CN112098461B - 一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，涉及烟气检测领域，包括计算机控制系统和烟气调温器，烟气调温器连通有烟气缓冲器，烟气缓冲器底部开设有排液口，烟气缓冲器一侧连通有水平设置的测试管道，测试管道末端连通有烟气缓冲罐，烟气缓冲罐底部连通有烟气排放装置；测试管道内穿设有测试管，测试管一端穿过烟气缓冲器后连接有温水循环管路，另一端穿过烟气缓冲罐后连接有可调温水装置；测试管上安装有与计算机控制系统连接的热电阻、电容传感器和露点探头。本发明通过酸露点的数学模型修正得出一个真实的酸露点控制点，作为一个优化的炉子烟道气排放温度控制点，提高炉子的热效率。

Description

一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置

技术领域

本发明涉及烟气检测技术领域，特别是涉及一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置。

背景技术

一个锅炉烟道气的排放温度大小决定了炉子的热效率，炉子的烟道气温度下降15℃，炉子的热效率提高1％。一个大型锅炉或者电厂蒸汽锅炉、石化厂的管式加热炉的热效率每提高1％，其产生的经济效益可达几千万元/年。

所以降低炉子烟气温度是目前炉子的设计工程师与炉子制造工厂的追求目标，但是炉子烟道气温度如果低于烟气酸露点，那么炉子的烟道内设备的金属表面会凝结酸性的凝结液，此酸性凝结液对金属表面产生化学腐蚀，损坏烟道内设备，例如烟道气换热器翅管。酸性凝结液对烟道设备的严重腐蚀，使炉子无法工作，迫使停炉检修，停产又会造成很大的经济损失。

为了二者顾全，炉子的设计者及用户根据燃料的含基硫量大小，进行酸露点的数学计算得出一个理论的酸露点，而实际操作要求烟道气的排放温度高于酸露点30℃以上，防止发生烟道设备酸腐蚀。因此，目前需要一种能够真实反映烟道气内酸露点的检测装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过酸露点的数学模型修正得出一个真实的酸露点控制点，作为一个优化的炉子烟道气排放温度控制点，提高炉子的热效率，解决烟气酸性点对烟道设备腐蚀的难点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，包括计算机控制系统和烟气调温器，所述烟气调温器一端通过引气管与烟道连通，另一端连通有烟气缓冲器，所述烟气缓冲器底部开设有排液口，所述排液口上安装有冷凝液排放阀，所述烟气缓冲器一侧连通有水平设置的测试管道，所述测试管道末端连通有烟气缓冲罐，所述烟气缓冲罐底部连通有烟气排放装置；所述测试管道内穿设有测试管，所述测试管一端穿过所述烟气缓冲器后连接有温水循环管路，另一端穿过所述烟气缓冲罐后连接有可调温水装置；所述测试管上安装有与所述计算机控制系统连接的热电阻、电容传感器和露点探头。

可选的，所述烟气缓冲器下方插设有凝液酸性计。

可选的，所述测试管道采用高温玻璃管或高温透明PVC管制成。

可选的，所述烟气调温器内设置有一组烟气调温管，所述烟气调温管通过管道连接有冷凝水源，所述管道上设置有温控阀。

可选的，所述可调温水装置处设置有风箱，所述风箱与所述测试管连通。

可选的，所述烟气排放装置包括烟囱或引风机。

可选的，该测量装置所采用的酸露点的数学模型为：

其中，t_sid——酸露点C°，t_id——水露点C°，k——根据实际实验校正系数，S_ar——燃料含基硫量％。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明模拟了在不同气候、温度条件下与烟道设备不同区域温度的不同，烟道气温度的不同条件下，测量其凝结液酸度、水露点、酸露点的参数，利用计算机的综合参数分析法得出一个有代表性的真实的酸露点并且找到一个优化的烟道气排放温度。同时利用计算机对酸露点数学模型进行修正，得出一个真实的酸露点数学模型，通过对燃料含基硫的百分比得出酸露点作为一个操作监控点。通过改变烟道气温度得到管壁表面酸露点凝结液状态，得出烟道气真实的酸露点与真实的凝结液酸浓度。通过改变测试管内流动温水温度得出测量管表面温度，得出酸露点对管壁表面结露的相关性，即管壁表面结露时管壁温度与酸露点之间温度差是多少；找出酸露点对烟道换热器结露的灵敏点(最低结露区域)。通过测量得到真实酸露点，凝结液酸浓度，空气换热器表面实际温度，特别是空气进口端管壁温，水露点等参数进行综合管理，得出优化的烟道排烟温度，提高炉子的热效率保护炉子的烟道转换器翅管延长使用寿命。通过真实酸露点的测试，随酸露点计算的数学模型进行比对修正，得出适该炉子的真实酸露点的计算数学模型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明烟气引入法在线水露点酸露点测量装置结构示意图；

