CN107966334B - 一种燃煤锅炉烟气取样系统及取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃煤锅炉烟气取样系统，取样接口至少包括两个，并垂直于烟道烟气流动方向间隔分布；取样管路的第一端与取样接口相连，每根取样管路上还设置有三通阀；取样筒上伸出一取样总管，取样总管与各个取样管的第二端均连通，取样筒上伸出的出口管与烟气分析仪连接；粉尘沉降筒与取样总管连通；连接管路的第一端与三通阀相接，第二端与粉尘沉降筒相连；开关阀设置在取样总管上，取样风机组件一端与粉尘沉降筒的出口连通，另一端与烟道内部连通。本发明不仅降低了设备成本，便于设备维护管路，降低了设备成本，而且缩短了取样时间，提高了烟气取样效率。本发明还公开了一种燃煤锅炉烟气取样方法。

Description

一种燃煤锅炉烟气取样系统及取样方法

技术领域

本发明涉及烟气成分分析技术领域，特别涉及一种燃煤锅炉烟气取样系统及取样方法。

背景技术

当前我国环境治理任务艰巨，国家超低排放正在扩围提速，节能减排要求日益严格。

根据国家发改委、能源局、环保部下发的《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》及《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的相关要求，燃煤电厂需实现烟气超低排放。

实际上，随着时间、负荷、燃烧状态变化的变化，烟气流速和流场也会发生明显的变化，常规烟气测量取样装置仅采集单个测量数据，不具备代表性，烟道内部流场复杂，单个位置所测量出的烟气成分容易产生偏差。

目前，国内外尚无针对高温烟气测量来进行精确取样的取样装置或者取样系统，因此开发实用的烟气取样系统成为进行高温烟气成分分析实现并了解实际燃烧情况的关键。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种燃煤锅炉烟气取样系统，以便能够简便的对燃煤锅炉的高温烟气进行精确取样。

本发明的另一目的是提供一种采用上述燃煤锅炉烟气取样系统的烟气取样方法。

为达到上述目的，本发明提供的燃煤锅炉烟气取样系统，包括：

取样接口，所述取样接口至少包括两个，在取样时，所述取样接口垂直于烟道烟气流动方向间隔分布；

取样管路，所述取样管路与所述取样接口一一对应设置，每根所述取样管路的第一端与和自身对应的所述取样接口相连，且每根所述取样管路上设置有带有开关的三通阀；

取样筒，所述取样筒伸出一取样总管，所述取样总管与各个所述取样管路的第二端均连通，且所述取样筒伸出有一出口管，所述出口管用于与烟气分析仪连接；

粉尘沉降筒，所述粉尘沉降筒的沉降腔与所述取样总管连通；

连接管路，所述连接管路与所述三通阀一一对应设置，每一根所述连接管路的第一端均与和自身对应的所述三通阀相接，每一根所述连接管路的第二端均与所述粉尘沉降筒的沉降腔相连；

设置在所述取样总管上，且将所述粉尘沉降筒与所有所述取样管路的第二端隔离的开关阀；

取样风机组件，所述取样风机组件一端与所述粉尘沉降筒的出口连通，另一端与烟道内部连通，在取样时，所述取样风机组件用于为所述连接管路及所述取样管路提供动力。

优选的，所述取样风机组件包括：

串接有取样风机的主管路，所述主管路包括与所述取样风机出风口相连的出风主管，和与所述取样风机进风口相连的进风主管；

一端与所述粉尘沉降筒的出口相连的沉降筒出口管路，所述沉降筒出口管路的另一端分支为第一支管和第二支管，其中，所述第一支管与所述进风主管连通，所述第一支管上设置有第一截止阀，所述第二支管与所述出风主管连通，所述第一支管上设置有第二截止阀；

一端与所述烟道内部连通的烟道入口管路，所述烟道入口管路的另一端分支为第三支管和第四支管，其中所述第三支管与所述进风主管连通，所述第三支管上设置有第三截止阀，所述第四支管与所述出风主管连通，所述第四支管上设置有第四截止阀。

