口不同区域氨/氮摩尔比精确控制，使脱硝装置高效运行，降低脱硝反应器出口氨逃逸率和NOx浓度，减少氨消耗量，降低运行成本提供保障，具有良好的经济效益和环境效益。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种基于网格法烟道NOx浓度测量系统，其特征在于，该系统包括：取样管路、切换装置、样气取样装置、样气分析装置、控制装置和混合装置、料位计、排放阀，其中，
每一路取样管路对应一个网格取样区，所述网格取样区为将烟道截面进行网格划分后得到的烟道截面取样区；
所述切换装置，用于接收所述控制装置的控制指令选取对应的取样管路；
所述样气取样装置，用于对选取的取样管路进行样气提取，并将提取到的样气输送至所述样气分析装置；
所述样气分析装置，用于对提取到的样气进行分析得到样气分析数据，并将所述样气分析数据发送至所述控制装置；
所述控制装置，用于对所述样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据；
所述混合装置，用于连接所述各路取样管路的输入与输出；
所述料位计，用于测量所述混合装置中的粉尘料位；
所述排放阀，用于当所述料位计测量出的粉尘料位超过预设值时，排出对应的粉尘；
所述料位计与所述控制装置相连，所述控制装置与所述排放阀进行连接；所述控制装置还用于根据料位计中测量得到的粉尘料位，判断所述粉尘料位是否达到预设高位值，如果是，则将打开指令发送至所述排放阀。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括：
取样动力装置，用于为样气提取提供抽取动力。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述样气分析装置包括：
预处理模块，用于对提取到的样气进行除尘干燥处理，得到处理后的样气；
分析模块，用于对所述处理后的样气进行NOx浓度分析，得到样气分析数据；
数据输出模块，用于将所述样气分析数据发送至所述控制装置。
4.一种基于网格法烟道NOx浓度测量方法，其特征在于，该方法包括：
对烟道截面进行网格划分，得到多个网格取样区；
按照取样需求选取对应的网格取样区，并对选定的网格取样区进行样气提取；
将提出到的样气进行分析，得到样气分析数据；
对所述样气分析数据进行计算，获得NOx浓度场在烟道断面的分布数据；
根据样气分析数据获取粉尘物料，判断所述粉尘料位是否达到预设高位值，如果是，则生成控制指令，所述控制指令用于控制粉尘排放。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将提出到的样气进行分析，得到样气分析数据之前，该方法还包括：
对提取到的样气进行除尘干燥处理，得到处理后的样气。
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