CN113375987A - 自吸式cems多点烟气取样装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种自吸式CEMS多点烟气取样装置及控制方法，为了克服取样时间长、测量滞后的问题，将取样管接到空预器出口烟道上，利用空压器出口烟道压力比脱硝反应器出口压力低1‑2KPa的特点，该压差远大于取样泵的压头，依靠该差压可使烟气自然快速流动，实现取样管内烟气快速置换，消除取样滞后，使烟气取样速度不仅仅依靠取样泵，而是借助脱硝出口和空预器出口的烟气压差，形成烟气自然循环。进一步地，在该取样管管道经过CEMS的取样泵前，接一路取样支管，由取样泵抽取烟气进入CEMS分析仪经实验验证，这种方式取样时间可以缩短90％以上。

Description

自吸式CEMS多点烟气取样装置及控制方法

本申请是发明名称为“自吸式CEMS多点烟气取样装置及控制方法”的分案申请，其中母案的申请号为201911227318.2，申请日为2019.12.04。

技术领域

本发明涉及热控仪表领域，尤其涉及一种自吸式CEMS多点烟气取样装置及控制方法。

背景技术

对于火电厂污染物的排放控制，NOx的控制一直是个难点。一方面是由于仅依靠出力有限的取样泵抽取烟气速度慢，且取样管路长等原因，造成烟气取样时间长，CEMS测量滞后长达1-2分钟；另一方面由于烟道直管段短，烟气流场不均，烟气紊流严重等原因，造成烟气取样不具代表性，CEMS测量不能真实反映烟气含量。以上两个原因，造成火电机组脱硝喷氨控制困难。为避免排放超标，目前大多电厂采用过度喷氨的控制方式，造成喷氨成本大大增加的同时，存在空预器堵塞的风险。

发明内容

介于现有技术方案存在的两个难以克服的缺点：

1.仅依靠出力有限的取样泵抽取烟气，取样泵的出力有限，取样管路长，造成烟气取样时间长，CEMS测量滞后长达1-2分钟，等烟气送到分析仪，烟道内的烟气成分往往已发生改变。

2.烟道直管段短，烟气流场不均，烟气紊流严重，且探头插入深度短，造成烟气取样不具代表性，CEMS测量不能真实反映烟气含量。

本发明具体采用以下技术方案：

一种自吸式CEMS多点烟气取样装置，其特征在于：取样管分别连接空预器出口烟道、脱硝反应器出口烟道和取样泵。

优选地，所述取样管在脱硝反应器出口烟道和取样泵之间设置有连接CEMS分析仪的取样支管。

优选地，所述取样管的脱硝反应器出口烟道侧、空预器出口烟道侧和取样泵侧分别设置有分别连接PLC的：第一吹扫切换电磁阀、第二吹扫切换电磁阀和取样电磁阀；所述取样电磁阀还分别连接CEMS分析仪和吹扫气源。

优选地，所述取样管伸入脱硝反应器出口烟道的取样结构包括：安装有延伸管的多个取样点；每一所述取样点上的延伸管伸入超过烟道的1/2深处；多个所述取样点分别连接混合罐，所述混合罐连接取样管。

优选地，多个所述取样点包括位于烟道横向1/4、1/2和3/4处的三个取样点。

优选地，每一延伸管通过安装在保护套管上的大小头固定，构成每一取样点上取样分管的延伸；所述延伸管朝下设置有多个取样孔；所述保护套管通过法兰安装在脱硝反应器出口烟道壁上。

优选地，每一所述延伸管上取样孔的个数为4个-8个。

优选地，每一所述取样分管和混合罐之间设置有二级滤网和回路隔离阀。

优选地，所述第二吹扫切换电磁阀和空预器出口烟道之间的取样管上安装有烟气流量调节阀。

以及根据以上优选装置的控制方法，其特征在于：

执行取样操作时：所述取样电磁阀接通CEMS分析仪，第一吹扫切换电磁阀和第二吹扫切换电磁阀均打开；

执行上部管路吹扫操作时：所述取样电磁阀接通吹扫气源，第一吹扫切换电磁阀打开，第二吹扫切换电磁阀关闭；

执行下部管路吹扫操作时：所述取样电磁阀接通吹扫气源，第一吹扫切换电磁阀打开，第二吹扫切换电磁阀关闭。

本发明及其优选方案克服了现有技术当中存在的重大缺陷：

为了克服取样时间长、测量滞后的问题，将取样管接到空预器出口烟道上，利用空压器出口烟道压力比脱硝反应器出口压力低1-2KPa的特点，该压差远大于取样泵的压头，依靠该差压可使烟气自然快速流动，实现取样管内烟气快速置换，消除取样滞后，使烟气取样速度不仅仅依靠取样泵，而是借助脱硝出口和空预器出口的烟气压差，形成烟气自然循环。进一步地，在该取样管管道经过CEMS的取样泵前，接一路取样支管，由取样泵抽取烟气进入CEMS分析仪经实验验证，这种方式取样时间可以缩短90％以上。

