CN111122491A - 一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置涉及燃煤电厂锅炉风烟系统环保领域，特别涉及安装有SNCR和SCR脱硝系统的机组的燃煤电厂锅炉风烟系统环保领域，具体涉及一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，包括氨浓度红外分析仪，所述氨浓度红外分析仪通过管路连接有一封闭循环回路；所述循环回路包括氨挥发装置，所述氨挥发装置通过T型三通阀连接有第一管路，所述第一管路通过文丘里管连接有第二管路，所述第二管路远离文丘里管的一端与氨挥发装置相连；本发明结构清晰，操作方便，通过循环气室对定量飞灰中的氨进行游离后，检测循环气室内的氨浓度，从而计算飞灰中的氨浓度，系统运行为周期性自动监测。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电厂锅炉风烟系统环保领域，特别涉及安装有SNCR和SCR脱硝系统的机组的燃煤电厂锅炉风烟系统环保领域，具体涉及一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置。
背景技术
燃煤电厂锅炉风烟系统配套安装的SNCR和SCR脱硝系统，系统使用的还原剂为液氨或尿素，还原剂经挥发或者分解后均以氨气的形式与热空气进行一定比例混合后喷入脱硝系统的入口端。目前我国燃煤电厂已普遍完成超低排放改造，脱硝系统出口的氮氧化物浓度平均值不超过50mg/Nm3，氨逃逸的浓度保证值为3ppm。随着SCR运行效率的提升，入口烟气参数的变化及催化剂运行时间的延长，为了控制合格的氮氧化物排放浓度，脱硝系统氨逃逸也存在较大幅度的波动，一部分燃煤机组氨逃逸浓度长期不满足保证值要求，更严重的在空预器表面生成以硫酸氢铵为黏结介质的灰垢，空预器阻力升高、换热效率降低，导致风烟系统厂用电率升高以及锅炉效率下降。同时在空预器和除尘器底部灰斗收集的飞灰中经常有浓重的氨味溢出。
目前针对脱硝系统出口烟气中氨逃逸的测试，是反应脱硝系统喷氨过量最直接的参数。但是脱硝系统在线氨逃逸表计一方面单个烟道断面采样点数有限，与实际喷氨过量的数值仍存在明显偏差；一方面由于烟气中飞灰和水分的干扰导致氨逃逸测试表计误差很大，甚至个别燃煤电厂在线氨逃逸表计故障或者弃置不用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明监测飞灰中的氨浓度作为脱硝系统氨逃逸高低的一个辅助判断方式，数据反馈至脱硝系统可以指导其进行运行调整，或者判断脱硝系统是否需要进行喷氨格栅优化调整，节省还原剂成本；数据反馈至后续脱硫系统可以提前采取有效措施避免对其运行产生的负面影响。
本发明一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，包括氨浓度红外分析仪，所述氨浓度红外分析仪通过管路连接有一封闭循环回路；所述循环回路包括氨挥发装置，所述氨挥发装置通过T型三通阀连接有第一管路，所述第一管路通过文丘里管连接有第二管路，所述第二管路远离文丘里管的一端与氨挥发装置相连；
所述第一管路内设置有轴流风机，且所述氨浓度红外分析仪与第一管路相连通，第二管路内设置有加热装置；
所述氨挥发装置包括密闭的挥发腔室，所述挥发腔室的一侧壁上设置有出气口，所述出气口与所述T型三通阀相连通，所述T型三通阀上还连接有一废气排放管；
挥发腔室的另一侧壁上设置有一排灰口，排灰口上封堵有可打开或关闭的排灰门，所述排灰口上连接有回收飞灰的集灰滤袋，挥发腔室的顶部设置有可打开或者关闭的来灰门，来灰门下方的挥发腔室上设置有可打开或关闭的落灰门，当来灰门和落灰门关闭，来灰门和落灰门之间的挥发腔室为集灰室，挥发腔室的底部设置有进气口，所述进气口与第二管路相连通；
所述出气口和进气口上均封堵有过滤膜。
优选地，出气口上的过滤膜沿竖直方向设置，该过滤膜为垂直过滤膜，进气口上的过滤膜沿水平方向设置，该过滤膜为水平过滤膜。
优选地，第一管路上还连接有载气置换装置。
优选地，载气置换装置包括置换气瓶，所述置换气瓶通过第一电磁阀连接有第一支管，所述第一支管上连接有第二支管，所述第一支管和第二支管远离第一电磁阀的一端均与第一管路相连通，且位于第一支管和第二支管之间的第一管路上还设置有L型三通阀。
优选地，在其置换气瓶中填充有氮气。
优选地，第一管路上设置有温度传感器和压力传感器。
优选地，加热装置为温控电加热丝。