优选的，任意一根所述取样管路上还串接有第一冷却器，且所述第一冷却器位于所述取样接口与所述三通阀之间。

优选的，还包括串接在所述进风主管上的第二冷却器。

优选的，所述三通阀、所述开关阀均为连接至控制系统的电磁阀。

优选的，所述第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀以及所述第四截止阀均为连接至所述控制系统的电磁阀。

优选的，所述粉尘沉降筒内还设置有料位计，在所述粉尘沉降筒内的粉尘高度达到预设值时，驱动装置驱动所述粉尘沉降筒的排放阀打开释放粉尘。

优选的，所述粉尘沉降筒上还设置有手动粉尘排放口。

本发明中所公开的燃煤锅炉烟气取样方法，采用上述燃煤锅炉烟气取样系统，包括步骤：

1)将所述取样接口接在烟道侧壁上的烟气取样口处，且所述取样接口垂直于烟道烟气流动方向间隔分布；

2)使所述第一截止阀和所述第四截止阀保持打开状态，所述第三截止阀和所述第二截止阀保持关闭状态；

3)第一根管路取样，关闭所述开关阀，将其中一根所述取样管路中的所述三通阀开启，该取样管路与所述取样筒连通，其余所述取样管路中的所述三通阀保持关闭，以使其余所述取样管路与所述连接管路连通，经过预定取样时间后，将所述取样筒中的烟气样品通过所述出口管送至烟气分析仪进行烟气成分分析；

4)后续管路取样，关闭第一根所述取样管路中的所述三通阀，打开所述开关阀，打开需要进行取样的所述取样管路中的三通阀，其余所述取样管中的所述三通阀保持关闭，经过预定置换时间后，关闭所述开关阀，然后再经过所述预定取样时间后将所述取样筒中的烟气样品通过所述出口管送至烟气分析仪进行烟气成分分析；

5)重复所述步骤4)，直至所有所述取样管路均完成取样。

优选的，所述预定取样时间不大于0.5min，所述预定置换时间不大于1min。

优选的，还包括管路吹扫操作，所述管路吹扫操作包括步骤：

1)关闭所有所述取样管路中的所述三通阀，使所有所述取样管路均与所述连接管路连通；

2)使所述第二截止阀以及所述第三截止阀保持打开状态，使所述第一截止阀和所述第四截止阀保持关闭状态；

3)使所述取样风机处于开启状态。

由以上技术方案可以看出，本发明中所公开的燃煤锅炉烟气取样系统中，取样接口包括多个，并且在进行取样时，取样接口在垂直于烟道烟气流动方向上间隔分布，每一根取样管路上均设置了三通阀，三通阀打开时，可以借助取样风机组件所提供的负压动力使烟气进入取样管路以及连接管路内，进入到取样管路中的烟气样品将进入到取样筒内，并通过取样筒的出口管输送至烟气分析仪进行烟气成分分析，通过打开不同取样管上的三通阀，可以实现对各个取样接口所对应位置的烟气进行取样并分析，粉尘沉降筒可以使烟气中的粉尘沉降下来，以避免对风机造成损坏。

由此可见，本发明中所公开的燃煤锅炉烟气取样系统，克服了目前仅采用一个烟气样点对烟气成分进行分析的缺点，可以对烟道截面中的烟气分成多层进行取样，从而得到每一层烟气中的成分，然后对测量数据进行分析，可以使得使测量数据更加可靠，并且更具代表性；而且上述燃煤锅炉烟气取样系统无需设置多个烟气分析仪，仅采用一个取样筒和一个烟气分析仪即可对烟道截面上的多个取样位置进行烟气成分分析，不仅降低了设备成本，便于设备维护管路，降低了设备成本，而且缩短了取样时间，提高了烟气取样效率。

