CN111610069A - 一种用于燃煤机组脱硝cems的样气采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，包括：脱硝反应器进口或出口断面、采样分管、采样支管、滤芯、采样分管吹扫阀、电动调节阀、流量计、采样母管、旋流器、母管吹扫隔离阀、空预器出口断面、CEMS样气隔离阀、CEMS分析柜、母管吹扫阀、压力变送器和吹扫气母管。本发明的有益效果是：本发明利用燃煤机组脱硝CEMS样气采集系统，采样支管接入采样分管，采样分管接入采样母管，在这三种管道里，烟气都均匀流入；采样母管上接有旋流器；旋流器后的采样母管接入母管吹扫隔离阀4，减少了CEMS样气的含尘量，防堵且降低CEMS系统反吹频次；减少了脱硝CEMS系统分析数据“盲区”时间，提高了样气NO_x浓度的代表性。

Description

一种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统及方法

技术领域

本发明涉及燃煤机组脱硝领域，尤其包括一种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统及方法。

背景技术

随着我国要求燃煤机组总排口污染物排放水平达到“超低排放”标准，燃煤电厂逐步加强了对大气污染物的治理力度。氮氧化物是大气主要污染物之一，燃煤电厂对烟气中氮氧化物的脱除主要采用SCR(选择性催化还原法)脱硝技术，用液氨或尿素作为原料提供还原剂NH₃，将氮氧化物在催化剂的作用下转化为N₂和H₂O，从而达到脱除烟气中NO_x的目的。脱硝反应器进口喷氨量可通过手动或自动调节，喷氨自动逻辑下，通过设定脱硝反应器出口NO_x目标浓度，并实时监测脱硝反应器进口烟气量和NO_x浓度等参数，计算得到理论需氨量，从而调节喷氨调阀开度。因此，脱硝反应器进、出口NO_x浓度在线监测值的准确性很大程度上决定了自动喷氨的效果。传统脱硝反应器进、出口NO_x浓度采样系统通过增设空预器旁路，在监测断面对烟气进行单点或多点取样混合后直接回流至空预器出口断面，在回流母管上抽取部分混合烟气至CEMS分析系统进行浓度监测。

然而，单点采样的方式样气代表性弱，单点NO_x浓度往往无法代表整个监测断面的平均NO_x浓度；在实际应用过程中发现多点采样混合的方式由于不同采样支管和分管距离采样母管的距离不同，导致每只采样支管和母管抽取的烟气流量存在较大差异，通常靠近采样分管处抽取烟气力量较大；其次，仅仅通过吹扫采样母管，无法保证吹通每只采样支管。以上两种形式的样气采集方式均无法保证样气NO_x浓度具有较强的代表性，导致脱硝反应器出口CEMS在线监测烟气NO_x浓度与总排口烟气NO_x浓度存在明显顺挂或倒挂现象(总排口即指烟囱，烟囱处烟气混合非常均匀，监测值基本能够完全代表烟气中NO_x平均浓度；顺挂/倒挂现象指：理论上，脱硝反应器出口浓度应稍高于总排口浓度，但实际上，监测画面脱硝反应器出口NO_x浓度示值大于总排口15mg/m³以上或小于总排口15mg/m³以上，即监测值不具代表性)，且影响脱硝系统喷氨投自动的可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统及方法。

这种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，包括：脱硝反应器进口或出口断面、采样分管、采样支管、滤芯、采样分管吹扫阀、电动调节阀、流量计、采样母管、旋流器、母管吹扫隔离阀、空预器出口断面、CEMS样气隔离阀、CEMS分析柜、母管吹扫阀、压力变送器和吹扫气母管；

脱硝反应器进口或出口断面内插有若干采样分管，每根采样分管上均匀布置若干根采样支管；每根采样分管都接入采样母管入口，每根采样分管和采样母管入口之间依次接入一个滤芯、一个电动调节阀和一个流量计；吹扫气母管接入压力变送器入口，压力变送器出口接入若干采样分管吹扫阀入口，每根采样分管对应接入的滤芯和电动调节阀之间的管道连接一个采样分管吹扫阀出口；

采样母管上接入旋流器，旋流器后还设有母管吹扫隔离阀，母管吹扫隔离阀后的采样母管接入空预器出口断面；母管吹扫阀入口接入压力变送器出口，母管吹扫阀出口接入旋流器与母管吹扫隔离阀之间的采样母管；

