CN113252408A - 一种分布式烟气采集与分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式烟气采集与分析系统，包括烟气混合器、烟气泵、烟气分析仪及若干烟气取样管；各烟气取样管一端的烟气取样头均插入于烟道内，各烟气取样管的另一端均与烟气混合器相连通，烟气分析仪的入口经烟气泵与烟气混合器相连通，各烟气取样管上均设置有第一阀门，该系统能够有效解决传统烟气分析中测量结果准确性低、代表性差、造价高及灵活性差的问题。

Description

一种分布式烟气采集与分析系统
技术领域
本发明属于火力发电设备领域，涉及一种分布式烟气采集与分析系统。
背景技术
火力发电厂是利用电站锅炉燃烧，将原煤、煤矸石、天然气、石油、生物质等一次能源通过锅炉燃烧，将化学能转化成热能，再通过汽轮发电机组将热能转化为电能的过程。
电站锅炉燃烧过程中，烟气中的O2含量是保证锅炉安全经济运行至关重要的控制参数，同时烟气中的CO含量是判断锅炉总风量及炉内燃烧状况的基本指标，NO、SO2含量是判断锅炉脱硝与脱硫系统运行状态的重要指标，NH3含量是防止氨逃逸率的重要指标。因此精准测量烟气中成分对锅炉安全、环保、经济运行至关重要。
当运行氧量偏低时，将会出现燃料燃烧不完全、飞灰与炉渣可燃物含碳量高，锅炉效率降低，锅炉经济性变差问题；当运行氧量过低时，一方面将会使主燃烧区域氧量不足，影响煤粉在炉内的着火与燃尽，促使炉膛火焰中心升高，导致屏过超温，管材寿命降低，发生屏式受热面爆管问题，同时也会使主燃烧区域水冷壁区域还原性气氛居高不下，导致并加剧水冷壁高温腐蚀，使水冷壁壁厚快速减薄，严重影响锅炉运行安全性。当高负荷条件下运行氧量偏高时，锅炉烟气量增大，排烟热损失增加，锅炉热效率降低，排烟中NOx排放浓度升高；风机电耗增加，厂用电率偏高，锅炉运行经济性降低；炉膛温度降低，辐射吸热量降低，对流吸热量增加，高温过热器与高温再热器有易超温。当低负荷条件下运行氧量偏高时，炉膛温度降低，煤粉着火推迟，燃烧稳定性降低，低负荷稳燃能力降低。
目前国内电站锅炉烟气成分测量主要在炉膛出口、脱硝入口、脱硝出口与空预器出口四个位置，其中炉膛出口与空预器出口主要测量烟气氧含量，脱硝入口与脱硝出口主要测量烟气中O2、NO、CO、NH3含量。四个位置的取样与采集方法基本相同，即在对应取样位置的同一截面上沿宽度方向开孔，沿烟道深度方向垂直于烟道壁面布置2-3个测量孔，每个测量孔插入1个测量原件，插入深度为1.0-1.5m深度，对烟气成分进行测量，每个测量原件对应一个测量表计或测量系统。运行人员根据每个表计的测量值判断锅炉运行状态。现有测量系统及表计的缺点如下：
第一：测量准确性与代表性低
根据目前机组容量的不同，300-1000MW等级发电机组锅炉炉膛出口、脱硝入口、脱硝出口与空预器出口四个位置烟道截面尺寸均较大，宽度方向为10-20m，深度方向为3-10m，且由于锅炉运行状态的不同，同一截面烟气的温度场、烟气成分浓度场、速度场分布极不均匀，针对大截面尺寸与烟气成分浓度场不均匀的测量条件下，仅在沿宽度方向布置2-3个测点，且测量深度仅为1-1.5m的固定点测量烟气成分，测量的结果只能代表测量一次元件探头位置处的烟气成分，不足以代表整个截面的实际情况，因此造成测量准确性低，无法给机组运行人员提供准确的判断依据，甚至可能造成误判。
第二：造价高
目前测量的烟道中烟气成分主要是烟气O2、NO、NH3、CO体积浓度，在锅炉炉膛出口、脱硝入口、脱硝出口与空预器出口四个位置的烟道截面上都布置有2-3个表计，且每个表计都是单参数单点测量，因此要完成锅炉在上述四个截面的测量，通常需要8-14个O2测量表计、8-10个NO测量表计、2-3个NH3测量表计、2-3个CO测量表计。其中每个表计及系统价格在5-40万之间，因此购买成本高，同时由于测量表计较多，表计的日常维护、耗材更换及维修费用较高。
第三：灵活性低
为了掌握锅炉的实际运行状况，运行人员需要了解同一位置多种烟气成分的具体值、动态变化规律及同一截面的场分布，而现有的测量方式只能满足整个烟道沿宽度方向某一截面较强深度的测量，无法获取整个截面的烟气成分场分布及单一位置的多参数同步测量，测量灵活性偏低。
综上所述，目前电站锅炉烟气采集与测量系统在测量准确性、代表性、造价、灵活性方面均存在亟待解决和优化的问题。因此需要设计出一种全新系统，该系统兼顾测量的准确性、代表性、造价成本和测量灵活性，满足电站锅炉运行调整控制对烟气成分采集与测量的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种分布式烟气采集与分析系统，该系统能够有效解决传统烟气分析中测量结果准确性低、代表性差、造价高及灵活性差的问题。
