CN112082830A - 一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，该取样系统包括安装在烟道（3）中的等距等面积取样装置（1），等距等面积取样装置（1）的末端连通样气汇集母管（4）的起始端且样气汇集母管（4）的出口连通风机（5）入口，在样气汇集母管（4）上设有检测仪器（6），检测仪器（6）中的温压流测量仪（62）获得的样气汇集母管（4）内的样气流速信号通过线路传递至控制装置（7），控制装置（7）通过线路与风机（5）相连接且控制装置（7）能够获得烟道（3）内的烟气流速信号。本发明的取样系统中每个取样点到汇合点的距离一致、每个取样管路内流量一致，且样气流速和烟气流速相等，以保证测量的准确性。

Description

一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统

技术领域

本发明涉及气体、气固两相流取样技术领域，具体地说是一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统。

背景技术

传统的电厂，锅炉气体、气固两相流取样，采用单点取样以及多个单点组合式取样，由于烟道截面大，单点取样或多个单点组合式取样存在较大的取样盲区；在直管段短的情况下，流速分布十分复杂，导致取样偏差大、取样不具备代表性；且在温度较低的烟道，如净烟气管道，取样管路经常会被黏糊状异物堵塞取样口，维护量大；之前有些系统实现了多点取样，但流量较小；大多数设备监测数据单一；在做烟尘量分析时，无法实现系统和烟道内流速一致，从而导致测量的数据不准确等一系列问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统；上述取样系统能够实现多个取样点等量平均取样，充分、真实的反映烟道中的介质成分，取样具有代表性，取样口不易堵塞，系统流量大，取样点流量一致，实现介质多成分测量，集成化程度高，系统稳定、可靠、维护量小，适用于含尘量小、温度≤150℃的多相流多成分监测。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：该取样系统包括安装在烟道中的等距等面积取样装置，等距等面积取样装置的末端连通样气汇集母管的起始端且样气汇集母管的出口连通风机入口，在样气汇集母管上设有分别通过线路与后台分析系统相连接的检测仪器，检测仪器中的温压流测量仪获得的样气汇集母管内的样气流速信号通过线路传递至控制装置，控制装置通过线路与风机相连接以控制风机的功率且控制装置能够获得烟道内的烟气流速信号。

所述的等距等面积取样装置包括N级依次连通的取样管路，N≥3；该等距等面积取样装置中的同级取样管路的截面积相同且第N级取样管路的截面积等于全部第N-1级取样管路的截面积之和；该等距等面积取样装置中的同级取样管路的长度一致，使得任意一级取样管路的取样口至第N级取样管路进口端的距离一致。

所述的一级取样管路包括迎风取样管和取样口处设置自动清灰机构的切向取样管，其中迎风取样管的取样口面朝迎风面设置且切向取样管的取样口切向迎风面设置。

所述迎风取样管的取样口位于烟道内的同一截面上、切向取样管的取样口的中轴线位于烟道内的同一截面上。

所述一级取样管路的末端通过对应的过渡节安装在二级取样管路的进口端；任一二级取样管路的同一进口端皆对应设置相互垂直的迎风取样管和切向取样管，其中迎风取样管设置在二级取样管路的进口端的径向、切向取样管设置在二级取样管路的进口端的轴向。

所述的二级取样管路垂直于烟气两相流流向设置，且与同一三级取样管路的进口端相对应连通的两二级取样管路的轴向出口端之间亦相互连通。

任意一级取样管路的取样口至相邻两级取样管路的汇合点的距离一致。

所述等距等面积取样装置中的第N-1级取样管路相对其前级别的取样管路向后倾斜设置。

所述等距等面积取样装置中的取样管路采用支架限位固定。

所述的等距等面积取样装置包括一级取样管路、二级取样管路、三级取样管路、四级取样管路和五级取样管路，其中五级取样管路的进口端连通两组四级取样管路的出口端、任一组四级取样管路的进口端连通四组三级取样管路的出口端、任一组三级取样管路的进口端连通两组二级取样管路的出口端、任一组二级取样管路的进口端连通两组一级取样管路的出口端。

