CN111781033A - 烟气测量取样器、设备、以及烟气测量和脱硝方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了烟气测量取样器、烟气测量设备、烟气测量方法和选择性催化还原烟气脱硝方法。烟气取样臂包括旋转取样轴，具有进气口的第一缓冲室，和具有样气出口的第二缓冲室，并且旋转取样轴在取样臂和轴身中的内腔，所述取样臂上的取样口流体连通至轴身上的轴身出气端口，其中，旋转取样臂接收来自进气口的气体并通过内腔送至样气出口。本发明可以连续检测多个烟道分区的污染物，装置运行可靠性高，进而有效避免喷氨过量。

Description

烟气测量取样器、设备、以及烟气测量和脱硝方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硝领域，特别涉及一种烟气测量取样器、一种烟气测量设备、以及一种烟气测量方法和脱硝方法。

背景技术

目前，选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术作为一种主要的高效氮氧化物(NOx)控制技术在例如燃煤发电机组的烟气治理中得到广泛应用。为此，需在SCR反应器上游向烟道中的烟气喷氨。然而，在运行中，普遍存在喷氨过量现象。一方面，当面对复杂的调峰压力和煤质现状时，火电机组运行工况多变且不稳定，造成了SCR入口速度场、浓度场等边界条件的不稳定，使得喷氨量需满足污染物最恶劣的工况。另一方面，对于污染物排放不断提出更高的标准，也加大了喷氨用量。这一问题在我国的火电行业尤其突出，因为我国调峰压力大、煤质变化大，并且还要满足污染物排放指标远远优于国外水平的超低排放改造标准，因此与国外相比脱硝SCR装置面临更恶劣的入口条件和更高要求的出口条件。喷氨过量现象最终导致下游设备的差压增大，甚至影响机组带负荷能力和机组运行的安全性。为了发挥脱硝SCR装置的潜能和降低氨消耗，已经开始采用分区精细化喷氨控制技术方案。分区精细化喷氨控制技术方案是性价比高的可行方案，其将大烟道分成若干个较小的烟道分区，通过检测每个烟道分区的NOx排放量，对每个分区进行喷氨控制。

为了获得每个烟道分区的NOx数值，需要增加大量测点。目前通常有两种方法。一个是采用多套测量系统同步测量的方法，这样可以得到连续的多组数据，数据及时性好，但是成本高。由于需要采用与分区的数量相同数量的CEMS测量系统，因此当分区个数增多时，成本成比例迅速增加。另一个是采用轮测的方法，使用一台分析仪配合若干套取样装置进行测量。典型地，利用安装在各区域管路上的切换阀门进行切换，使得各个区域的测量样气可以按时间顺序分别进入分析仪进行测量。该方法与同步测量法相比成本较低，但具有单路的时间较长、管路易堵塞(在不进行测量时，没有样气流动，粉尘会沉积)、切换阀易故障(切换阀工作在高温高粉尘环境)等问题。

在气体污染物测量领域，已经提出了旋转式取样装置，来实现不同采样区域的烟气选取。例如，专利申请CN108254581A公开了提出了一种气态污染物多点自动取样测试系统，包括一种旋转式自动切换装置。该旋转式自动取样装置具体包括固定端和旋转选择端，固定端上的多个样气管道接口通过样气管道连接多个布置在烟道中的取样探头，而旋转选择端上设置样气选择接口。旋转端旋转时，样气选择接口随之旋转，从而导出来自不同样气管道接口的样气。

对于烟气测量取样装置，仍存在着改进的需要。

发明内容

在一个方面，本发明提供一种烟气测量取样器，所述烟气测量取样器包含：

旋转取样轴，所述旋转取样轴包括轴身、从所述轴身延伸离开所述轴身的轴线的取样臂、和在所述取样臂上的取样口，并且所述旋转取样轴具有在所述取样臂和所述轴身中的内腔，所述内腔将所述取样口流体连通至所述轴身上的轴身出气端口；

