CN111044689A - 一种同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统及方法，若干个所述储气腔体均匀布置在SCR出口烟道内，每个储气腔体与一根取样支管相连通，所有的取样支管汇合至取样汇流器，取样母管的一端与取样汇流器相连通，取样母管的另一端与空预器出口烟道相连通或者通过负压发生器接回SCR出口烟道；在每个储气腔体上设置一个取样口，在线分析仪和母管流量计均设置在取样母管上；在每个取样支管上设置一个取样支管切换阀。本发明仅用一个NOx在线分析仪和/或一个NH3在线分析仪，便可准确反映SCR出口同时段烟气参数分布情况，并通过烟气参数分布特性来反映喷氨的均匀性，准确性高、成本低，易维护。
Description
技术领域：
本发明涉及一种同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统及方法。
背景技术：
目前，大型电站普遍采用SCR脱硝装置来降低烟气中NOx排放浓度。SCR利用NH3对NOx的还原特性，在催化剂的作用下将NOx还原为对环境无害的N2和H2O。在实际运行过程中，喷氨量的控制尤为关键，增加喷氨量有利于降低NOx排放浓度，但氨逃逸会随之增加，进而造成下游空气预热器因硫酸氢铵沉积而堵塞和腐蚀。在喷氨控制方面，除了合理控制喷氨总量以外，还应重点关注喷氨的均匀性，以确保在允许氨逃逸范围内，NOx排放浓度达标。目前，电力行业正全面推行燃煤机组超低排放改造，要求NOx排放浓度严格控制在50mg/Nm3以下，这对喷氨系统提出了更为严苛的要求，因此喷氨均匀性的监测和适时调整显得尤为重要。
喷氨的均匀性与SCR进、出口截面的NOx浓度（氨逃逸）分布密切相关，在SCR催化剂层未有明显故障的情况下，NOx浓度过大（或局部氨逃逸过小），可认为是上游相应区域的喷氨量偏少所致；局部NOx浓度过小（或氨逃逸过大），则是由于上游相应区域的喷氨量过剩所致；局部NOx浓度过小，氨逃逸显著上升，不仅增加SCR的运行成本，而且对下游空预器（2）的安全运行造成严重威胁（存在堵灰风险）。
因此，避免SCR出口NOx浓度分析严重不均很有必要，而通过SCR上游AIG（喷氨调整装置）的优化调整，可将SCR出口NOx浓度（或氨逃逸）调整至相对均匀的状态，若发现AIG的调整幅度过大，则相应位置的催化剂模块可能存在明显的磨损、坍塌及堵灰等故障。
鉴于上述分析，在目前电力行业全面推行燃煤机组超低排放的大背景下，SCR进、出口NOx浓度（或氨逃逸）分布的监测对于锅炉的安全运行及故障排除，显得尤为重要。现有技术中，常通过安装多套仪表或通过轮巡取样共用一套仪表分析实现SCR进、出口烟气成份分布测量，但是存在以下几个弊端：一是安装多套仪表时各仪表测量的不一致性影响烟气成份分布均匀性的评估，二是安装多套仪表时投资成本高、维护工作量大，三是轮巡取样分析时脱硝参数时变性影响烟气成份分布均匀性的评估。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统及方法。
本发明所采用的技术方案有：
一种同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统，包括SCR出口烟道、空预器出口烟道、储气腔体、取样汇流器、母管流量计、取样支管、取样母管、负压发生器和在线分析仪，若干个所述储气腔体均匀布置在SCR出口烟道内，每个储气腔体与一根取样支管相连通，所有的取样支管汇合至取样汇流器，取样母管的一端与取样汇流器相连通，取样母管的另一端与空预器出口烟道相连通或者通过负压发生器接回SCR出口烟道；在每个储气腔体上设置一个取样口，在线分析仪和母管流量计均设置在取样母管上；在每个取样支管上设置一个取样支管切换阀。
进一步地，所述在线分析仪包括NOx和/或O2在线分析仪和氨逃逸测量在线分析仪。