所述二级取样管路和三级取样管路的连通处为第一汇合点、三级取样管路和四级取样管路的连通处为第二汇合点、且四级取样管路和五级取样管路的连通处为第三汇合点，上述第二汇合点处的三级取样管路的出口端内侧衔接段为和三级取样管路内壁齐平的斜面。

所述的样气汇集母管上设有多个穿出保温墙的探杆，在探杆的出口端设有用于固定检测仪器的安装法兰、或者用于连接比对设备的比对法兰。

所述的检测仪器包括用于分析测量样气汇集母管内的样气成分和含量的烟气分析仪、测量样气汇集母管内的样气的温度压强流速的温压流测量仪、测量样气汇集母管内的样气湿度的湿度仪、测量样气汇集母管内的样气中的颗粒物浓度的烟尘仪，用于安装上述烟气分析仪、温压流测量仪、湿度仪、烟尘仪的安装法兰距离样气汇集母管的中心距离与各安装法兰对应的探杆的长度相匹配。

所述的控制装置内设有连接风机的变频器且控制装置通过变频器控制能够耐高温高压样气的风机。

所述样气汇集母管的出口处设有三通管，三通管的一个进口连接样气汇集母管的出口端、两个带手动/自动球阀的出口分别通过各自对应的金属软管连接相应风机的进口，风机的出口设有通向烟道内腔的管道。

所述风机的进口处设有释压阀。

本发明相比现有技术有如下优点：

本发明的取样系统改变了以往测量烟道面积大、有限的测点无法充分真实的反映烟道中的介质成分、取样不具代表性且存在盲区，改变了以往取样点易堵塞导致系统无法正常运行的状况；该取样系统将烟道的整个截面分成若干相同的单元面积，每个单元面积布置一个取样点，且每个取样点到汇合点的距离一致，且通过取样管路的截面积设定实现每个取样管路内流量一致，在每个取样点设置自动清灰机构，防止取样口堵塞；采用高温高压风机作为动力装置，流量大、耐高温且运行稳定；该系统能够测量介质多成分的数据，集成化程度高；在测量烟尘含量时，能实现系统流速和烟道内流速一致，进而提高数据的准确性。

附图说明

附图1为本发明的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统的结构示意图；

附图2为本发明的等距等面积取样装置的结构示意图；

附图3为本发明的等距等面积取样装置的第二汇合点处的结构示意图。

其中：1—等距等面积取样装置；11—一级取样管路；111—迎风取样管；112—切向取样管；12—二级取样管路；13—三级取样管路；14—四级取样管路；15—五级取样管路；16—自动清灰机构；17—第一汇合点；18—第二汇合点；19—第三汇合点；2—支架；3—烟道；4—样气汇集母管；5—风机；6—检测仪器；61—烟气分析仪；62—温压流测量仪；63—湿度仪；64—烟尘仪；7—控制装置；8—探杆；81—安装法兰；82—比对法兰；9—三通管；10—金属软管。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-2所示：一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，该取样系统包括能够固定安装在烟道3中的等距等面积取样装置1，等距等面积取样装置1的末端连通样气汇集母管4的起始端且样气汇集母管4的出口连通风机5入口，在样气汇集母管4上设有分别通过线路与后台分析系统相连接的检测仪器6，检测仪器6中的温压流测量仪62获得的样气汇集母管4内的样气流速信号通过线路传递至控制装置7，控制装置7通过线路与风机5相连接以控制风机5的功率且控制装置7能够获得烟道3内的烟气流速信号；该取样系统通过对烟道3内的烟气流速信号和样气汇集母管4内的样气流速信号进行比较为取样系统的运行提供连锁控制信号，使得样气汇集母管4内的样气流速与烟道3内的烟气流速一致。