第一缓冲室，所述第一缓冲室包围所述取样臂，具有在围绕所述旋转取样轴的轴线的圆环上分布的多个进气口，并具有出气口；和

第二缓冲室，所述第二缓冲室包围所述轴身出气端口，并具有样气出口，

其中所述取样口配置为随着所述旋转取样轴旋转分别接收来自所述多个进气口的气体。

优选地，所述旋转取样轴由变频电机驱动。

优选地，所述进气口的数量为2-20个。

在另一个方面，本发明提供一种烟气测量设备，所述烟气测量设备包含：

设置在烟道中的多个烟气入口；

上述烟气测量取样器，其中，所述烟气测量取样器的进气口通过烟气管道连接至所述烟气入口；和

气体分析仪，所述气体分析仪连接至所述烟气测量取样器的样气出口。

优选地，所述烟气测量设备还包含：

出气管道，所述出气管道将所述出气口连接至空气预热器出口。

优选地，所述烟气测量设备还包含：

标气源；和

标气进气管道，所述标气进气管道将所述标气源连接至所述多个进气口中的一个。

优选地，所述烟气测量设备还包含：

控制器，所述控制器配置为根据所述气体分析仪的分析数据控制所述旋转取样轴的旋转。

在又一个方面，本发明提供一种使用上述烟气测量设备的烟气测量方法，所述烟气测量方法包括：

使所述烟气测量取样器的所述旋转取样轴旋转，使得所述取样口分别从所述多个进气口接收气体；

将接收的气体经由所述内腔、所述轴身出气端口、所述第二缓冲室、所述样气出口送至所述气体分析仪；以及

使用所述气体分析仪测量所述接收的气体。

优选地，所述烟气测量方法还包括：

利用与所述出气口连接的空气预热器出口造成的压差保持所述第一缓冲室中气体流动。

优选地，所述烟气测量方法还包括：

向所述多个进气口中的一个持续通入标气；以及

在所述旋转取样轴旋转时，通过监测标气所经过的进气口的位置对所述旋转取样轴的旋转进行定位。

优选地，所述烟气测量方法还包括：

根据所述气体分析仪的分析数据控制所述旋转取样轴的旋转。

在又另一个方面，本发明提供一种选择性催化还原烟气脱硝方法，所述烟气脱硝方法包括：

在选择性催化还原反应器下游使用根据上述烟气测量方法测量烟道中污染物含量分布；以及

根据所述污染物含量分布，调节在所述选择性催化还原反应器上游的烟道中不同区域的喷氨量。

本发明的烟气测量取样器将旋转取样轴置于第一缓冲室内部，不存在旋转式外壳，由此无需设置旋转密封面，从而提高了装置运行可靠性；通过设置空心旋转取样轴和第二缓冲室，解决了移动的取样位置与固定的烟气分析仪的连接问题。相应地，本发明的烟气测量设备和方法可以可靠地连续自动测量烟道中各分区的污染物水平。进而，本发明的SCR烟气脱硝方法可以有效避免喷氨过量。

附图说明

图1是烟气测量取样器的一个实施方案的示意图。

图2是一个实施方案中缓冲室表面的示意图，

图3是烟气测量取样器的另一个实施方案的示意图。

图4是烟气测量设备的一个实施方案的示意图。

图5是气体分析结果的一个示意图。

图6是本发明实施例的示意图。

具体实施方式

相关技术中提出了采用旋转式自动取样装置进行烟气污染物分析。该旋转式自动取样装置采用固定外壳和旋转外壳配合，并且在旋转外壳上设置样气出口，以进行样气选择。然而，不依赖于任何理论，本发明的发明人发现，这导致在固定端和旋转选择端之间的旋转密封面过大，围绕整个装置外周，既容易造成旋转密封面的漏气，又容易导致旋转面卡塞。此外，其中的样气选择接口设置在作为装置一侧外壳的旋转选择端上，它们随着旋转位置不断变化，如何稳定地与样气分析仪连接成为问题。实际上，该旋转式自动切换装置无法有效连接转动设备。

本发明提出了一种烟气测量取样器，其可以解决上述问题。

在一个实施方案中，本发明的烟气测量取样器包含：

旋转取样轴，所述旋转取样轴包括轴身、从所述轴身延伸离开所述轴身的轴线的取样臂、和在所述取样臂上的取样口，并且所述旋转取样轴具有在所述取样臂和所述轴身中的内腔，所述内腔将所述取样口流体连通至所述轴身上的轴身出气端口；