优选地，氨浓度红外分析仪上的进口通过分析进管与第一管路相连，氨浓度红外分析仪上的出口通过分析回管与第一管路相连通，所述分析进管上设置有第二电磁阀。
优选地，水平过滤膜和垂直过滤膜均为石英膜。
优选地，水平过滤膜通过夹持在水平过滤膜两侧的固定丝网与进气口固定相连；
所述垂直过滤膜通过夹持在垂直过滤膜两侧的固定丝网与出气口固定相连。
本发明结构清晰，操作方便，通过循环气室对定量飞灰中的氨进行游离后，检测循环气室内的氨浓度，从而计算飞灰中的氨浓度，系统运行为周期性自动监测。
本发明载气吹扫、气室循环、气体样品采集、采灰和排灰操作均为程序化控制。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
附图标记：1-来灰门，2-落灰门，3-排灰门，4-水平过滤膜，5-温控电加热丝，6-第二管路，7-文丘里管，8-轴流风机，9-L型三通阀，10—第二支管，11-第一支管，12-第一电磁阀，13-置换气瓶，14-氨浓度红外分析仪，15-第二电磁阀，16-第一管路，17-T型三通阀，18-温度传感器，19-压力传感器，20-垂直过滤膜。
具体实施方式
本发明一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，包括氨浓度红外分析仪14，所述氨浓度红外分析仪14通过管路连接有一封闭循环回路；所述循环回路包括氨挥发装置，所述氨挥发装置通过T型三通阀17连接有第一管路16，所述第一管路16通过文丘里管7连接有第二管路6，所述第二管路6远离文丘里管7的一端与氨挥发装置相连；
所述第一管路16内设置有轴流风机8，且所述氨浓度红外分析仪14与第一管路16相连通，第二管路6内设置有加热装置；
所述氨挥发装置包括密闭的挥发腔室，所述挥发腔室的一侧壁上设置有出气口，所述出气口与所述T型三通阀17相连通，所述T型三通阀17上还连接有一废气排放管；
挥发腔室的另一侧壁上设置有一排灰口，排灰口上封堵有可打开或关闭的排灰门3，所述排灰口上连接有回收飞灰的集灰滤袋，挥发腔室的顶部设置有可打开或者关闭的来灰门1，来灰门1下方的挥发腔室上设置有可打开或关闭的落灰门2，当来灰门1和落灰门2关闭，来灰门1和落灰门2之间的挥发腔室为集灰室，挥发腔室的底部设置有进气口，所述进气口与第二管路6相连通；
所述出气口和进气口上均封堵有过滤膜。
出气口上的过滤膜沿竖直方向设置，该过滤膜为垂直过滤膜20，进气口上的过滤膜沿水平方向设置，该过滤膜为水平过滤膜4。
第一管路16上还连接有载气置换装置。
载气置换装置包括置换气瓶13，所述置换气瓶13通过第一电磁阀12连接有第一支管11，所述第一支管11上连接有第二支管10，所述第一支管11和第二支管10远离第一电磁阀12的一端均与第一管路16相连通，且位于第一支管11和第二支管10之间的第一管路16上还设置有L型三通阀9。
在其置换气瓶13中填充有氮气。外接氮载气，在处理飞灰样品前置换封闭循环气室中的空气或者废气，使用氮载气的目的是避免水分和SO3、SO2酸性气体的存在，提高测量的准确性。
第一管路16上设置有温度传感器18和压力传感器19。
加热装置为温控电加热丝5。
氨浓度红外分析仪14上的进口通过分析进管与第一管路16相连，氨浓度红外分析仪14上的出口通过分析回管与第一管路16相连通，所述分析进管上设置有第二电磁阀15。
水平过滤膜4和垂直过滤膜20均为石英膜。
水平过滤膜4通过夹持在水平过滤膜4两侧的固定丝网与进气口固定相连；
流风扇的作用：一是使循环气路中的气体逆时针循环，在氨游离的过程中，均匀载气温度；二是使循环气路中的气体逆时针或者顺时针循环，清除循环气路中的废气、清除氨挥发装置的腔室内的飞灰，并对垂直过滤膜20和水平过滤膜4进行反吹，清除膜体上的飞灰。
文丘里管7设置主要是封闭循环气室逆时针旋转时，为了充分将飞灰吸附的氨游离至载气中，文丘里管7出口的载气可以将挥发腔室的飞灰形成托举作用。
封闭循环回路主体材质应为耐高温的合金钢，设备对接过程中应确保其密封性，对接口可使用耐高温胶或者石墨烯垫片进行密封。氨挥发装置的密封最为关键：来灰门1、落灰门2、排灰门3在具备自动开合功能的同时闭合状态密封性良好；来灰门1、落灰门2、排灰门3。
水平过滤膜4和垂直过滤膜20选用耐高温的石英膜，膜两侧应配有丝网的硬质载体且贴合紧密，具有一定的抗压能力，避免分析过程破损，膜两侧硬质载体可利用磁吸功能，便于定期更换。
在线装置按照分析步骤，全部使用程序化控制，无需人工操作；其中堆积密度的测试可以辅助装置进行自动称重，也可以通过人工测试将堆积密度输入系统程序中。
