CN113504343A - 一种火电厂烟气氨逃逸量测定装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电厂烟气氨逃逸量测定装置，包括采样枪、烟气预处理器、烟气分析仪和数据采集及处理终端；采样枪内设有两个型式、材质完全相同的烟气采样管，其中一个烟气采样管的内部前端部分设有烟气催化还原模块；烟气预处理器采用两台完全相同的烟气预处理器，分别与两个烟气采样管一一对应相连；烟气分析仪采用双路烟气分析仪。本发明烟气采样采用双路设计，利用催化还原和未催化还原两路烟气中氧化氮的浓度差值计算氨逃逸量，有效避免了传统单路直接采样分析氨逃逸量检测方法的耗时长、检测环节多、误差大、时效性差、测定结果代表性不强等缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气中氨逃逸量的测定技术。
背景技术
火电行业是国家节能减排的重点，为达到二氧化硫及氮氧化物的减排目标，国内火电厂脱硝工程及其监测分析成为研究热点。而在脱硝反应过程中，需要严格监测烟气中的氨逃逸量。
当前，主要有两种方式测定烟气中氨逃逸量：
一种是依据《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》(DL/T 260-2012)附录B的“化学吸收+分光光度法”来测定氨逃逸量。
另一种是依据《便携式烟气逃逸氨测量系统技术要求》(DL/T 1916-2018)的仪器法来直接测定氨逃逸量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种测定方式简单、耗时短、测量更加准确的技术。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种火电厂烟气氨逃逸量测定装置，包括采样枪、烟气预处理器、烟气分析仪和数据采集及处理终端，采样枪采集的烟气经烟气预处理器后进入烟气分析仪进行氮氧化物浓度分析，分析数据传送至数据采集及处理终端，进行氨逃逸量计算；采样枪内设有两个烟气采样管(采用型式、材质完全相同的两个烟气采样管)，其中一个烟气采样管的内部前端部分设有烟气催化还原模块；烟气预处理器采用两台完全相同的烟气预处理器，分别与两个烟气采样管一一对应相连；烟气分析仪采用双路烟气分析仪。
本发明通过双路烟气采样设计，一路将烟气中逃逸的氨消耗部分氮氧化物进行催化还原反应后再进入烟气分析仪，另一路直接进入烟气分析仪，由此两路烟气分析仪测定的氮氧化物浓度不同，根据差值即可间接计算出烟气中氨逃逸量。两路烟气采集、分析同步进行，耗时短。
其中，采样枪内部中心部位预置两根平行布置的采样管套管，采样管套管的两端与采样枪的枪身固定连接；两个烟气采样管分别贯穿插入对应的采样管套管内，且各烟气采样管的两端均超出采样枪位于采样枪外部。
通过预置采样管套管，解决了常规采样枪内置的烟气采样管无法取出的问题，可以及时有效的清理或更换烟气采样管，同时能及时更换“烟气催化还原模块”中的催化还原剂，提高了现场检测的灵活度和工作效率。烟气采样管两端伸出采样枪外部，方便两端进行外接。
各采样管套管外部均螺旋缠绕有伴热带，且伴热带与设于采样枪外部的加热控制系统电连接。伴热带的使用，避免了采样过程中氨的吸附和结晶。
进一步的，采样枪的内壁设有保温层。
各烟气采样管的后端依次通过对应的卡套、转接头、伴热管线与对应的烟气预处理器相连，各烟气采样管对应的伴热管线的型号和长度一致。
伴热管线与对应的外置式加热控制系统电连接。外置式加热控制系统的设计，减轻了烟气预处理器、伴热管线的自重，便于现场技术人员的拆装、运输等操作。