第一缓冲室，所述第一缓冲室包围所述取样臂，具有在围绕所述旋转取样轴的轴线的圆环上分布的多个进气口，并具有出气口；和

第二缓冲室，所述第二缓冲室包围所述轴身出气端口，并具有样气出口，

其中所述取样口配置为随着所述旋转取样轴旋转分别接收来自所述多个进气口的气体。

烟气测量取样器包含作为主体的第一缓冲室。第一缓冲室用于接收来自烟道中不同区域的烟气样气，并且用于支持下述的旋转取样轴和容纳取样臂。典型地，其具有固定外壳，本身并不具有转动部。第一缓冲室具有一个用于容纳旋转取样轴的轴身的孔，并且具有在围绕其轴线的圆环上分布的多个进气口。进气口将第一缓冲室内外连通，并且其在第一缓冲室内的开口分布在围绕旋转取样轴轴线的圆环上。这些进气口在第一缓冲室外部可以通过样气管道与烟道中不同分区中设置的烟气入口流体连通。由此，来自各个烟道分区的烟气可以分别从不同的进气口进入第一缓冲室，并且它们在上述圆环区域中离开进气口。进气口可以简单地是第一缓冲室壁上的通孔。更优选地，进气口可以具有朝向在第一缓冲室内延伸的导气管部分，以增强穿过进气口的烟气的方向性。进气口的进气面积可以根据需要适当调节，并且还可以具有面积逐渐减小的喇叭型的入口，使较大横截面积内的烟气聚集进入，以起到将烟气集中的作用，以便通入下述的取样口。

进气口分布在围绕轴线的圆环区域中，该圆环区域对准下述旋转取样轴的取样臂上的取样口的旋转运动轨迹。由此，当取样臂转动至对应位置时，取样口可以接收来自进气口的气体。这样，随着旋转取样轴的旋转，来自多个进气口中的气体由旋转的取样口依次接收。取样口未转到的位置处的进气口接收的烟气则留在第一缓冲室中，不用于烟气分析。

第一缓冲室还具有出气口，从而将上述未用于分析的烟气排出。通过下文所述的连接至空气预热器(空预器)出口的实施方案，出气口可以在不用泵送装置的情况下高效地排出未用于分析的烟气。

旋转取样轴是烟气测量取样器的核心部件之一，其可以绕轴线旋转以从烟道中的不同区域取得烟气样气。为此，旋转取样轴包括轴身、从轴身径向延伸的取样臂、和在取样臂上的取样口，并且旋转取样轴具有在取样臂和轴身中的内腔，内腔将取样口流体连通至轴身上的轴身出气端口。这样，气体可以从取样口进入，经过上述内腔，到达轴身出气端口。

旋转取样轴旋转时，其取样臂在第一缓冲室中旋转。取样臂上具有取样口。取样口在旋转过程中可以与不同的进气口对准。因此，当取样臂旋转时，取样口可以沿绕轴线的圆环区域转动，并取得圆环区域中任一位置处的进气口送来的烟气样气。取样臂上的取样口当旋转到位时，可以与第一缓冲室的进气口气密地配合，但当对分析结果影响不大时，也可以不严格气密配合。

对于取样臂的外形没有特殊要求。其从所述轴身延伸出来，延伸离开轴身的轴线，以保证取样口处于距离轴线一定半径处。具体的取样臂可以是直的，也可以是弯曲的；可以是沿半径方向延伸，也可以是倾斜的。换言之，取样臂的作用是连接取样口和轴身，并保证取样口的旋转轨迹为圆形。

取样臂是单臂形式的。为了转动受力平衡，可以在轴对称位置设置平衡臂。平衡臂中不存在与空腔连通的气体通路，因此不会影响取样臂的取样。不过，平衡臂上可以有通孔，以有利于第一缓冲室中的气体流通。

为了将不同位置取得的样气送至同一位置，本发明设计了旋转取样轴的内腔。该内腔在取样臂和轴身中延伸。利用上述内腔，无论取样臂和其上的取样口位于任何位置，取样口获得的烟气样气均可由轴身上的轴身出气端口排出。该轴身出气端口与下述第二缓冲室配合，可以实现将烟气样气从取样器的固定位置排出，从而实现与烟气分析仪的有效连接。

轴身出气端口在轴身上。其优选在轴身侧壁上，但也可以在轴身的端部。由于轴身也随取样臂旋转，因此，轴身出气端口是运动的。直接将轴身出气端口通过固定管线连通至烟道外的分析仪因此仍是困难的。本发明设计了另一个缓冲室来解决此问题。该缓冲室包围轴身出气端口，并具有样气出口。这样，从运动的轴身出气端口取得的样气先进入缓冲室，随后可以从缓冲室的固定样气出口通过固定管线流动至烟道外。

为了与第一缓冲室区别，将此缓冲室称为第二缓冲室。第二缓冲室的形状可以是任意的。其可以是一个轴身穿过的密封壳体，使得轴身出气端口排出的气体仅能从样气出口进一步排出，同时该密封壳体不影响轴身转动。

本发明的烟气测量取样器通过在第一缓冲室中的旋转取样臂来实现取样，未使用旋转的壳体，不易出现漏气和卡塞现象；通过设计旋转取样臂内腔和第二缓冲室，实现活动的取样部件与固定的气体分析仪的有效连接。