如图1-2所示：等距等面积取样装置1包括N级依次连通的取样管路，N≥3；该等距等面积取样装置1中的同级取样管路的截面积相同且第N级取样管路的截面积等于全部第N-1级取样管路的截面积之和，以保证每个取样点等量取样，使取样更具代表性；该等距等面积取样装置1中的同级取样管路的长度一致，使得任意一级取样管路11的取样口至第N级取样管路进口端的距离一致，实现等距，进而保证等量取样。

其中一级取样管路11包括迎风取样管111和取样口处设置自动清灰机构16的切向取样管112，其中迎风取样管111的取样口面朝迎风面设置且切向取样管112的取样口切向迎风面设置，以便于取样并防止取样管路堵塞，另外迎风取样管11的取样口根据实际需要确定是否设置自动清灰机构6；迎风取样管111的取样口位于烟道3内的同一截面上、切向取样管112的取样口的中轴线位于烟道3内的同一截面上。任意一级取样管路11的取样口至相邻两级取样管路的汇合点的距离一致。

进一步的，一级取样管路11的末端通过对应的过渡节安装在二级取样管路12的进口端，过渡节的使用时为了防止二级取样管路内部有台阶，积灰堵塞管路；任一二级取样管路12的同一进口端皆对应设置相互垂直的迎风取样管111和切向取样管112，其中迎风取样管111设置在二级取样管路12的进口端的径向、切向取样管112设置在二级取样管路12的进口端的轴向；二级取样管路12垂直于烟气两相流流向设置，且与同一三级取样管路13的进口端相对应连通的两二级取样管路12的轴向出口端之间亦相互连通。

在上述结构的基础上，等距等面积取样装置1中的第N-1级取样管路相对其前级别的取样管路向后倾斜设置，且角度不能太小，防止堵灰并节约安装空间。

如图1所示，在样气汇集母管4上设有多个穿出保温墙的探杆8，在探杆8的出口端设有用于固定检测仪器6的安装法兰81、或者用于连接比对设备的比对法兰82；检测仪器6包括用于分析测量样气汇集母管4内的样气成分和含量的烟气分析仪61、测量样气汇集母管4内的样气的温度压强流速的温压流测量仪62、测量样气汇集母管4内的样气湿度的湿度仪63、测量样气汇集母管4内的样气中的颗粒物浓度的烟尘仪64，以实现样气多成分数据监测。用于安装上述烟气分析仪61、温压流测量仪62、湿度仪63、烟尘仪64的安装法兰9距离样气汇集母管4的中心距离与各安装法兰9对应的探杆8的长度相匹配，故烟气分析仪61、温压流测量仪62、湿度仪63、烟尘仪64的位置不可随意变动。

在控制装置7内设有连接风机5的变频器且控制装置7通过变频器控制能够耐高温高压样气的风机5，高温高压风机流量大、耐高温且运行稳定；在样气汇集母管4的出口处设有三通管9，三通管9的一个进口连接样气汇集母管4的出口端、两个带手动/自动球阀的出口分别通过各自对应的金属软管10连接相应风机5的进口，且风机5的出口设有通向烟道3内腔的管道。采用一用一备的风机5提高了取样系统的可靠性；风机5和样气汇集母管4用金属软管10连接，是为了减少现场震动对风机5及取样系统的影响；在风机5的进口处设有释压阀，是为了防止取样系统压力过高损坏风机5。

本发明的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统采用如图2所示的等距等面积取样装置1时，等距等面积取样装置1包括一级取样管路11、二级取样管路12、三级取样管路13、四级取样管路14和五级取样管路15，其中五级取样管路15的进口端连通两组四级取样管路14的出口端、任一组四级取样管路14的进口端连通四组三级取样管路13的出口端、任一组三级取样管路13的进口端连通两组二级取样管路12的出口端、任一组二级取样管路12的进口端连通两组一级取样管路11的出口端；其中二级取样管路12和三级取样管路13的连通处为第一汇合点17、三级取样管路13和四级取样管路14的连通处为第二汇合点18、且四级取样管路14和五级取样管路15的连通处为第三汇合点19，上述第二汇合点18处的三级取样管路13的出口端内侧衔接段为和三级取样管路13内壁齐平的斜面（如图3所示）。