为了克服取样不具有代表性的问题，采用多点取样加混合方式，横向增加取样点，纵向增加取样深度，实现多点取样。具体方法是在烟道横向1/4和3/4处，各增加一个取样点，加上原1/2处的取样点，组成3个取样点。同时在每个取样点采用延伸管延伸至超过烟道深度1/2处，在延伸管下部开4-8个孔，实现多点取样，取样烟气引入混合罐内，使烟气充分混合，以实现取样烟气的代表性。

同时，还增加了二级过滤，防止粉尘进入CEMS系统；增加隔离阀，实现在线维护；增加流量调节阀，避免管道结露和延长滤网使用寿命；采用分离式延伸取样探头，实现延伸管不影响取样探头维护，探头可分离；延伸管下部开孔，减少灰尘进入，同时实现多点取样；还设计了吹扫双切换电磁阀，实现了取样管路全管路吹扫。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为现有技术结构示意图；

图2为本发明实施例整体结构示意图；

图3为本发明实施例取样结构示意图；

图中：1-取样管；2-取样电磁阀；3-取样泵；4-吹扫气源；5-第一吹扫切换电磁阀；6-第二吹扫切换电磁阀；7-烟气流量调节阀；8-延伸管；9-大小头；10-二级滤网；11-回路隔离阀；12-混合罐；13-保护套管；14-法兰。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：

如图1所示，现有各大CEMS设备厂家生产的CEMS烟气取样装置，取样管插入烟道深度不足2m，烟气抽取依靠取样泵提供动力抽取。

如图2、图3所示，在本实施例提供的方案中，为了克服取样时间长、测量滞后的问题，将取样管1接到空预器出口烟道上，利用空压器出口烟道压力比脱硝反应器出口烟道压力低1-2KPa的特点，该压差远大于取样泵3的压头，依靠该差压可使烟气自然快速流动，实现取样管1内烟气快速置换，消除取样滞后。而在该取样管1管道经过CEMS的取样泵3前，接一路支管，由取样泵3抽取烟气进入CEMS分析仪经实验验证，这种方式取样时间可以缩短90％以上。

为了克服取样不具有代表性的问题，采用多点取样加混合方式，横向增加取样点，纵向增加取样深度，实现多点取样。具体方法是在烟道横向1/4和3/4处，各增加一个取样点(在图2当中，看起来3个取样点是在竖直方向的，但仅仅是为了方便理解的示意图，实际上，3个取样点是在横向呈水平排布的)，加上原1/2处的取样点，组成3个取样点。同时在每个取样点通过延伸管8延伸至超过烟道深度1/2处，在延伸管8下部开4-8个孔，实现多点取样，取样烟气引入混合罐12内，使烟气充分混合，以实现取样烟气的代表性。

为了确保该取样装置长期稳定运行，该装置除了快速性和代表性外，还进行了如下改进和优化设计：

1.二级过滤和在线维护

由于经过本实施例方案改进的取样烟气流量会变大很多，粉尘的吸入量也随之增大，为防止取样管1管路堵塞，在每个取样点的每根取样分管在进入混合罐12前各增加二级滤网10，以进一步净化样气纯净度，保护仪表，防止堵塞。并在二级滤网10和混合罐12之间增加一个回路隔离阀11，当需要维护时，直接关闭该回路隔离阀11即可，以实现在线隔离维护。

2.延伸管不影响取样探头维护，探头可分离

由于烟气含尘量大，工况较差，取样探头需定期抽出来维护。为确保取样管1可抽取维护，如图3所示，本实施例采用了取样支管和延伸管8可分离的安装方式，将延伸管8通过大小头9焊接在保护套管13上，不与取样支管本身构成固接，由于保护套管13通过法兰14与烟道壁连接，方便拆卸，这样就使取样探头保持可拆卸状态。