为达到上述目的，本发明所述的分布式烟气采集与分析系统包括烟气混合器、烟气泵、烟气分析仪及若干烟气取样管；
各烟气取样管一端的烟气取样头均插入于烟道内，各烟气取样管的另一端均与烟气混合器相连通，烟气分析仪的入口经烟气泵与烟气混合器相连通，各烟气取样管上均设置有第一阀门。
各烟气取样管上均设置有振打器及过滤器，振打器、过滤器及第一阀门沿烟气流动方向依次分布。
还包括旁路烟道；旁路烟道的一端与任一一根烟气取样管相连通，旁路烟道的另一端与烟气泵的入口相连通，旁路烟道上设置有旁路阀。
烟气分析仪的入口处及各烟气取样管上均设置有流量计，烟气分析仪的入口处设置有第二阀门。
还包括第一吹扫管路、取样管吹扫风储气罐及若干第二吹扫管路；
第一吹扫管路的一端与取样管吹扫风储气罐相连通，第一吹扫管路的另一端与烟气混合器相连通，烟气混合器底部的排污口处设置有混合器排污阀；
一根第二吹扫管路对应一根烟气取样管，各第二吹扫管路的一端与取样管吹扫风储气罐相连通，各第二吹扫管路的另一端与对应烟气取样管相连通。
第一吹扫管路上设置有第一吹扫阀，第二吹扫管路上设置有第二吹扫阀。
第二吹扫管路与烟气取样管的连接位置位于过滤器与第一阀门之间。
烟气取样管外设置有伴热装置或保温装置。
还包括就地控制器及远程控制器，振打器、第一阀门及烟气泵均与就地控制器及远程控制器。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的分布式烟气采集与分析系统在具体操作时，由于炉膛内燃烧的不确定性及不均匀性，同时受到烟道及受热面几何特性的影响，同一截面中烟气成分的分布不均匀度很高，本发明在同一烟道内布置多个烟气取样头，再将抽取的烟气送入烟气混合器中进行混合，然后利用烟气分析仪对混合烟气进行检测，避免传统测量方法中单点测量时测点较少，以点代面的缺点，以提高测量的准确性及代表性，另外，在实际操作时，可以通过控制各烟气取样管上的第一阀门，对每个烟气取样头所在位置的烟气进行单独测量，或者任意组合测量，以实现多种组合方式下的烟气采集及测量，灵活性更强。最后，本发明利用同一烟气分析仪即可测量烟道内多个位置处的烟气，测量成本及维护成本较低。
进一步，本发明具有清灰振打、反吹清扫的功能，以保证系统的稳定性及可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为烟道、2为烟气取样头、3为振打器、4为过滤器、5为烟气取样管、6为第一阀门、7为烟气混合器、8为烟气分析仪、9为混合器排污阀、10为取样管吹扫风储气罐、11为第二吹扫管路、12为流量计、13为烟气泵、14为旁路烟道、15为第一吹扫管路。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的分布式烟气采集与分析系统包括烟气混合器7、烟气分析仪8、取样管吹扫风储气罐10、第一吹扫管路15、烟气泵13、旁路烟道14、若干第二吹扫管路11及若干烟气取样管5；
各烟气取样管5一端的烟气取样头2均插入于烟道1内，各烟气取样管5的另一端均与烟气混合器7相连通，烟气分析仪8的入口经烟气泵13与烟气混合器7相连通，其中，各烟气取样管5上均设置有振打器3、过滤器4及第一阀门6，振打器3、过滤器4及第一阀门6沿烟气流动方向依次分布。
旁路烟道14的一端与任一一根烟气取样管5相连通，旁路烟道14的另一端与烟气泵13的入口相连通，旁路烟道14上设置有旁路阀。
烟气分析仪8的入口处及各烟气取样管5上均设置有流量计12，烟气分析仪8的入口处设置有第二阀门。
第一吹扫管路15的一端与取样管吹扫风储气罐10相连通，第一吹扫管路15的另一端与烟气混合器7相连通，烟气混合器7底部的排污口处设置有混合器排污阀9；一根第二吹扫管路11对应一根烟气取样管5，其中，各第二吹扫管路11的一端与取样管吹扫风储气罐10相连通，各第二吹扫管路11的另一端与对应烟气取样管5相连通。
第一吹扫管路15上设置有第一吹扫阀，第二吹扫管路11上设置有第二吹扫阀。
第二吹扫管路11与烟气取样管5的连接位置位于过滤器4与第一阀门6之间。
烟道1的横截面为长方形结构或者圆形结构，各烟气取样头2沿烟道1横截面宽度方向的不同深度布置，且该横截面与烟气流动方向相垂直。
烟气取样管5的数目为4-6根，通过各烟气取样管5抽取烟道1内的烟气，再送入烟气混合器7中进行充分混合，然后在烟气泵13的作用下进入到烟气分析仪8中进行分析处理。
为防止系统堵塞，本发明中振打器3固定于烟气取样管5上，振打器3投运后，能够及时清除粘附在管壁的灰尘；为防止烟气中的水蒸气在管路中冷凝，再与烟气中的灰分粘结堵塞管路，在所有烟气取样管5外设置有伴热装置或保温装置。
为提高系统操作性，振打器3、第一阀门6及烟气泵13均与就地控制器及远程控制器，以实现就地及远程控制，整个系统配备PLC控制系统。