本发明中所公开的燃煤锅炉烟气取样方法，可以对烟道截面中的烟气分成多层进行取样，从而得到每一层烟气中的成分，然后对测量数据进行分析，可以使得使测量数据更加可靠，并且更具代表性；而且采用一个取样筒和一个烟气分析仪即可对烟道截面上的多个取样位置进行烟气成分分析，降低了设备成本，提高了烟气取样效率。

附图说明

图1为本发明实施例中所公开的燃煤锅炉烟气取样系统在烟气抽取状态时的结构示意图；

图2为本发明实施例中所公开的燃煤锅炉烟气取样系统在管路吹扫状态时的结构示意图；

图3为图1中的取样风机组件的局部结构示意图；

图4为图2中的取样风机组件的局部结构示意图。

其中，1为取样接口，2为取样管路，3为三通阀，4为取样筒，5为取样总管，6为出口管，7为粉尘沉降筒，8为连接管路，9为开关阀，10为沉降筒出口管路，11为第一截止阀，12为第二冷却器，13为取样风机，14为烟道入口管路，15为烟道，16为第一冷却器，17为第二截止阀，18为第三截止阀，19为第四截止阀。

具体实施方式

本发明的核心之一是提供一种燃煤锅炉烟气取样系统，以便能够简便的对燃煤锅炉的高温烟气进行精确取样。

本发明的另一核心还在于提供一种采用上述燃煤锅炉烟气取样系统的烟气取样方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，本发明中所公开的燃煤锅炉烟气取样系统中，包括取样接口1、取样管路2、取样筒4、粉尘沉降筒7、连接管路8、开关阀9以及取样风机13组件，具体的，取样接口1根据烟道横截面的尺寸至少设置两个，并且在进行烟气取样时，取样接口1在烟道横截面上沿垂直于烟道烟气流动的方向上间隔分布，以实现对烟道内的烟气进行分层取样；取样管路2与取样接口1对应设置，每个取样接口1单独对应一根取样管路2，每根取样管路2的第一端与和该取样管路2对应的取样接口1相连，并且每根取样管路2上设置有带开关的三通阀3；取样筒4上伸出一个取样总管5，如图1和图2中所示，该取样总管5优选的设置在取样筒4的底部，取样总管5与各个取样管路2的第二端均连通，并且该取样筒4还伸出有一个出口管6，该出口管6用于与烟气分析仪连接，以便将收集到的烟气进行分析；

粉尘沉降筒7的作用在于沉降烟气中的粉尘，粉尘沉降筒7具有沉降腔，该沉降腔与取样总管5连通；连接管路8与三通阀3一一对应设置，每根连接管路8的第一端均与和该连接管路8对应的三通阀3相接，每一根连接管路8的第二端均与粉尘沉降筒7的沉降腔相连；开关阀9设置在取样总管5上，并且将粉尘沉降筒7与取样管路2的第二端隔离；取样风机13组件的一端与粉尘沉降筒7的出口连通，另一端与烟道内部连通，在取样时，取样风机13组件用于为连接管路8以及取样管路2提供负压。

根据烟道横截面的大小，取样接口1可以设置合适的数量，更为优选的，每个取样接口1位置设置一个过滤网，以便过滤烟气中较大的颗粒物，请首先参考图1，图1除第一冷却器16和第二冷却器12处的箭头，其余箭头均代表烟气流向，根据烟道横截面的具体规格，设置取样接口1的数量，从而分层获得整个烟道端面的烟气样品，使测量数据具有代表性，三通阀3作为烟气取样过程中的流量切换装置，取样风机13组件抽取烟气，按次序依次打开其中一路取样管路2上的三通阀3，使取样管路2内的一部分烟气样品进入到取样筒4中，然后将该取样管路2中的烟气样品送至烟气分析仪中进行烟气成分分析。

优选的，三通阀3为电磁阀，电磁阀、取样风机13组件等受控制器控制，在烟气检测技术领域中，控制器为DCS(Distributed Control System分布式控制系统)，在DCS的控制下，三通阀3实现打开和关闭，从而对个取样管路2对应位置依次取样。