本发明还提供一种同步取样异步分析脱硝出口烟气参数的多点位监测方法，包括：
1）测量值定义：所有的取样支管的体积与取样汇流器的体积以及取样母管上NOx和/或O2在线分析仪与取样汇流器之间的体积之和定义为测量流通池，测量流通池的体积为V1，单个储气腔体体积为V2，设定V2≥3V1；
2）混合取样：轮巡取样前，将取样支管切换阀全部打开同时取样，并实现SCR出口烟道的全截面混合取样；
3）同步取样：在轮巡取样开始时，先关闭所有取样支管切换阀，并使所有的储气腔体内充满SCR出口烟道中同一时段的烟气，实现同步取样；
4）异步分析：逐一打开每个取样支管切换阀并进行轮巡取样，在轮巡取样过程中，由于所述体积V2大于体积V1，故在轮巡检测时，有足够的气体将V1置换并测量；
设每个储气腔体通过取样母管的烟气流量为Q，每个储气腔体上连接的取样支管切换阀打开的时间为t，取样母管中通过的烟气温度为T，当Q*（273.15+T）/273.15/3600*t ≥V1时，即单个储气腔体内的烟气进入并置换完所述测量流通池内烟气时，此时关闭当前轮巡取样的取样支管上的取样支管切换阀并用以锁存取样烟气，所述测量流通池上安装的在线分析仪进行测量获取当前轮巡取样的取样支管中的烟气参数，待测量完毕后再打开下一个取样支管切换阀依次获取各取样支管的烟气参数，实现脱硝出口断面烟气参数的异步分析。
进一步地，所述取样母管上设有母管流量计，母管流量计实时监测通过取样母管的烟气流量，用以保证取样的同步性。
进一步地，所述储气腔体为内径为200~500mm的圆管状，底部缩径形成取样口。
进一步地，所述储气腔体沿SCR出口烟道的截面水平宽度方向均匀布置，取样口竖直朝下。
进一步地，在异步分析轮巡取样时，每个取样支管切换阀依次循环打开/关闭，取样支管切换阀打开后关闭，打开的时间t为4-6s，关闭时间为30s~120s。
本发明具有如下有益效果：
本发明仅用一个NOx在线分析仪和/或一个NH3在线分析仪，便可准确反映SCR进、出口同时段烟气参数分布情况，并通过烟气参数分布特性来反映喷氨的均匀性，准确性高、成本低，易维护。
附图说明：
图1为本发明安装于SCR出口烟道和空预器出口烟道之间的示意图。
图2为本发明中储气腔体安装于SCR出口烟道内的位置示意图。
图3为本发明系统构成图。
图4为本发明安装于SCR出口烟道的示意图。
图5为本发明系统构成图。
图6为本发系统构成图。
图7为本发明安装于SCR进口烟道和SCR出口烟道之间的示意图。
图中：
1、SCR出口烟道；3、空预器出口烟道；4、储气腔体；5、取样支管切换阀；6、取样汇流器；7、NOx和/或O2在线分析仪；8、氨逃逸测量在线分析仪；9、母管流量计；10、取样支管；11、取样母管；12、取样口；13、负压发生器、15、SCR进口烟道。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1
如图1，本发明一种同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统，包括SCR出口烟道1、空预器出口烟道3、储气腔体4、取样汇流器6、母管流量计9、取样支管10、取样母管11、负压发生器13和在线分析仪，若干个储气腔体4均匀布置在SCR出口烟道1内，每个储气腔体4与一根取样支管10相连通，所有的取样支管10汇合至取样汇流器6，取样母管11的一端与取样汇流器6相连通，另一端与空预器出口烟道3相连通。在每个储气腔体4上设置一个取样口12，在线分析仪和母管流量计9均设置在取样母管11上；在每个取样支管10上设置一个取样支管切换阀5。
本发明中的在线分析仪包括NOx和/或O2在线分析仪7和氨逃逸测量在线分析仪8。
取样支管切换阀5选用气动或电动偏心半球阀。
储气腔体4、取样支管切换阀5和取样支管10数量相等、且均为6支，每个储气腔体4与一根取样支管10相连通，所有取样支管10通过取样汇流器6汇合至取样母管11，每支取样支管10上设有一个取样支管切换阀5。取样汇流器6为一个封闭的腔体结构，取样支管10和取样母管11与取样汇流器6相连通。