吹扫气源为电厂仪用压缩空气，取样管吹扫风储气罐10输出的吹扫气体分为两路，其中，一路吹扫烟气取样头2至烟气混合器7之间的管路及设备，吹扫后介质反吹至烟道1内，另一路吹扫烟气混合器7，吹扫烟气混合器7后，吹扫后介质从烟气混合器7底部的混合器排污口9排出，通过取样管吹扫风储气罐10不仅能够减小对电厂医用气源的干扰，也能够保证吹扫气源稳定性。
另外，烟气泵13采用一备一用的工作模式，以提高系统的可靠性。
本发明旨在将燃煤、燃气、垃圾焚烧、煤矸石焚烧等火力发电机组锅炉烟道中的烟气进行分布式采集、均匀混合、精准测量，可用于测量上述锅炉的脱硝系统进出口烟道、空预器进出口烟道、除尘器进出口烟道、脱硝系统进出口烟道的烟气采集及分析测量。在上述烟道1选取测量截面，在截面上沿宽度方向开测孔并安装多个烟气取样探头2，烟气取样探头2中的烟气经过滤器4除灰后，然后汇流至烟气混合器7中，在烟气混合器7中充分混合并二次沉降除灰后，然后通过烟气泵13泵入烟气分析仪8中进行成分分析。
另外，本发明具有振打防堵、气力反吹清扫、过滤除灰、伴热防堵、过滤清灰、旁路烟道功能，能够保证系统安全稳定运行，减小系统维护量；同时具有多个流量计12与可调节的阀门，能够实现系统烟气流量的精确控制及灵活调整，保证测量的准确性及代表性；在配备PLC控制系统后，能够实现远程及就地控制，具有远程操控能力，可以极大降低运行操作量，降低运行人员工作量。
本发明中采用的部件及设备结构简单，可选用普通材质，投资成本低，具有良好的经济性，同时与现有一个烟气取样探头配备一个测量表计的测量系统相比，可以成倍降低测量表计数量，最大程度节约投资成本及维护成本。

Claims (9)

1.一种分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，包括烟气混合器(7)、烟气泵(13)、烟气分析仪(8)及若干烟气取样管(5)；
各烟气取样管(5)一端的烟气取样头(2)均插入于烟道(1)内，各烟气取样管(5)的另一端均与烟气混合器(7)相连通，烟气分析仪(8)的入口经烟气泵(13)与烟气混合器(7)相连通，各烟气取样管(5)上均设置有第一阀门(6)。
2.根据权利要求1所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，各烟气取样管(5)上均设置有振打器(3)及过滤器(4)，振打器(3)、过滤器(4)及第一阀门(6)沿烟气流动方向依次分布。
3.根据权利要求1所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，还包括旁路烟道(14)；旁路烟道(14)的一端与任一一根烟气取样管(5)相连通，旁路烟道(14)的另一端与烟气泵(13)的入口相连通，旁路烟道(14)上设置有旁路阀。
4.根据权利要求1所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，烟气分析仪(8)的入口处及各烟气取样管(5)上均设置有流量计(12)，烟气分析仪(8)的入口处设置有第二阀门。
5.根据权利要求2所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，还包括第一吹扫管路(15)、取样管吹扫风储气罐(10)及若干第二吹扫管路(11)；
第一吹扫管路(15)的一端与取样管吹扫风储气罐(10)相连通，第一吹扫管路(15)的另一端与烟气混合器(7)相连通，烟气混合器(7)底部的排污口处设置有混合器排污阀(9)；
一根第二吹扫管路(11)对应一根烟气取样管(5)，各第二吹扫管路(11)的一端与取样管吹扫风储气罐(10)相连通，各第二吹扫管路(11)的另一端与对应烟气取样管(5)相连通。
6.根据权利要求5所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，第一吹扫管路(15)上设置有第一吹扫阀，第二吹扫管路(11)上设置有第二吹扫阀。
7.根据权利要求5所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，第二吹扫管路(11)与烟气取样管(5)的连接位置位于过滤器(4)与第一阀门(6)之间。
8.根据权利要求1所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，烟气取样管(5)外设置有伴热装置或保温装置。
9.根据权利要求1所述的分布式烟气采集与分析系统，其特征在于，还包括就地控制器及远程控制器，振打器(3)、第一阀门(6)及烟气泵(13)均与就地控制器及远程控制器。
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