如图2所示，上述等距等面积取样装置1中的取样管路采用支架2限位固定，如图2的等距等面积取样装置1中，通过三级取样管路13限位固定一部分二级取样管路12、支架2限位固定二级取样管路12即可实现32个取样点的均匀分布；当然，支架2也可以通过限位固定三级取样管路13或四级取样管路14来配合三级取样管路13限位固定一部分二级取样管路12以实现32个取样点的均匀分布。该等距等面积取样装置1的取样点实际上处于烟道3内的两个不同的截面上，其中全部迎风取样管111的取样口面朝迎风面设置且位于烟道3内的同一截面上、朝向全部相同的切向取样管112的取样口切向迎风面设置且位于烟道3内另外的同一截面上；所以说，该等距等面积取样装置1是选取烟道3的两个截面（由于一级取样管路1的长度较短，故实际上两个截面之间的间距较小），然后将每个截面分成若干相同的单元面积，每个单元面积布置一个取样点取样。

使用时，如图2所示的等距等面积取样装置1，当流体经过迎风取样管111和切向取样管112的取样口，通过二级取样管路12汇集到第一汇合点17，通过三级取样管路13汇集到第二汇合点18，通过四级取样管路14汇集到第三汇合点19就进入了最后的五级取样管路15；每个取样口到第三汇合点19的距离一致，实现等量取样；在流体流动时的动能作用下，自动清灰机构16做无规律摆动，敲打碰刮取样口，起到自清灰作用。如图1所示，取样系统以高温高压风机5作为动力装置，实现流体从等距等面积取样装置1进入并返回烟道3的闭环取样。流体通过等距等面积取样装置1进入，保证每个取样口等量取样，等距等面积取样装置1的五级取样管路15和样气汇集母管4相连，样气通过五级取样管路15进入样气汇集母管4，各监测仪器6安装在样气汇集母管4上设置的探杆8的安装法兰81上，就能够进行多成分数据监测；样气经过样气汇集母管4进入风机5的本体后返回烟道3内。在高温高压风机5和样气汇集母管4的连接处设有三通管9，三通管9的一接口和样气汇集母管4连接、另外两个接口分别安装手动/自动球阀，是为了实现动力装置一用一备，提高取样系统可靠性；控制装置7设有变频器对风机5进行变频控制以满足取样系统不同的流速需求，保证取样系统和烟道3内流速相等，以便测量烟尘含量的准确性。

本发明的取样系统还能够实现同时同截面烟气成分的比对功能，常规的人工比对是通过不同的比对孔抽取样气得出数值取平均值，这样的人工比对方式耗时长，而且不同截面所得数据不具备代表性，工作量大。基于本发明的取样系统，能够实现同时同截面烟气成分的比对功能，流程同上；如果只是为了实现比对功能，各测量设备不必安装，将监测设备安装在样气汇集母管4上预留的比对法兰82上，抽取样气得出的数值为同一全截面的平均值，代表性好且省时省力。

本发明的取样系统能够实现多个取样点等量平均取样，充分、真实的反映烟道中的介质成分，取样具有代表性，取样口不易堵塞，系统流量大，取样点流量一致，实现介质多成分测量，集成化程度高，系统稳定、可靠、维护量小，适用于含尘量小、温度≤150℃的多相流多成分监测。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (14)