选用直插式NOx在线分析仪7和氨逃逸在线分析仪7，其中NOx在线分析仪7采用半导体陶瓷传感器，在高温、粉尘环境下可长期可靠工作。O2在线分析仪7与NOx在线分析仪集成，均设在取样母管11上。
为了提高系统的自动化程度，本发明设置采集与控制模块，采集与控制模块至少接收NOx和/或O2在线分析仪7的传输信号和取样支管切换阀5的状态信号、并控制取样支管切换阀的关闭与开启。采集与控制模块实现参照行内现有公知技术。
实施例2
如图2、3、4、5所示，与实例1基本相同，所不同的是：取样母管11一端与取样汇流器6相连通，取样母管11的另一端连接负压发生器13后接回SCR出口烟道1内。
实施例3
如图6所示，与实例1基本相同，所不同的是：储气腔体4均匀布置在SCR出口烟道的出口水平或近似水平烟道内，从SCR出口烟道上方引出和取样支管10相连通，取样支管汇合至取样汇流器6后连接取样母管11的一端，取样支管切换阀5设在取样支管10上，NOx在线分析仪取样探头插入取样母管11内进行取样分析。
以上三个实施例的监测方法一致，具体为：
1）测量值定义：所有的取样支管10的体积与取样汇流器6的体积以及取样母管11上NOx和/或O2在线分析仪7与取样汇流器6之间的体积之和定义为测量流通池，测量流通池的体积为V1（单位为m³），单个储气腔体4体积为V2（单位为m³），设定V2≥3V1；
2）混合取样：轮巡取样前，将取样支管切换阀5全部打开同时取样，并实现SCR出口烟道1的全截面混合取样；
3）同步取样：在轮巡取样开始时，先关闭所有取样支管切换阀5，并使所有的储气腔体4内充满SCR出口烟道1中同一时段的烟气，实现同步取样；
4）异步分析：逐一打开每个取样支管切换阀5并进行轮巡取样，在轮巡取样过程中，由于所述体积V2大于体积V1，故在轮巡检测时，有足够的气体将V1置换并测量；
设每个储气腔体4通过取样母管11的烟气流量为Q（单位为Nm³/h），每个储气腔体4上连接的取样支管切换阀5打开的时间为t（单位为s），每个储气腔体4上测量的烟气温度为T（℃），当Q*（273.15+T）/273.15/3600*t ≥V1时，即单个储气腔体4内的烟气进入并置换完所述测量流通池内烟气时，此时关闭当前轮巡取样的取样支管10上的取样支管切换阀5并用以锁存取样烟气，所述测量流通池上安装的在线分析仪进行测量获取当前轮巡取样的取样支管10中的烟气参数，待测量完毕后再打开下一个取样支管切换阀5依次获取各取样支管10的烟气参数，实现脱硝出口断面烟气参数的异步分析。
取样母管11上设有母管流量计9，母管流量计9实时监测通过取样母管11的烟气流量，用以保证取样的同步性。一旦取样管路发生堵塞，母管流量计9的设置也可便于及时发现问题并消缺。
实际操作中，烟道外取样支管至取样支管切换阀5的管道贴烟道安装并与烟道一起保温，这样，保证取样管道温度足够高，从而降低硫酸氢铵凝结粘灰发生堵塞的可能。
储气腔体4为内径为200~500mm的圆管状，底部缩径形成取样口12。储气腔体4沿SCR出口烟道1的截面水平宽度方向均匀布置，取样口12竖直朝下，可减少烟气积灰沉积。
在异步分析轮巡取样时，每个取样支管切换阀5依次循环打开/关闭，取样支管切换阀5打开后关闭，打开的时间t为4-6s，关闭时间为30s~120s，具体时间还应根据在线分析仪的响应时间而定。
实施例4
本发明亦可将所有的储气腔体4均匀布置在SCR进口烟道15内，与之相对应地，取样母管11的另一端与SCR出口烟道1或空预器出口烟道3相连通或者通过负压发生器13接回SCR进口烟道，其他结构件的连接方式不变，其监测方法与上述监测方法一致，由此构成本发明的第四个实施例。