图1示出了烟气测量取样器的一个实施方案。烟气测量取样器包含：旋转取样轴10，旋转取样轴10包括轴身101、从轴身径向延伸的取样臂102、和在取样臂102上的取样口103，并且旋转取样轴具有在取样臂102和轴身101中的内腔105，内腔105将取样口103流体连通至轴身上的轴身出气端口104；第一缓冲室20，第一缓冲室20包围取样臂102，具有在围绕旋转取样轴的轴线的圆环上分布的多个进气口2001、2002，并具有出气口202；和第二缓冲室30，第二缓冲室30包围轴身出气端口104，并具有样气出口301，其中随着旋转取样轴10旋转，取样口103依次接收来自多个进气口2001、2002中的气体。

图1是沿着旋转取样轴的轴向的剖面图。取样臂102可以沿轴线向纸平面外或纸平面内转动。第一缓冲室20上具有多个进气口，并且图中示出了进气口2001和2002。第一缓冲室可以具有在围绕所述旋转取样轴的轴线的圆环上分布的多个进气口。图2示出了第一缓冲室的一个实施方案，示出了具有四个进气口2001-2004的缓冲室的表面的示意图。

随着旋转取样轴的旋转，取样口可以与不同的进气口对位，并接收来自其中的气体。例如，当图1中的旋转取样轴旋转180°时，取样口将转到右侧与进气口2002相对的位置并接收来自其的气体。

在图1中，进气口2001与取样口103描绘为非密封对接的。不过，两者也可以是密封对接的，例如通过在两者的端口步设置密封毡或垫圈等。在图1中，进气口2001与取样口描绘为具有相同的尺寸。不过，两者也可以具有不同的尺寸。在图1中，进气口2001在第一缓冲室内部具有一小段导气管2001a。不过，也可以不具有这样的导气管。在图1中，导气管2001a是平行于旋转轴的，从而进气口2001与旋转轴的距离与取样口103与旋转轴的距离相同。不过，也可以设计为导气管2001a向旋转轴倾斜，使得取样口103与旋转轴的距离小于进气口2001在外壳处的开口与旋转轴的距离，以适当缩短取样臂的长度。在图1中，导气管2001a描绘为圆柱形的，但也可以是收缩的喇叭口形，以使气体集中。

进气口的数量可以为任意的。优选进气口数量为2至20个，用于相应数量的测量分区。超过20个进气口时，由于在每个进气口取样需要一定时间，因此会导致旋转一周的周期较长，在获得实时数据方面较为不利。优选地，进气口沿圆环均匀分布，便于控制取样臂与之对准。

从取样口进入的样气通过空腔105到达轴身出气端口104。图1中的空腔描绘为与取样臂和轴身是同心的。不过，空腔可以成形为任何形状，只要可以起到流体连通作用即可。优选地，空腔内壁平滑，不形成拐角，从而利于气体流动，减少可能造成气流停滞和粉尘堆积的死角。

图1中，轴身出气端口104设置在轴身侧壁上，但也可以设置在例如轴身端部。图1的实施方案中仅有一个轴身出气端口，但也可以设计多个轴身出气端口，它们均通入第二缓冲室。

第二缓冲室30包围轴身出气端口，从而轴身出气端口排出的气体会进入第二缓冲室。图1的实施方案中，轴身101穿过第二缓冲室30的壁，可以旋转，并且在穿透处都是气密的。也可以将轴身的端部也设置在第二缓冲室中。

第二缓冲室具有样气出口301。样气出口将与气体分析仪连通。

如图3所示，旋转取样轴也可以具有平衡臂106，并且其上可以有通孔107供气体流过。

回到图1，第一缓冲室20具有出气口202。未进入取样口103的气体，如图中从进气口2002进入的气体，随后均由出气口202排出。可以在出气口处施加负压，使未被检测的烟气排出第一缓冲室，并且可以使得烟气加速流入第一缓冲室。

本发明的烟气测量取样器将旋转取样轴置于第一缓冲室内部，消除了由于旋转式外壳导致的周边旋转密封面，提高装置运行可靠性；通过设置空心旋转取样轴和第二缓冲室，解决了移动的取样位置与固定的烟气分析仪的连接问题。相应地，本发明的烟气测量设备和方法可以可靠地连续自动测量烟道中各分区的污染物水平。进而，本发明的SCR烟气脱硝方法可以有效避免喷氨过量。