旋流器下游超过10m处设有CEMS采样管，确保采样母管中烟气充分混合均匀，CEMS采样管前端接入CEMS样气隔离阀，CEMS采样管的末端接入CEMS分析柜。

作为优选，所述采样支管的支管开口方向与烟气流向相同，防止烟气中的颗粒物直接进入采样支管，以避免支管堵塞；采样支管的直径由远离采样母管方向往靠近采样母管方向依次缩小，以保证各采样支管抽气流量均匀。

作为优选，所述采样分管的数量不低于4根，采样支管的数量不低于4根；每根采样支管之间间隔一定距离。

作为优选，所述采样分管上的电动调节阀和流量计为耐高温且防尘防干扰材质；流量计为热导式流量计。

作为优选，所述旋流器的材料为耐高温并防尘的材料，旋流器的旋流片数量在4片以内，防止给整套旁路采样系统增加过大阻力。

作为优选，所述滤芯直径可适当增大直径以增大滤芯容量，防止滤芯较快堵塞，同时可降低采样支管的反吹频率。

这种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统的运行方法，具体包括如下步骤：

步骤1、由采样支管采集的烟气在采样分管上依次经过滤芯、电动调节阀和流量计；通过滤芯在采样支管上对烟气进行除尘后，通过电动调节阀和流量计调节流入采样母管的烟气流量；

步骤2、在滤芯和电动调节阀之间的管路上接有吹扫管路，通过吹扫管路进行分管吹扫：打开采样分管吹扫阀，关闭分管上的电动调节阀，吹扫气母管中的吹扫气经过压力变送器后吹扫前端的滤芯和采样支管；

步骤3、由各采样分管采集的烟气均匀混合后流入采样母管，经旋流器充分混合后，混合后的烟气回流至机组的空预器出口断面；

步骤4、打开CEMS样气隔离阀，在采样母管的后段抽取部分混合均匀的烟气，经过CEMS样气隔离阀进入CEMS分析柜；CEMS分析柜将部分混合均匀的烟气作为样气进行烟气成分分析，并将监测结果反馈到脱硝运行控制画面，并参与到自动喷氨逻辑中；

步骤5、在采样母管上接有吹扫管路，通过吹扫管路进行母管反吹：打开母管吹扫阀，关闭母管吹扫隔离阀和CEMS样气隔离阀，吹扫气母管中的吹扫气经过压力变送器后反吹前段的旋流器和采样分管上的各个阀门和设备。

作为优选，所述步骤1中电动调节阀用于调节烟气流量，电动调节阀作为采样分管接受反吹时的后段隔离阀。

本发明的有益效果是：

本发明利用燃煤机组脱硝CEMS样气采集系统，采样支管接入采样分管，采样分管接入采样母管，在这三种管道里，烟气都均匀流入；采样母管内烟气经旋流器充分混合后，抽取部分烟气作为CEMS分析样气；实现采样分管单独反吹，不影响其他采样分管采样；通过对烟气进行前端过滤，减少了CEMS样气的含尘量，防堵且降低CEMS系统反吹频次；减少了脱硝CEMS系统分析数据“盲区”时间；提高了样气NO_x浓度的代表性，检测数据更真实反应完整监测断面的平均NO_x浓度，有利于提高喷氨利用率，提升自动化喷氨的可靠性。

附图说明

图1为监测断面单点取样混合烟气浓度监测图；

图2为监测断面多点取样混合烟气浓度监测图；

图3为本发明的采样技术示意图；

图4为脱硝反应器出口手工测试结果图。

附图标记说明：采样母管1、CEMS样气隔离阀2、吹扫阀3、母管吹扫隔离阀4、脱硝反应器进口或出口断面5、空预器出口断面6、采样分管7、采样支管8、滤芯9、电动调节阀10、采样分管吹扫阀11、旋流器12、母管吹扫阀13、压力变送器14、吹扫气母管15、流量计16。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，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。

图1为现有单点采样的方式，样气代表性弱，单点NOx浓度往往无法代表整个监测断面的平均NOx浓度；如图2为现有多点采样混合的方式，在实际应用过程中发现，由于不同采样支管和分管距离采样母管的距离不同，导致每只采样支管和母管抽取的烟气流量存在较大差异，通常靠近采样分管处抽取烟气力量较大。

这种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，包括：脱硝反应器进口或出口断面5、采样分管7、采样支管8、滤芯9、采样分管吹扫阀11、电动调节阀10、流量计16、采样母管1、旋流器12、母管吹扫隔离阀4、空预器出口断面6、CEMS样气隔离阀2、CEMS分析柜、母管吹扫阀13、压力变送器14和吹扫气母管15；