取样过程中，烟气通过取样接口1、取样管路2、连接管路8、粉尘沉降筒7、取样风机13组件后进入烟道实现循环，在循环过程中，一部分烟气样品就会通过取样管路2进入到取样筒4内，粉尘沉降筒7内设置有料位计，在粉尘沉降筒7内的粉尘高度达到预设值时，DCS通过控制驱动装置来驱动粉尘沉降筒7的排放阀打开，以便排放粉尘，粉尘排尽后关闭排放阀，如图1中所示，排放阀设置在粉尘沉降筒7的底部。

更进一步的，粉尘沉降筒7上还设置有手动粉尘排放口，该手动粉尘排放口可以为一个带有盖体的开口，也可是在粉尘沉降筒7的下部设置法兰接口，在粉尘沉降筒7产生堵塞时打开法兰接口进行手动除尘。

需要进行说明的是，当完成一根取样管路2内的气体取样工作后，取样筒4内会有残留气体，为了避免对下一根取样管路2内的气体造成影响，需先进行气体置换，具体的，将开关阀9打开，并将需要进行取样的取样管路2上的三通阀3打开，然后置换一定的时间，从而完成气体置换，完成气体置换后关闭开关阀9即可重新进行取样。

如图3和图4中所示，取样风机13组件包括主管路、沉降筒出口管路10以及烟道入口管路14，主管路上串接有取样风机13，主管路包括与取样风机13出风口相连的出风主管，和与取样风机13进风口相连的进风主管；沉降筒出口管路10的一端与粉尘沉降筒7的出口相连，沉降筒出口管路10的另一端分支为第一支管和第二支管，第一支管与进风主管连通，第一支管上设置有第一截止阀11，第二支管与出风主管连通，第二支管上设置有第二截止阀17；烟道入口管路14的一端与烟道内部连通，另一端分支为第三支管和第四支管，第三支管与进风主管连通，第三支管上设置有第三截止阀18，第四支管与出风主管连通，第四支管上设置有第四截止阀19。

该种方式使得整个燃煤锅炉烟气取样系统内的烟气能够进行换向，从而达到取样和管路吹扫的目的，图1中为在取样时烟气抽取状态的结构示意图，此时第一截止阀11和第四截止阀19处于打开的状态，第二截止阀17和第三截止阀18处于关闭状态；图2中为管路吹扫状态时的结构示意图，此时第二截止阀17和第三截止阀18处于打开状态，第一截止阀11和第四截止阀19处于关闭状态，在取样风机13的作用下，烟气从烟道内流出，经过取样风机13后反向流入粉尘沉降筒7、连接管路8以及取样管路2内，以便对于管路内的积灰进行清理，由此可见，在管路吹扫时，取样风机组件用于为连接管理8以及取样管路2提供正压

更进一步的，任意一个取样管路2上还串接有第一冷却器16，第一冷却器16位于取样接口1与三通阀3之间，当然，还可以在进风主管上设置第二冷却器12，第一冷却器16和第二冷却器12内有冷却介质循环流动，如图1和图2中所示。

进行取样的过程中，通常使经过第一冷却器16后的烟气的温度降至120℃左右，以方便选择合适的三通阀3，经过第二冷却器12之后的烟气的温度降至50℃，以便对取样风机13进行保护；取样风机13、取样管路2管径等需要进行配套设计，以保证气体的流速、管道阻力和取样风机13的功率匹配，气体流动均匀顺畅。