在一个实施方案中，旋转取样轴由变频电机驱动。变频电机的优点是可以灵活条件旋转速度，调节旋转周期。这在根据分析结果对取样进行控制的过程中是特别有利的。

本发明还提供了一种烟气测量设备，其包含：

设置在烟道中的多个烟气入口；

上述烟气测量取样器，所述烟气测量取样器的进气口通过烟气管道连接至所述烟气入口；和

气体分析仪，所述气体分析仪连接至所述烟气测量取样器的样气出口。

本发明的烟气测量设备使用本发明的烟气测量取样器以实现轮流测量，并具有该烟气测量取样器的优点。

在一个实施方案中，烟气测量设备还包含出气管道，出气管道将出气口连接至空气预热器出口。

将出气口连接至空气预热器出口可以利用与所述出气口连接的空气预热器出口造成的压差保持所述第一缓冲室中气体流动。通常，烟道中的烟气在经过SCR脱硝后，会通到空气预热器，以充分利用其中残余的热能。空气预热器可以设置在SCR反应器上游烟道中的合适位置。来自脱硝出口的烟气到达空气预热器入口，经过空气预热器后从空气预热器出口排出。本发明的烟气测量设备从烟气入口取得了烟气中的一部分，剩余的大部分烟气如上所述常规地通向空气预热器入口用于预热。而烟气测量取样器的出气口则通到该空气预热器的出口。一般而言，由于空气预热器的阻力存在，空气预热器出口的压力会低于本发明常用取样位置即脱硝出口处的压力1～2千帕。这样可以无需使用额外的泵装置来抽取样气，而是利用上述压差实现烟气测量取样器中的烟气流动。而且，未通到气体分析仪的烟气可以重新回到大部分烟气中，并随后一起排出，例如通过烟囱排出。当然，本发明也可以利用单独的抽气泵连接烟气测量取样器的出气口以抽取多余的样气。

在本发明中，气路的连接可以是直接或间接连接。典型地，通过管道直连实现，并且也可以在管道上适当地增加阀门、泵机等常规装置。

在一个实施方案中，烟气测量设备还包含

标气源；和

标气进气管道，所述标气进气管道将所述标气源连接至所述多个进气口中的一个。

标气是作为标定标准的气体，其成分和各成分的浓度是已知的。在下文中，有时用“样气的浓度”、“标气的浓度”称呼其中所关注的污染物成分的浓度。通过将一个进气口连接至标气进气管道，可以周期性地向分析仪提供标准气体，用于数据处理、标定和位置表征。具体地，当气体分析仪检测到标气成分时，可以说明旋转臂的取样口所对的进气口是通过标气进气管道连接到标气源的进气口。由此，可以基于气体分析仪的数据对旋转取样臂的旋转参数如周期和位置进行标定。

图4示出了本发明的烟气测量设备的一个示意性实施方案。脱硝处理后的烟气沿管道前进，一部分通过多个烟气管道c(图中示意性画出了3个)通向烟气测量取样器的多个进气口，其余大部分烟气则沿着主管道e通向空气预热器入口。烟气测量取样器的出气口通过管道a连接至空气预热器出口。取样器取得的样气通过管道b连接至烟道外的气体分析仪。标气源通过管道d向烟气测量取样器的一个进气口提供标气。气体分析仪的数据传输至控制器，并且控制器可以控制烟气测量取样器中旋转取样轴的旋转，任选地也可以控制标气源的出气参数以及其他运行参数。

图4中仅示出了一条管道b连接至一个气体分析仪。不过，管道b也可以在烟道外为歧管并连接至多个用于测定不同成分或污染物的气体分析仪。例如，将样气分别送至氮氧化物分析仪、一氧化碳分析仪、氧气分析仪等。

本发明还公开了使用上述烟气测量设备的烟气测量方法，包括：使烟气测量取样器的旋转取样轴旋转，使得取样口分别从多个进气口接收气体；将接收的气体经由内腔、轴身出气端口、第二缓冲室、样气出口送至气体分析仪；以及使用气体分析仪分析接收的气体。优选地，利用与出气口连接的空气预热器出口造成的压差保持第一缓冲室中气体流动。优选地，向多个进气口中的一个持续通入标气；以及利用标气进行标定如旋转臂的定位。优选地，根据气体分析仪的分析数据控制旋转取样轴的旋转。

图5示例性示出了在使用标气的情况下，对四个进气口的气体进行四个周期分析之后的结果示意图，其中一个进气口通入标气。图中，纵坐标为污染物浓度，横坐标为时间。黑色的最高的柱表示标气中的浓度，其他每种颜色各表示一个进气口的样气的浓度。图5中示意性地示出了用本发明的烟气测量设备对三个取样位置进行测量的结果。当依次测量三个位置处的样气与一个标气后，即完成一个循环周期，并开始下一周期。可以根据结果进行进一步分析。例如，可以从图中提取一个取样位置的结果，追踪该位置的浓度变化。