图2为本发明烟气引入法在线水露点酸露点测量装置与计算机控制系统连接方式示意图；

其中，1为烟气调节器、2为烟气调温管、3为PLC计算机控制系统、4 为温控阀、5为烟气缓冲器、6为测试管道、7为测试管、8为凝液酸性计、9 为烟气缓冲罐、10为照明装置、11为热电阻、12为露点探头、13为电容传感器、14为烟囱、15为可调温水装置、16为温度计、17为风箱、18为冷凝液排放阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过酸露点的数学模型修正得出一个真实的酸露点控制点，作为一个优化的炉子烟道气排放温度控制点，提高炉子的热效率，解决烟气酸性点对烟道设备腐蚀的难点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

炉子烟道的酸露点大小由以下4个方面因素决定

a)燃料含基硫的多少，可以用数学模型计算得出理论酸露点。

b)燃料的含灰量及炉子烟道气中含灰量多少。

c)炉子的结构影响烟道气酸露点。

d)操作工对炉子的操作，例如：空气过程系数的控制，烟道气氧含量的控制大小，均会影响酸露点。

烟道气及烟道空气预热器表面温度分布梯度不同，有些地方温度低于酸露点，产生凝结液，这些凝结液对设备表面的酸腐蚀大小由凝结液的酸性强弱而决定。

针对上面的影响酸露点4个因素及烟道内设备表面(空气换热器、进出口管面)温度和气候温度变化与水露点对酸露点的影响。即4个因素2个方面的技术背景下发明了烟气引入法在线水露点酸露点测量装置。

本发明烟气引入法在线水露点酸露点测量装置模拟并测试了在不同气候、温度条件下与烟道设备不同区域凝结液酸度、水露点、酸露点的参数，利用计算机的综合参数分析法得出一个有代表性的真实的酸露点并且找到一个优化的烟道气排放温度。同时利用计算机对酸露点数学模型进行修正，得出一个真实的酸露点数学模型，通过对燃料含基硫的百分比得出酸露点作为一个操作监控点。

具体的，本发明提供一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，如图1 和图2所示，从烟道高温换热器出口(或者从烟道引风机出口)引入烟气，并通过引流管引进烟气调节器1，烟气调节器1内的烟气调温管2以冷水为冷却剂，通过PLC计算机控制系统3对温控阀4的开度调节，以烟气出口温度为被调参数(设定值)达到计算机所设定的温度，此被调温度可以根据要求选定，温度根据实验需要而定。烟气调温管2在烟气调节器1内设置一组盘管。

被设定的烟气经烟气调节器1进入烟气缓冲器5，由于缓冲器口径为100，比烟气管大，烟气进入有一定缓冲停留时间，此时穿设于测试管道6内的测试管7经烟气缓冲器5穿出，到温水排出口。测试管7表面冷凝液经烟气缓冲器 5汇集在烟气缓冲器5底部，进去烟气缓冲器5底部的冷却液由凝液酸性计8 进行测量，将冷凝液酸浓度信号以4-20mA模拟信号形成，输入PLC计算机控制系统3，供实验室计算的需要。(酸度计也可以以pH酸碱计变送器代替)，在烟气缓冲器5累积的凝液累积到一定数量后，可以打开冷凝液排放阀18进行泄放。

烟气缓冲器5与烟气缓冲罐9之间连通的测试管道6为一段长度L＝600mm 的玻璃(高温)透明的测试管道，也可以用DN50透明高温PVC管代替，测试管道6外包覆有透明的保温层，且测试管道6一侧设置有照明装置10。测试管道6内嵌入一根不锈钢的测试管7，模拟空气预热器的翅管。测试管7内流动的是可调节温水，改变温水的温度，可以改变测试管7不锈钢管表面的温度，测试管7的不锈钢表面安装有管壁，表面嵌装热电阻11、露点探头12，同时在测试管7表面安装电容传感器13。露点探头12将所测量的信号4-20mA 输入PLC计算机控制系统3供计算与分析用。电容大小代表管壁表面酸露点情况，经现场调试可得出电容量与露点结露的关系值。经测试后的烟气进入烟气缓冲罐9后再引入烟囱14向大气排放。与测试管7连通的可调温水装置15 设置有加热装置，可调温水的温度设定由PLC计算机系统设定其温度信号输入PLC计算机控制系统，PLC计算机控制系统控制可调温水装置15的加热电流就可以达到控制温水温度，供水控制阀采用电动控制阀，由PLC计算机控制系统3进行控制。本发明各个结构处均分别设置有温度计16，温度计16与 PLC计算机控制系统3连接。

风箱17是模拟烟道空气预热器进风端的低温进口段翅管酸露点凝结情况，特别是冬天，温度低，温水无法达到低温，此时可以启动风箱17的风扇，仿真烟道预热器进风状态。

本发明测量装置所采用的酸露点的数学模型为：

其中，t_sid——酸露点C°，t_id——水露点C°，k——根据实际实验校正系数，S_ar——燃料含基硫量％。

表一tid与烟气水蒸气含量(体积分数的关系)