当然，为了提高燃煤锅炉烟气取样系统的自动化程度，开关阀9、第一截止阀11、第二截止阀17、第三截止阀18以及第四截止阀19也采用由DCS进行控制的电磁阀。

除此之外，本发明还公开了一种燃煤锅炉烟气取样方法，该方法采用上述任意一项中所公开的燃煤锅炉烟气取样系统，包括如下步骤：

1)将取样接口1接在烟道侧壁上的烟气取样口处，且取样接口1垂直于烟气流动方向间隔分布；

2)使第一截止阀和第四截止阀保持打开状态，第三截止阀和第二截止阀保持关闭状态；

3)第一根管路取样，关闭开关阀9，将其中一根取样管路中的三通阀3开启，该取样管路2与取样筒连通，其余取样管中的所述三通阀3保持关闭，以使其余取样管路2与连接管路8连通，如图1中所示，经过预定取样时间(通常不超过0.5min)后将取样筒4中的烟气样品通过出口管6送至烟气分析仪进行烟气成分分析；

4)后续管路取样，关闭第一根取样管路2中的所述三通阀3，打开开关阀9，打开需要进行取样的取样管路2中的三通阀3，以使该取样管2与取样总管5连通，其余取样管中的三通阀3保持关闭，经过预定置换时间(通常不超过1min)后，关闭开关阀9，然后再经过预定取样时间后，将取样筒4中的烟气样品通过出口管6送至烟气分析仪进行烟气成分分析；

5)重复步骤4)，直至所有取样管路2均完成取样。

除此之外，上述燃煤锅炉烟气取样方法中，还包括管路吹扫操作，管路吹扫操作包括以下步骤：

1)关闭所有取样管路2中的三通阀3，使所有取样管路3均与连接管路8连通；

2)使第二截止阀17以及第三截止阀18保持打开状态，使第一截止阀11和第四截止阀19保持关闭状态；

3)使取样风机13处于开启状态，以使气流反向流动对管道进行吹扫，防止管道内积灰产生堵塞。

本发明实施例中所公开的燃煤锅炉烟气取样系统，以及燃煤锅炉烟气取样方法中，通过分隔布置的取样接口1对烟道中的烟气进行分层取样，并通过同一个取样筒4输送至烟气分析仪中进行分析，整个燃煤锅炉烟气取样系统结构简单，设备运行和维护成本低，而且操作简单方便，测量数据可靠。

以上对本发明所提供的燃煤锅炉烟气取样系统及取样方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，包括：

取样接口，所述取样接口至少包括两个，在取样时，所述取样接口垂直于烟气流动方向间隔分布；

取样管路(2)，所述取样管路(2)与所述取样接口一一对应设置，每根所述取样管路(2)的第一端与和自身对应的所述取样接口相连，且每根所述取样管路(2)上设置有带有开关的三通阀(3)；

取样筒(4)，所述取样筒(4)伸出一取样总管(5)，所述取样总管(5)与各个所述取样管路(2)的第二端均连通，且所述取样筒(4)伸出有一出口管(6)，所述出口管(6)用于与烟气分析仪连接；

粉尘沉降筒(7)，所述粉尘沉降筒(7)的沉降腔与所述取样总管(5)连通；

连接管路(8)，所述连接管路(8)与所述三通阀(3)一一对应设置，每一根所述连接管路(8)的第一端均与和自身对应的所述三通阀(3)相接，每一根所述连接管路(8)的第二端均与所述粉尘沉降筒(7)的沉降腔相连；

设置在所述取样总管(5)上，且将所述粉尘沉降筒(7)与所有所述取样管路(2)的第二端隔离的开关阀(9)；

取样风机(13)组件，所述取样风机(13)组件一端与所述粉尘沉降筒(7)的出口连通，另一端与烟道内部连通，在取样时，所述取样风机(13)组件用于为所述连接管路(8)及所述取样管路(2)提供动力，烟气通过所述取样接口、所述取样管路(2)、所述连接管路(8)、所述粉尘沉降筒(7)、所述取样风机(13)组件后进入烟道实现循环，在循环的过程中，按次序依次打开其中一路所述取样管路(2)上的所述三通阀(3)，以使所述取样管路(2)内的烟气样品进入到所述取样筒(4)中。