脱硝反应器进口或出口断面5内插有若干采样分管7，每根采样分管7上均匀布置若干根采样支管8；每根采样分管7都接入采样母管1入口，每根采样分管7和采样母管1入口之间依次接入一个滤芯9、一个电动调节阀10和一个流量计16；吹扫气母管15接入压力变送器14入口，压力变送器14出口接入若干采样分管吹扫阀11入口，每根采样分管7对应接入的滤芯9和电动调节阀10之间的管道连接一个采样分管吹扫阀11出口；

采样母管1上接入旋流器12，旋流器12后还设有母管吹扫隔离阀4，母管吹扫隔离阀4后的采样母管1接入空预器出口断面6；母管吹扫阀13入口接入压力变送器14出口，母管吹扫阀13出口接入旋流器12与母管吹扫隔离阀4之间的采样母管1；

旋流器12下游超过10m处设有CEMS采样管，确保采样母管中烟气充分混合均匀，CEMS采样管前端接入CEMS样气隔离阀2，CEMS采样管的末端接入CEMS分析柜。

所述采样支管8的支管开口方向与烟气流向相同，防止烟气中的颗粒物直接进入采样支管8，以避免支管堵塞；采样支管8的直径由远离采样母管1方向往靠近采样母管1方向依次缩小，以保证各采样支管8抽气流量均匀。

所述采样分管7的数量不低于4根，采样支管8的数量不低于4根；每根采样支管8之间间隔一定距离。

所述采样分管7上的电动调节阀10和流量计16为耐高温且防尘防干扰材质；流量计16为热导式流量计。

所述旋流器12的材料为耐高温并防尘的材料，旋流器12的旋流片数量在4片以内，防止给整套旁路采样系统增加过大阻力。

所述滤芯9直径可适当增大直径以增大滤芯9容量，防止滤芯9较快堵塞，同时可降低采样支管8的反吹频率。

某台燃煤机组设置有A、B两侧脱硝反应器，脱硝CEMS样气采集系统采用多点混合采样方式(如图2)。现将其A侧反应器出口CEMS样气采集系统优化为本发明的样气采集系统(如图3)，设置6根管径为DN40的采样分管7，每根采样分管7上均匀布置6根管径为DN20、长度为5cm的采样支管8，支管朝向与气流方向相同。每根采样分管7上设有滤芯9(滤芯处管径为DN100，以增大烟尘储存量)、普通电动调节阀10和热导式流量计16，控制采样分管7内烟气流量为10m³/h(标况)。采样母管1管径为DN100，采样母管1上设有由3片旋流片组成的烟气旋流器12。设置各只采样分管7依次吹扫，吹扫间隔为2h；每根采样分管7吹扫间隔为12h，吹扫时长为30s；采样母管1吹扫间隔为24h，吹扫时长为1min。下表1为在A、B两侧脱硝反应器出口手工测试与脱硝出口CEMS表计比对的结果。图4为A、B两侧脱硝反应器出口不同深度手工测试结果。

表1测试结果汇总

项目	反应器A出口	反应器B出口
			CEMS样气采集方式	多点混合采样(优化后)	传统多点混合采样
手工测试NO<sub>x</sub>平均浓度(mg/m<sup>3</sup>)	66.2	59.2
			CEMS表计示数(mg/m<sup>3</sup>)	62.4	72.3
相对偏差(％)	5.74	22.1

利用本发明的多点混合采样系统，可使CEMS监测值相对偏差降低至10％以内，代表性更强，更真实反应监测断面内整体烟气平均NOx浓度水平。

本发明利用每只采样分管7上的流量计16和电动调节阀10，控制各采样分管7内的抽气流量，保证各采样分管7抽气量均匀，并通过在采样母管1上添加旋流器12，保证来自各采样分管7的烟气混合均匀，使CEMS采集的烟气浓度更具代表性；在每只采样分管电动调节阀10前安装滤芯9，达到优化后段阀门、设备、CEMS表计工作环境的目的，降低阀门、设备损坏率，同时可降低CEMS表计反吹频次，减少CEMS在线监测数据“盲区”时长；可分别对各采样分管7进行单独在线吹扫(通过打开6采样分管吹扫阀，并关闭4电动调节阀实现对采样分管的吹扫)，既保证各采样分管7和支管8通畅，又能在单只采样分管7吹扫时维持其他采样分管持续采样，最大程度降低管路吹扫对CEMS检测数据的影响。