可以看到，每当取样臂旋转至标气所在的进气口时，分析仪可以对结果进行一次标定。换言之，尽管每个周期中烟气样气的浓度发生变化，但标气的浓度是确定不变的或变化很小。

使用标气在多个方面是有利的。

一方面，通过测量标气浓度可以周期性地检查气体分析仪以及烟气测量取样器是否工作正常。如果标气浓度突然变化，可以提示使用者检查气体分析仪是否出现错误或者检查烟气测量取样器是否发生流路堵塞等问题。

另一方面，通过测量标气浓度可以容易地得到旋转周期等参数，进而可以确定分析数据与进气区域的对应关系。

典型地，通过变频电机等控制旋转取样轴旋转。在这种情况下，难以直观地设定旋转周期等参数。通过采用标气，可以从分析数据推算旋转周期。

例如，可以在正式分析进行前，先进行旋转周期的标定。打开标气通路，使旋转取样轴按一定模式旋转，并且用气体分析仪记录浓度的时间函数C(t)。C(t)表示在t时间时测得的浓度。应当注意，此处的时间t可以是时间段。例如，C(0-10秒)表示在0-10秒期间旋转轴停留在一个位置时测得的浓度的平均值。

可以取前两个旋转周期，并且考察何时C(t)＝C₀，其中C₀是标气浓度。那么，若在测得两次C₀之间的时间差为T，则T即为旋转周期的时间。

例如，C(0-10秒)和C(40-50秒)均为C₀，那么，接收烟气样气的时间T即为40秒。同时，可以将t₀＝第80秒作为测量的起点时间。

在得知时间T后，即可以将后续的数据根据烟气样气入口N数量分配到各个烟气入口。例如，有N＝3个烟气样气入口，那么可以确定，从t₀起，在第i个周期时，第m个烟气样气入口的浓度应该为C(t₀+(i-1)*T+T*[m-m+1]/N)。例如，接上述实例，在第3个周期时第2个烟气入口的浓度应为C(80s+(3-1)*40s+40s*(2-3)/4)，即C(180s-190s)。

以上只是利用标气确定旋转周期并进而分配测量值的一个实例。本领域技术人员也可以使用其他利用标气测量分配测量值的方式。

从另一方面说，使用标气还可以确保在每周旋转之后，可能出现的时间误差或空间误差得以消除。

尽管控制器能够通过控制变频器转速来控制测量周期，但控制时可能出现时间或空间误差，造成预计旋转位置与测量数据不匹配。随着运行周期数不断增加，误差的积累可能导致数据和对应位置产生明显失配。此外，当使用变频电机驱动时，转动周期也是可变的。因此，在测量时插入标准测点是有利的。可以通过插入的标准测点，对测量位置定位进行最终确定。

由于可以在连续数据中清楚地辨别标气数据，因此，可以在一个进气口连接标气源，从而直接从数据得知旋转臂每周在何时到达该进气口位置，避免误差累积。

在此基础上，可以将数据直接分配给各个区域。具体分配方式为，相邻两次测量到标气数值之间为旋转取样轴的取样臂旋转一周的周期。随后，可以将此周期内的测量值平均分配给各个进气口。换言之，可以不像上述方法一样从固定的t₀时间起分配测量值，而是根据每次标气测量动态地分配测量值。

例如，烟道区中有三个烟气入口，并分别连接至图2所示的进气口2001-2003，而进气口2004连接至标气源。理想状态下，例如，旋转臂在每个进气口处停留10秒，并且将在此10秒期间气体分析仪测量值的平均值作为进气口数据，那么应当从开始测量起每10秒即为一个进气口的数据。然而，由于控制时可能有一定时间或空间误差，例如每一周未必为标准的40秒，若不加标定和修正，在多个周期运行后，可能无法准确得知测量值与进气口的对应关系。

不过，由于2004连接至标气源，因此每个周期开始后，可以重新分配测量数据，即时间误差不会累积到下一周期的测量中。由于进气口沿圆周均匀分布，可以将相邻两组标气数据之间的数据曲线，平均分配给2001、2002、2003进气口对应的烟气入口所在的烟道分区，而避免对测量数据进行多周期累积。

可以先确定旋转周期。例如，首先记录标气数据向烟气数据突变的时点t₁，随后记录下一次标气数据向烟气数据突变的时点t₂，从而得到时间差T。该时间差T即为取样臂旋转一周所用时间。随后，将周期T内的时间按进气口个数N均分为N个时间段，则每个时间段T/N中的数据即对应于各个进气口的数据。多个周期后，也不会出现误差的累积。