2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，所述取样风机(13)组件包括：

串接有取样风机(13)的主管路，所述主管路包括与所述取样风机(13)出风口相连的出风主管，和与所述取样风机(13)进风口相连的进风主管；

一端与所述粉尘沉降筒(7)的出口相连的沉降筒出口管路(10)，所述沉降筒出口管路(10)的另一端分支为第一支管和第二支管，其中，所述第一支管与所述进风主管连通，所述第一支管上设置有第一截止阀(11)，所述第二支管与所述出风主管连通，所述第二支管上设置有第二截止阀(17)；

一端与所述烟道内部连通的烟道入口管路(14)，所述烟道入口管路(14)的另一端分支为第三支管和第四支管，其中所述第三支管与所述进风主管连通，所述第三支管上设置有第三截止阀(18)，所述第四支管与所述出风主管连通，所述第四支管上设置有第四截止阀(19)。

3.根据权利要求2所述的燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，任意一根所述取样管路(2)上还串接有第一冷却器(16)，且所述第一冷却器(16)位于所述取样接口与所述三通阀(3)之间。

4.根据权利要求2所述的燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，还包括串接在所述进风主管上的第二冷却器(12)。

5.根据权利要求2所述的燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，所述三通阀(3)、所述开关阀(9)均为连接至控制系统的电磁阀。

6.根据权利要求2所述的燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，所述第一截止阀(11)、第二截止阀(17)、第三截止阀(18)以及所述第四截止阀(19)均为连接至控制系统的电磁阀。

7.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，所述粉尘沉降筒(7)内还设置有料位计，在所述粉尘沉降筒(7)内的粉尘高度达到预设值时，驱动装置驱动所述粉尘沉降筒(7)的排放阀打开释放粉尘。

8.根据权利要求7所述的燃煤锅炉烟气取样系统，其特征在于，所述粉尘沉降筒(7)上还设置有手动粉尘排放口。

9.一种燃煤锅炉烟气取样方法，其特征在于，采用如权利要求2-6任意一项所述的燃煤锅炉烟气取样系统，包括步骤：

1)将所述取样接口接在烟道侧壁上的烟气取样口(1)处，且所述取样接口垂直于烟道烟气流动方向间隔分布；

2)使所述第一截止阀(11)和所述第四截止阀(19)保持打开状态，所述第三截止阀(18)和所述第二截止阀(17)保持关闭状态；

3)第一根管路取样，关闭所述开关阀(9)，将其中一根所述取样管路(2)中的所述三通阀(3)开启，该取样管路与所述取样筒(4)连通，其余所述取样管路(2)中的所述三通阀(3)保持关闭，以使其余所述取样管路(2)与所述连接管路(8)连通，经过预定取样时间后，将所述取样筒(4)中的烟气样品通过所述出口管(6)送至烟气分析仪进行烟气成分分析；

4)后续管路取样，关闭第一根所述取样管路(2)中的所述三通阀(3)，打开所述开关阀(9)，打开需要进行取样的所述取样管路(2)中的三通阀(3)，其余所述取样管中的所述三通阀(3)保持关闭，经过预定置换时间后，关闭所述开关阀(9)，然后再经过所述预定取样时间后，将所述取样筒(4)中的烟气样品通过所述出口管(6)送至烟气分析仪进行烟气成分分析；

5)重复步骤4)，直至所有所述取样管路(2)均完成取样。

10.根据权利要求9所述的燃煤锅炉烟气取样方法，其特征在于，所述预定取样时间不大于0.5min，所述预定置换时间不大于1min。

11.根据权利要求9所述的燃煤锅炉烟气取样方法，其特征在于，还包括管路吹扫操作，所述管路吹扫操作包括步骤：

1)关闭所有所述取样管路(2)中的所述三通阀(3)，使所有所述取样管路(2)均与所述连接管路(8)连通；

2)使所述第二截止阀(17)以及所述第三截止阀(18)保持打开状态，使所述第一截止阀(11)和所述第四截止阀(19)保持关闭状态；

3)使所述取样风机(13)处于开启状态。