理论上封闭循环回路越小，在线装置的监测频率越高。但是气室的大小应满足氨浓度红外分析仪14的稳定气量，同时根据飞灰中氨的最大吸附量来选择合理的游离氨浓度，从而确定气室合理的容积范围。
排灰口设置大容量集灰滤袋，用来收集监测装置排灰，避免飞灰飘散在大气环境中，人工定期清理集灰滤袋。
所述垂直过滤膜20通过夹持在垂直过滤膜20两侧的固定丝网与出气口固定相连。
使用时，第一步：载气置换，来灰门1、落灰门2和排灰门3均处于关闭状态，温控电加热丝5未接通电源。L型三通阀9处于关闭状态，第一电磁阀12开启，T型三通阀17将循环回路右侧与外界大气连通，氮气置换右侧气室空气；T型三通阀17将循环回路左侧与外界大气连通，氮气置换左侧气室空气；T型三通阀17将循环回路左右侧与外界大气连通，氮气置换左右侧气室空气。第一电磁阀12关闭之前，L型三通阀9开启，T型三通阀17将左右侧气路联通，并与外界空气隔绝，气室形成封闭循环回路。
第二步：计算飞灰堆积密度，来灰门1开启，将飞灰注满来灰门1与落灰门2之间的挥发腔室形成的方形空间为集灰室，注入的飞灰应溢出来灰门1，从左往右关闭来灰门1，注入的飞灰体积一定。同时设置一个同样容积的集灰盒，称量空重，注满灰后再次进行称重，计算飞灰的堆积密度。
第三步：氨挥发，在来灰门1关闭的状态下，开启落灰门2，飞灰通过重力作用掉落至挥发腔室，关闭落灰门2，温控电加热丝5接通电源，开启轴流风扇，气室载气逆时针循环，与挥发腔室的飞灰接触后，待载气温度升至250℃，连续将飞灰中吸附的氨游离于载气中，并稳定运行30min以上。
第四步：样气分析，分析过程中温控电加热丝5继续运行，开启第二电磁阀15，采集样气进行分析，氨浓度红外分析仪14排气又返回至封闭循环回路，循环分析记录稳定后的氨浓度值，同时记录封闭循环回路的温度和压力示值。
第五步：废气及灰排放，关闭温控电加热丝5，将T型三通阀17将循环回路左右侧与外界大气连通，首先释放封闭循环回路至常压。打开排灰门3，T型三通阀17将循环回路左右侧气路联通，开启轴流风扇，循环气路顺时针旋转，反吹垂直过滤膜20；T型三通阀17将循环回路左侧与外界大气连通，开启轴流风扇，循环气路逆时针旋转，反吹水平过滤膜4；该操作循环2~3次，清除挥发腔室飞灰，排灰口接大容量的集灰滤袋。
第六步：数据处理。集灰室=Vh，集灰盒=V0（L），均为常数；集灰盒空量为m0（g），集灰盒+灰样重量=m1（g），灰样重量= m1- m0（g）；灰样的堆积密度ρ=（m1- m0）/V0（g/L=kg/m3）；集灰室灰样重量Gh= Vh×ρ= Vh×（m1- m0）/V0（g）。封闭循环回路气室+氨浓度红外分析仪气室=Vq（L），为常数；氨浓度红外分析仪14测试的氨浓度为（NH3）q（mg/m3），通过气室的压力和温度折算至标准状态的氨浓度为（NH3）qTP（mg/Nm3），灰样中的氨浓度（NH3）h=（NH3）qTP×Vq/Gh（mg/kg）。
下一次样品采集重复以上操作。
本发明结构清晰，操作方便，通过循环气室对定量飞灰中的氨进行游离后，检测循环气室内的氨浓度，从而计算飞灰中的氨浓度，系统运行为周期性自动监测。
本发明载气吹扫、气室循环、气体样品采集、采灰和排灰操作均为程序化控制。
Claims (10)
1.一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，包括氨浓度红外分析仪（14），所述氨浓度红外分析仪（14）通过管路连接有一封闭循环回路；其特征在于，所述循环回路包括氨挥发装置，所述氨挥发装置通过T型三通阀（17）连接有第一管路（16），所述第一管路（16）通过文丘里管（7）连接有第二管路（6），所述第二管路（6）远离文丘里管（7）的一端与氨挥发装置相连；
所述第一管路（16）内设置有轴流风机（8），且所述氨浓度红外分析仪（14）与第一管路（16）相连通，第二管路（6）内设置有加热装置；
所述氨挥发装置包括密闭的挥发腔室，所述挥发腔室的一侧壁上设置有出气口，所述出气口与所述T型三通阀（17）相连通，所述T型三通阀（17）上还连接有一废气排放管；
挥发腔室的另一侧壁上设置有一排灰口，排灰口上封堵有可打开或关闭的排灰门（3），所述排灰口上连接有回收飞灰的集灰滤袋，挥发腔室的顶部设置有可打开或者关闭的来灰门（1），来灰门（1）下方的挥发腔室上设置有可打开或关闭的落灰门（2），当来灰门（1）和落灰门（2）关闭，来灰门（1）和落灰门（2）之间的挥发腔室为集灰室，挥发腔室的底部设置有进气口，所述进气口与第二管路（6）相连通；