另一个方式是首先记录标气数据向烟气数据突变的时点t₁，随后记录下一次烟气数据向标气数据突变的时点t₂，得到时间差P。该时间差即为取样臂经过所有烟气样气进气口所用时间。随后，将该时间P内的时间按通入烟气的进气口个数N-1均分为N-1个时间段，则每个时间段P/(N-1)中的数据即对应于各个进气口的数据。多个周期后，也不会出现误差的累积。

而且，即使旋转参数发生变化，例如通过变频电机使得变为在每个进气口不再为10秒，也可以容易地将测量数据分配给相应的烟道分区。

还可以采用其他方法根据标定的标气进气口位置进行数据处理。例如，可以将旋转臂从一个进气口到下一个进气口的时间考虑在内并除去相关的测量值。另外，当可以足够精确地控制旋转取样轴转动而不发生误差累积时，也可以仅采用标气来准确标定周期长度，并根据该周期长度进行推算后续周期的数据。

图5中，每个柱可以是在一个旋转周期内在一个进气口处停留时进行的连续测量曲线的平均值。当然，也可以测量多个离散的点，例如每秒获得一个测量值。

烟气测量设备还包含控制器。控制器配置为根据气体分析仪的分析数据控制电机频率，从而控制旋转取样轴的旋转，进而调节旋转周期。此外，控制器的作用还可以控制标气源的气体流动参数。此外，控制器还可以集成数据处理、分析仪标定、各区域管路定位等功能。当然，也可以采用单独的处理器分别完成上述功能。

气体分析仪采集随时间变化的烟气成分数据。根据前述方法将这些数据归属于不同的烟道分区。随后，可以对数据进行滤波、求平均值等操作。由此即可以得到各个烟道分区的成分状况。

前述的标气进气还可以用于对气体分析仪进行标定。分析仪一般采用光学原理。光学元件在使用过程中，会发生一些系统性的偏差，最终导致测量数据漂移失真。因此，分析仪需要进行定期标定校正，确保数据的准确性。气体分析仪可以根据标气标牌浓度和测量浓度，自动完成数据校正。虽然可以单独设置用于标定气体分析仪的标气装置，但是优选地，通过本发明的标气进气口，可以同时完成气体分析仪标定和旋转臂定位。

本发明还提供使用上述烟气测量设备的烟气测量方法，烟气测量方法包括：

使所述烟气测量取样器的所述旋转取样轴旋转，使得所述取样口分别从所述多个进气口接收气体；

将接收的气体经由所述内腔、所述轴身出气端口、所述第二缓冲室、所述样气出口送至所述气体分析仪；以及

使用所述气体分析仪测量所述接收的气体。

如上所述，可以利用与所述出气口连接的空气预热器出口造成的压差保持所述第一缓冲室中气体流动。可以向所述多个进气口中的一个持续通入标气；以及在所述旋转取样轴旋转时，通过监测标气所经过的进气口的位置对所述旋转取样轴的旋转进行定位。

可以根据所述气体分析仪的分析数据控制所述旋转取样轴的旋转。当数值波动较大时，可以加快旋转取样轴的旋转速度，即缩短取样周期，以更快地获得数据，进而更频繁地调节下述的喷氨等工艺，以及时控制烟气污染物。相反，当数值波动小时，可以保持较长的取样周期，相应地可以减少不必要的操作。

以下采用实施例来进一步说明本发明。

实施例

在SCR反应器下游的矩形烟道中，并排设置三个烟气入口，用于监测三个烟道分区中的污染物。烟气测量取样器的进气口数量为4个，其中3个通过烟气管道连接至烟气入口，一个连接至标气源。标气源提供NOx浓度100mg/m³的气体。烟气测量取样器的出气口连接至空气预热器出口。该空气预热器的入口与烟道连接。

由于空气预热器出口烟道的压力低于SCR反应器下游烟道，所以样气会自然流动。分析仪对样气中的NOx成分进行分析测量。

图6示意性地示出了此实施例中各个部件的逻辑关系。图中上方示出了烟道横截面，用虚线表示其中三个分区。每个分区中设置有烟气入口(用圆圈表示)，并且烟气通往取样器。取样器与标气源和分析仪气体连接。控制器同时与取样器、标气源和分析仪连接，从分析仪获得数据并用于控制取样器和标气源的操作。