Claims (7)

1.一种用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，其特征在于，包括：脱硝反应器进口或出口断面(5)、采样分管(7)、采样支管(8)、滤芯(9)、采样分管吹扫阀(11)、电动调节阀(10)、流量计(16)、采样母管(1)、旋流器(12)、母管吹扫隔离阀(4)、空预器出口断面(6)、CEMS样气隔离阀(2)、CEMS分析柜、母管吹扫阀(13)、压力变送器(14)和吹扫气母管(15)；

脱硝反应器进口或出口断面(5)内插有若干采样分管(7)，每根采样分管(7)上均匀布置若干根采样支管(8)；每根采样分管(7)都接入采样母管(1)入口，每根采样分管(7)和采样母管(1)入口之间依次接入一个滤芯(9)、一个电动调节阀(10)和一个流量计(16)；吹扫气母管(15)接入压力变送器(14)入口，压力变送器(14)出口接入若干采样分管吹扫阀(11)入口，每根采样分管(7)对应接入的滤芯(9)和电动调节阀(10)之间的管道连接一个采样分管吹扫阀(11)出口；

采样母管(1)上接入旋流器(12)，旋流器(12)后还设有母管吹扫隔离阀(4)，母管吹扫隔离阀(4)后的采样母管(1)接入空预器出口断面(6)；母管吹扫阀(13)入口接入压力变送器(14)出口，母管吹扫阀(13)出口接入旋流器(12)与母管吹扫隔离阀(4)之间的采样母管(1)；

旋流器(12)下游超过10m处设有CEMS采样管，CEMS采样管前端接入CEMS样气隔离阀(2)，CEMS采样管的末端接入CEMS分析柜。

2.根据权利要求1所述用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，其特征在于：所述采样支管(8)的支管开口方向与烟气流向相同；采样支管(8)的直径由远离采样母管(1)方向往靠近采样母管(1)方向依次缩小。

3.根据权利要求1所述用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，其特征在于：所述采样分管(7)的数量不低于4根，采样支管(8)的数量不低于4根；每根采样支管(8)之间间隔一定距离。

4.根据权利要求1所述用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，其特征在于：所述采样分管(7)上的电动调节阀(10)和流量计(16)为耐高温且防尘防干扰材质；流量计(16)为热导式流量计。

5.根据权利要求1所述用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统，其特征在于：所述旋流器(12)的材料为耐高温并防尘的材料，旋流器(12)的旋流片数量在4片以内。

6.一种如权利要求1所述用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统的运行方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1、由采样支管(8)采集的烟气在采样分管(7)上依次经过滤芯(9)、电动调节阀(10)和流量计(16)；通过滤芯(9)在采样支管(8)上对烟气进行除尘后，通过电动调节阀(10)和流量计(16)调节流入采样母管(1)的烟气流量；

步骤2、在滤芯(9)和电动调节阀(10)之间的管路上接有吹扫管路，通过吹扫管路进行分管吹扫：打开采样分管吹扫阀(11)，关闭分管上的电动调节阀(10)，吹扫气母管(15)中的吹扫气经过压力变送器(14)后吹扫前端的滤芯(9)和采样支管(8)；

步骤3、由各采样分管(7)采集的烟气均匀混合后流入采样母管(1)，经旋流器(12)充分混合后，混合后的烟气回流至机组的空预器出口断面(6)；

步骤4、打开CEMS样气隔离阀(2)，在采样母管(1)的后段抽取部分混合均匀的烟气，经过CEMS样气隔离阀(2)进入CEMS分析柜；CEMS分析柜将部分混合均匀的烟气作为样气进行烟气成分分析，并将监测结果反馈到脱硝运行控制画面，并参与到自动喷氨逻辑中；

步骤5、在采样母管(1)上接有吹扫管路，通过吹扫管路进行母管反吹：打开母管吹扫阀(13)，关闭母管吹扫隔离阀(4)和CEMS样气隔离阀(2)，吹扫气母管(15)中的吹扫气经过压力变送器(14)后反吹前段的旋流器(12)和采样分管(7)上的各个阀门和设备。

7.根据权利要求6所述用于燃煤机组脱硝CEMS的样气采集系统的运行方法，其特征在于：所述步骤1中电动调节阀(10)用于调节烟气流量，电动调节阀(10)作为采样分管(7)接受反吹时的后段隔离阀。

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