所述出气口和进气口上均设置有过滤膜。
2.如权利要求1所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述出气口上的过滤膜沿竖直方向设置，该过滤膜为垂直过滤膜（20），进气口上的过滤膜沿水平方向设置，该过滤膜为水平过滤膜（4）。
3.如权利要求2所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述第一管路（16）上还连接有载气置换装置。
4.如权利要求3所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述载气置换装置包括置换气瓶（13），所述置换气瓶（13）通过第一电磁阀（12）连接有第一支管（11），所述第一支管（11）上连接有第二支管（10），所述第一支管（11）和第二支管（10）远离第一电磁阀（12）的一端均与第一管路（16）相连通，且位于第一支管（11）和第二支管（10）之间的第一管路（16）上还设置有L型三通阀（9）。
5.如权利要求4所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述在其置换气瓶（13）中填充有氮气。
6.如权利要求5所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述第一管路（16）上设置有温度传感器（18）和压力传感器（19）。
7.如权利要求6所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述加热装置为温控电加热丝（5）。
8.如权利要求7所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，氨浓度红外分析仪（14）上的进口通过分析进管与第一管路（16）相连，氨浓度红外分析仪（14）上的出口通过分析回管与第一管路（16）相连通，所述分析进管上设置有第二电磁阀（15）。
9.如权利要求8所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述水平过滤膜（4）和垂直过滤膜（20）均为石英膜。
10.如权利要求9所述一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置，其特征在于，所述水平过滤膜（4）通过夹持在水平过滤膜（4）两侧的固定丝网与进气口固定相连；
所述垂直过滤膜（20）通过夹持在垂直过滤膜（20）两侧的固定丝网与出气口固定相连。
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|---|---|---|---|
| CN201911346463.2A CN111122491A (zh) | 2019-12-24 | 2019-12-24 | 一种在线分析飞灰中游离氨浓度的监测装置 |
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| CN111122491A true CN111122491A (zh) | 2020-05-08 |
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| CN (1) | CN111122491A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112697733A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-23 | 浙江华电器材检测研究所有限公司 | 光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法 |
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2019
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| CN112697733A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-23 | 浙江华电器材检测研究所有限公司 | 光腔衰荡光谱仪微量气体采样装置及方法 |
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