1.一种用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：该取样系统包括安装在烟道（3）中的等距等面积取样装置（1），等距等面积取样装置（1）的末端连通样气汇集母管（4）的起始端且样气汇集母管（4）的出口连通风机（5）入口，在样气汇集母管（4）上设有分别通过线路与后台分析系统相连接的检测仪器（6），检测仪器（6）中的温压流测量仪（62）获得的样气汇集母管（4）内的样气流速信号通过线路传递至控制装置（7），控制装置（7）通过线路与风机（5）相连接以控制风机（5）的功率且控制装置（7）能够获得烟道（3）内的烟气流速信号。

2.根据权利要求1所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述的等距等面积取样装置（1）包括N级依次连通的取样管路，N≥3；该等距等面积取样装置（1）中的同级取样管路的截面积相同且第N级取样管路的截面积等于全部第N-1级取样管路的截面积之和；该等距等面积取样装置（1）中的同级取样管路的长度一致，使得任意一级取样管路（11）的取样口至第N级取样管路进口端的距离一致。

3.根据权利要求2所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述的一级取样管路（11）包括迎风取样管（111）和取样口处设置自动清灰机构（16）的切向取样管（112），其中迎风取样管（111）的取样口面朝迎风面设置且切向取样管（112）的取样口切向迎风面设置。

4.根据权利要求3所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述迎风取样管（111）的取样口位于烟道（3）内的同一截面上、切向取样管（112）的取样口的中轴线位于烟道（3）内的同一截面上。

5.根据权利要求3所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述一级取样管路（11）的末端通过对应的过渡节安装在二级取样管路（12）的进口端；任一二级取样管路（12）的同一进口端皆对应设置相互垂直的迎风取样管（111）和切向取样管（112），其中迎风取样管（111）设置在二级取样管路（12）的进口端的径向、切向取样管（112）设置在二级取样管路（12）的进口端的轴向。

6.根据权利要求5所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述的二级取样管路（12）垂直于烟气两相流流向设置，且与同一三级取样管路（13）的进口端相对应连通的两二级取样管路（12）的轴向出口端之间亦相互连通。

7.根据权利要求2所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：任意一级取样管路（11）的取样口至相邻两级取样管路的汇合点的距离一致。

8.根据权利要求2所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述等距等面积取样装置（1）中的第N-1级取样管路相对其前级别的取样管路向后倾斜设置。

9.根据权利要求1所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述等距等面积取样装置（1）中的取样管路采用支架（2）限位固定。

10.根据权利要求1所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述的样气汇集母管（4）上设有多个穿出保温墙的探杆（8），在探杆（8）的出口端设有用于固定检测仪器（6）的安装法兰（81）、或者用于连接比对设备的比对法兰（82）。

11.根据权利要求1或10所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述的检测仪器（6）包括用于分析测量样气汇集母管（4）内的样气成分和含量的烟气分析仪（61）、测量样气汇集母管（4）内的样气的温度压强流速的温压流测量仪（62）、测量样气汇集母管（4）内的样气湿度的湿度仪（63）、测量样气汇集母管（4）内的样气中的颗粒物浓度的烟尘仪（64），用于安装上述烟气分析仪（61）、温压流测量仪（62）、湿度仪（63）、烟尘仪（64）的安装法兰（9）距离样气汇集母管（4）的中心距离与各安装法兰（9）对应的探杆（8）的长度相匹配。

12.根据权利要求1所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述的控制装置（7）内设有连接风机（5）的变频器且控制装置（7）通过变频器控制能够耐高温高压样气的风机（5）。

13.根据权利要求1或12所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述样气汇集母管（4）的出口处设有三通管（9），三通管（9）的一个进口连接样气汇集母管（4）的出口端、两个带手动/自动球阀的出口分别通过各自对应的金属软管（10）连接相应风机（5）的进口，风机（5）的出口设有通向烟道（3）内腔的管道。

14.根据权利要求13所述的用于环保监测的大烟道矩阵式烟气成分取样系统，其特征在于：所述风机（5）的进口处设有释压阀。

Images