使取样器开始旋转，旋转周期为40秒，在每个进气口处，取样口停留时间为10秒。

分析仪的数据周期可以为1秒，为了和取样口停留时间对应，将连续10秒的数据取平均，得到各个区域的测量数值。

在本实施例中，在一个时间段，分析仪处理后的NO_x浓度数据为(单位为mg/m³)：40、40、80、100、35、45、78、98、30、50、75、100。每个数据表示一个进气口的情况，共进行了三个周期。将其进行分配后，得到第一区域的浓度数据为：40、35、30；第二区域的浓度数据为：40、45、48；第三区域的浓度数据为：80、78、75。标气的测得浓度数据为100、98、100。

排放控制目标为50mg/m³，因此，第一区域NOx浓度偏小，且还在进一步减小，这说明在SCR上游中对应的第一烟道分区的喷氨量偏大，需要减少喷氨量；第二区域NOx浓度也偏小，但逐渐增加至50附近，该区域喷氨量不需要调整；第三区域NOx浓度偏大，且减小速度很慢，说明该区域喷氨量偏小，需要适当增加该区域喷氨量。

通过这种方式，进行喷氨量的调节实时调节，从而使得SCR下游各区域的NOx浓度能够稳定在设定值50mg/m³附近，实现分区精细调节。可见，本发明可以连续检测多个烟道分区的污染物，装置运行可靠性高，进而有效避免喷氨过量。

注意到，标气浓度100mg/m³可以大于排放控制目标50mg/m³。这是因为标气的总量很小，不会对环境造成实质上的影响。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种烟气测量取样器，其特征在于，所述烟气测量取样器包含：

旋转取样轴，所述旋转取样轴包括轴身、从所述轴身延伸离开所述轴身的轴线的取样臂、和在所述取样臂上的取样口，并且所述旋转取样轴具有在所述取样臂和所述轴身中的内腔，所述内腔将所述取样口流体连通至所述轴身上的轴身出气端口；

第一缓冲室，所述第一缓冲室包围所述取样臂，具有在围绕所述旋转取样轴的轴线的圆环上分布的多个进气口，并具有出气口；和

第二缓冲室，所述第二缓冲室包围所述轴身出气端口，并具有样气出口，

其中所述取样口配置为随着所述旋转取样轴旋转分别接收来自所述多个进气口的气体。

2.根据权利要求1所述的烟气测量取样器，其特征在于，

所述旋转取样轴由变频电机驱动。

3.根据权利要求1所述的烟气测量取样器，其特征在于，

所述进气口的数量为2-20个。

4.一种烟气测量设备，其特征在于，所述烟气测量设备包含：

设置在烟道中的多个烟气入口；

根据权利要求1所述的烟气测量取样器，其中，所述烟气测量取样器的进气口通过烟气管道连接至所述烟气入口；和

气体分析仪，所述气体分析仪连接至所述烟气测量取样器的样气出口。

5.根据权利要求4所述的烟气测量设备，其特征在于，所述烟气测量设备还包含：

出气管道，所述出气管道将所述出气口连接至空气预热器出口。

6.根据权利要求4所述的烟气测量设备，其特征在于，所述烟气测量设备还包含：

标气源；和

标气进气管道，所述标气进气管道将所述标气源连接至所述多个进气口中的一个。

7.根据权利要求4所述的烟气测量设备，其特征在于，所述烟气测量设备还包含：

控制器，所述控制器配置为根据所述气体分析仪的分析数据控制所述旋转取样轴的旋转。

8.一种使用权利要求4所述的烟气测量设备的烟气测量方法，其特征在于，所述烟气测量方法包括：

使所述烟气测量取样器的所述旋转取样轴旋转，使得所述取样口分别从所述多个进气口接收气体；

将接收的气体经由所述内腔、所述轴身出气端口、所述第二缓冲室、所述样气出口送至所述气体分析仪；以及

使用所述气体分析仪测量所述接收的气体。

9.根据权利要求8所述的烟气测量方法，其特征在于，所述烟气测量方法还包括：

利用与所述出气口连接的空气预热器出口造成的压差保持所述第一缓冲室中气体流动。

10.根据权利要求8所述的烟气测量方法，其特征在于，所述烟气测量方法还包括：

向所述多个进气口中的一个持续通入标气；以及

在所述旋转取样轴旋转时，通过监测标气所经过的进气口的位置对所述旋转取样轴的旋转进行定位。

11.根据权利要求8所述的烟气测量方法，其特征在于，所述烟气测量方法还包括：

根据所述气体分析仪的分析数据控制所述旋转取样轴的旋转。

12.一种选择性催化还原烟气脱硝方法，其特征在于，所述烟气脱硝方法包括：

在选择性催化还原反应器下游使用根据权利要求8所述的烟气测量方法测量烟道中污染物含量分布；以及

根据所述污染物含量分布，调节在所述选择性催化还原反应器上游的烟道中不同区域的喷氨量。

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