烟气水蒸气含量(V％)	1	5	10	15	20	30	50
								烟气水露点温度(C％)	6.7	32.3	45.6	53.7	59.7	68.7	80.9

PLC计算机控制系统负责将输入后的信号输入计算软件，进行数据统计，计算，曲线，表格的制作，并且进行酸露点数学模型的计算对比、修正。其所有参数进入历史数据库，供研究分析进行综合管理得出烟道气排放温度的优化控制，提高加热炉热效率的目的。烟道气酸露凝结液对空气换热器的腐蚀程度由凝结液的酸度而定。

本发明将管壁凝液酸浓度对管壁腐蚀的曲线与表制成相关程序模块，输入PLC计算机控制系统，将本发明装置输入的凝结液酸度与曲线表进行对比，得出凝结液对烟道设备及空气换热器金属表面腐蚀速度(g/m²·h)以及腐蚀速度与温度的关系，计算机将这些参数输入烟气综合管理与分析模块进行优化管理。

通过管壁凝液酸浓度对管壁腐蚀的关系可以分析：

管壁表面发生金属腐蚀实际上是金属失去电子的氧化反应，例如，钢材中的Fe原子被氧化即开始发生腐蚀，腐蚀是一个工程概念，而在工程范畴内离不开“宏观量”和时间的概念，也就是说速度的概念，管壁面上凝结成的 H₂SO₄液体必须达到一定量与浓度后，才有发生真正意义腐蚀的可能，石否真正意义腐蚀的可能，是否真正能消耗“宏观量”的Fe原子又与上述化学反应速度有关，而上述反应速度又受液体H₂SO₄的浓度与温度的影响，所以冷凝液体的H₂SO₄的浓度与温度是管壁酸腐蚀的关键。

常规情况下炉子烟道气SO₂含量决定了烟道气内SO₃与H₂SO₄的含量，经现场取样分析其凝结液的H₂SO₄(硫酸)浓度在1-70％范围内。

如烟道气SO₂含量与燃料的含硫量及炉子的操作及烟道气的氧含量密切相关，从上述的因果关系分析，得出一个结论，如果我们对于炉子的燃料气(指燃气炉)进行脱硫处理，如果燃料气含硫量在4ppm之内(目前是小于20ppm) 这种净化后燃料气其SO₂含量在烟气很小，其凝结液的酸浓度在2％以下，其对管壁的腐蚀是微乎其微的，并且可以延长烟道设备使用寿命，同时烟气SO₂含量的微小(在2mg/L之内)其排放的SO₂大大低于国家规定范围之下，大大减少SO₂对于大气的污染，也省略对炉子烟气排放的脱硫装置的投资。也是当今提倡的炉子前端脱硫的技术所在。通过烟道气凝结液酸浓度、水露点、酸露点的综合管理，对烟道气的排放温度进行优化，可以提高炉子的热效率，根据实验。一个中型电厂对烟道气排放进行综合管理可以提高热效率2％以上，可以创造几千万的经济效益。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，其特征在于：包括计算机控制系统和烟气调温器，所述烟气调温器一端通过引气管与烟道连通，另一端连通有烟气缓冲器，所述烟气缓冲器底部开设有排液口，所述排液口上安装有冷凝液排放阀，所述烟气缓冲器一侧连通有水平设置的测试管道，所述测试管道末端连通有烟气缓冲罐，所述烟气缓冲罐底部连通有烟气排放装置；所述测试管道内穿设有测试管，所述测试管一端穿过所述烟气缓冲器后连接有温水循环管路，另一端穿过所述烟气缓冲罐后连接有可调温水装置；所述测试管上安装有与所述计算机控制系统连接的热电阻、电容传感器和露点探头；所述烟气调温器内设置有一组烟气调温管，所述烟气调温管通过管道连接有冷凝水源，所述管道上设置有温控阀；所述烟气缓冲器下方插设有凝液酸性计；该测量装置所采用的酸露点的数学模型为：

其中，t_sid——酸露点C°，t_id——水露点C°，k——根据实际实验校正系数，S_ar——燃料含基硫量％；

计算机控制系统负责将输入后的信号输入计算软件，进行数据统计，计算，曲线，表格的制作，并且进行酸露点数学模型的计算对比、修正。

2.根据权利要求1所述的烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，其特征在于：所述测试管道采用高温玻璃管或高温透明PVC管制成。

3.根据权利要求1所述的烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，其特征在于：所述可调温水装置处设置有风箱，所述风箱与所述测试管连通。

4.根据权利要求1所述的烟气引入法在线水露点酸露点测量装置，其特征在于：所述烟气排放装置包括烟囱或引风机。

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