3.延伸管底部开孔，减少灰尘吸入

延伸管8开孔位置在底部，有两个优点，一个是背风面，另一个是开口朝下，可减少粉尘进入延伸管8。

4.双吹扫切换阀，实现全管路吹扫

为防止取样管1路堵塞，实现取样全管路吹扫，本实施例在CEMS取样路前后各增加一个吹扫切换电磁阀，即第一吹扫切换电磁阀5和第二吹扫切换电磁阀6和取样电磁阀2，由CEMS反吹PLC控制。当吹扫指令发出后，CEMS系统用吹扫气对取样管1路进行反吹，第一吹扫切换电磁阀5和第二吹扫切换电磁阀6用于切换吹扫的支路。吹扫时，2个吹扫切换电磁阀中，一个打开，另一个关闭。当第一吹扫切换电磁阀5打开时，吹扫CEMS至脱硝反应器出口的管路，当第二吹扫切换电磁阀6打开时，吹扫CEMS至空预器出口的管路，以避免管路堵塞。取样时，两个电磁阀都处于打开状态。在不同工作状态下的电磁阀工作状态表如下：

吹扫取样状态	取样电磁阀	第一吹扫切换电磁阀	第二吹扫切换电磁阀
				取样	通CEMS	打开	打开
上部管路吹扫	通吹扫气源4	打开	关闭
				下部管路吹扫	通吹扫气源4	关闭	打开

5.烟气流量可调，避免管道结露和延长滤网使用寿命

为了避免过多的烟气流动，避免过多烟气和灰尘吸入，延长滤网使用寿命，在靠近空预器的排气口前增加烟气流量调节阀7。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的自吸式CEMS多点烟气取样装置及控制方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种自吸式CEMS多点烟气取样装置，其特征在于：取样管分别连接空预器出口烟道、脱硝反应器出口烟道和取样泵，所述取样管的脱硝反应器出口烟道侧和空预器出口烟道侧分别设置有第一吹扫切换电磁阀和第二吹扫切换电磁阀，所述取样管上连接有取样支管，所述取样支管与所述取样管的连接处位于所述第一吹扫切换电磁阀和所述第二吹扫切换电磁阀之间，所述取样支管上依次设置有取样电磁阀、取样泵和CEMS分析仪，所述取样电磁阀设置于靠近所述取样管的一端，所述第一吹扫切换电磁阀、所述第二吹扫切换电磁阀和所述取样电磁阀均与PLC连接，所述取样电磁阀还分别连接所述CEMS分析仪和吹扫气源；所述取样管伸入脱硝反应器出口烟道的取样结构包括安装有延伸管的多个取样点，多个所述取样点在所述脱硝反应器出口烟道的横向上呈水平排布；每一所述取样点上的延伸管伸入超过烟道的1/2深处，所述延伸管的侧壁上朝下设置有多个取样孔，多个所述取样孔沿所述延伸管的长度方向依次设置，多个所述取样孔位于所述延伸管的背风面；多个所述取样点分别连接混合罐，所述混合罐连接取样管。

2.根据权利要求1所述的自吸式CEMS多点烟气取样装置，其特征在于：多个所述取样点包括位于烟道横向1/4、1/2和3/4处的三个取样点。

3.根据权利要求1所述的自吸式CEMS多点烟气取样装置，其特征在于：每一延伸管通过安装在保护套管上的大小头固定，构成每一取样点上取样分管的延伸，所述大小头的小头端与所述延伸管连接，所述大小头的大头端与所述保护套管连接；所述保护套管通过法兰安装在脱硝反应器出口烟道壁上。

4.根据权利要求3所述的自吸式CEMS多点烟气取样装置，其特征在于：每一所述延伸管上取样孔的个数为4个-8个。

5.根据权利要求3所述的自吸式CEMS多点烟气取样装置，其特征在于：每一所述取样分管和混合罐之间设置有二级滤网和回路隔离阀。

6.根据权利要求1所述的自吸式CEMS多点烟气取样装置，其特征在于：所述第二吹扫切换电磁阀和空预器出口烟道之间的取样管上安装有烟气流量调节阀。

7.根据权利要求1所述的自吸式CEMS多点烟气取样装置的控制方法，其特征在于：

执行取样操作时：所述取样电磁阀接通CEMS分析仪，第一吹扫切换电磁阀和第二吹扫切换电磁阀均打开；

执行上部管路吹扫操作时：所述取样电磁阀接通吹扫气源，第一吹扫切换电磁阀打开，第二吹扫切换电磁阀关闭；

执行下部管路吹扫操作时：所述取样电磁阀接通吹扫气源，第一吹扫切换电磁阀打开，第二吹扫切换电磁阀关闭。

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