如图7，若干个储气腔体4均匀布置在SCR进口烟道15内，每个储气腔体4与一根取样支管10相连通，所有的取样支管10汇合至取样汇流器6，取样母管11的一端与取样汇流器6相连通，另一端与SCR出口烟道1相连通。在每个储气腔体4上设置一个取样口12，在线分析仪和母管流量计9均设置在取样母管11上；在每个取样支管10上设置一个取样支管切换阀5。实施例4的监测方法与上述实施例1、2、3一致。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统，其特征在于：包括SCR出口烟道（1）、空预器出口烟道（3）、储气腔体（4）、取样汇流器（6）、母管流量计（9）、取样支管（10）、取样母管（11）、负压发生器（13）和在线分析仪，若干个所述储气腔体（4）均匀布置在SCR出口烟道（1）内，每个储气腔体（4）与一根取样支管（10）相连通，所有的取样支管（10）汇合至取样汇流器（6），取样母管（11）的一端与取样汇流器（6）相连通，取样母管（11）的另一端与空预器出口烟道（3）相连通或者通过负压发生器（13）接回SCR出口烟道（1）；在每个储气腔体（4）上设置一个取样口（12），在线分析仪和母管流量计（9）均设置在取样母管（11）上；在每个取样支管（10）上设置一个取样支管切换阀（5）。
2.如权利要求1所述的同步取样异步分析烟气参数分布的监测系统，其特征在于：所述在线分析仪包括NOx和/或O2在线分析仪（7）和氨逃逸测量在线分析仪（8）。
3.一种同步取样异步分析脱硝出口烟气参数的监测方法，其特征在于：包括：
1）测量值定义：单根取样支管（10）的体积与取样汇流器（6）的体积以及取样母管（11）上NOx和/或O2在线分析仪（7）与取样汇流器（6）之间体积的总和定义为测量流通池，测量流通池的体积为V1，单个储气腔体（4）体积为V2，设定V2≥3V1；
2）混合取样：轮巡取样前，将取样支管切换阀（5）全部打开同时取样，并实现SCR出口烟道（1）的全截面混合取样；
3）同步取样：在轮巡取样开始时，先关闭所有取样支管切换阀（5），并使所有的储气腔体（4）内充满SCR出口烟道（1）中同一时段的烟气，实现同步取样；
4）异步分析：逐一打开每个取样支管切换阀（5）并进行轮巡取样，在轮巡取样过程中，由于所述体积V2大于体积V1，故在轮巡检测时，有足够的气体将V1置换并测量；
设每个储气腔体（4）通过取样母管（11）的烟气流量为Q，每个储气腔体（4）上连接的取样支管切换阀（5）打开的时间为t，取样母管（11）中通过的烟气温度为T，当Q*（273.15+T）/273.15/3600*t ≥V1时，即单个储气腔体（4）内的烟气进入并置换完所述测量流通池内烟气时，此时关闭当前轮巡取样的取样支管（10）上的取样支管切换阀（5）并用以锁存取样烟气，所述测量流通池上安装的在线分析仪进行测量获取当前轮巡取样的取样支管（10）中的烟气参数，待测量完毕后再打开下一个取样支管切换阀（5）依次获取各取样支管（10）的烟气参数，实现脱硝出口断面烟气参数的异步分析。
4.如权利要求3所述的同步取样异步分析脱硝出口烟气参数的监测方法，其特征在于：所述取样母管（11）上设有母管流量计（9），母管流量计（9）实时监测通过取样母管（11）的烟气流量，用以保证取样的同步性。
5.如权利要求3所述的同步取样异步分析脱硝出口烟气参数的监测方法，其特征在于：所述储气腔体（4）为内径为200~500mm的圆管状，底部缩径形成取样口（12）。
6.如权利要求5所述的同步取样异步分析脱硝出口烟气参数的监测方法，其特征在于：所述储气腔体（4）沿SCR出口烟道（1）的截面水平宽度方向均匀布置，取样口（12）竖直朝下。
7.如权利要求5所述的同步取样异步分析脱硝出口烟气参数的监测方法，其特征在于：在异步分析轮巡取样时，每个取样支管切换阀（5）依次循环打开/关闭，取样支管切换阀（5）打开后关闭，打开的时间t为4-6s，关闭时间为30s~120s。
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