各烟气采样管的前端分别设置前置过滤芯。有效避免了检测期间烟气中颗粒物等杂质对检测过程的干扰，提高检测结果的准确性。
伴热管线采用德国M&C的Type 4-M-S 4/6伴热管线；烟气预处理器采用德国M&C的MSS-6烟气预处理器；双路烟气分析仪采用南环的ASP-3000双路烟气分析仪。
采样枪的尾部设有接地线；采样枪尾部正上方设有绝缘耐高温手柄。接地线的设计有效避免了检测现场静电对技术人员的干扰，提高了检测现场的安全性和可靠性。绝缘耐高温手柄的设计有效避免了高温、静电等不利影响对现场技术人员的干扰，提高了检测现场的灵活性和可操作性。
本发明还提供了采用上述火电厂烟气氨逃逸量测定装置进行氨逃逸量测定的方法，该测定方法步骤如下：烟气分别经过两路烟气采样管，一路经催化还原后进入对应的烟气分析仪，另一路直接进入对应的烟气分析仪，两路烟气分析仪中测得的氮氧化物浓度进行差值间接计算得出烟气中氨逃逸量。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明烟气采样采用双路设计，利用催化还原和未催化还原两路烟气中氧化氮的浓度差值计算氨逃逸量，有效避免了传统单路直接采样分析氨逃逸量检测方法的耗时长、检测环节多、误差大、时效性差、测定结果代表性不强等缺陷。
2、本发明测定装置将“过滤芯前置双管式高温伴热枪”、德国M&C的Type4-M-S 4/6伴热管线(两条、长度可根据实际需要定制)、德国M&C的MSS-6烟气预处理器(两台)、南环的ASP-3000双路烟气分析仪和数据采集及处理终端进行系统整体集约化设计，坚固牢靠，拆装运输方便，操作简易。
3、本发明采用采样枪的过滤芯前置设计有效避免了检测期间烟气中颗粒物等杂质对检测结果的干扰，提高检测结果的准确性。
4、采样枪长度可根据现场实践情况定制，提高了现场采样的灵活性，并能对同一检测孔的不同纵深度开展氨逃逸量的检测，为网格法测定氨逃逸量创造条件，大大提升了氨逃逸量检测结果的真实性、准确性和代表性。伴热带和保温层的设计提供连续的350摄氏度的伴热温度为进入“1号采样管”烟气的逃逸NH3与NOx(NO+NO2)充分进行催化还原反应提供有力保证。
5、伴热管线的使用设计有效减少了检测过程中气路管中冷凝水的出现，不仅减少了对下游检测设备的干扰，同时提高检测结果的准确性。
6、本发明技术在采样枪内中心部位预置两根采样管套管设计，解决了常规采样枪内置的烟气采样管无法取出的问题，可以及时有效的清理或更换采样管、前置过滤芯，同时能及时更换“烟气催化还原模块”中的催化还原剂，提高了现场检测的灵活度和工作效率。
7、两根烟气采样管后端超出采样枪外100mm、前端超出采样枪外20mm的设计，极大方便了现场技术人员对采样管两端与伴热管线、前置过滤芯的连接、拆装；SWAGEL LOG316L不锈钢卡套(10mm)、SWAGEL LOG 316L不锈钢卡套(6mm)与“10mm-6mm316L不锈钢转接头”的设计加入，不仅保证了气路的气密性，同时减少了采样系统的现场拆装时间，提高了工作效率。
8、采样枪尾部加装线接地线设计有效避免了检测现场静电对技术人员的干扰，提高了检测现场的安全性和可靠性。
9、采样枪尾部正上方加装绝缘耐高温手柄设计有效避免了高温、静电等不利因素对现场技术人员的干扰，提高了检测现场的灵活性和可操作性。
10、加热控制系统的外置设计，减轻了烟气预处理器、伴热管线的自重，便于现场技术人员的拆装、运输等操作。
11、该技术方法不直接测量NH3浓度，完全避免了传统氨逃逸检测方法中出现的NH3在采样过程中NH3在采样枪、伴热管线、预处理器及烟气分析仪内的吸附和结晶现象，大幅提高了氨逃逸检测的准确性，同时也增加了后续设备的使用寿命。
12、该技术方法通过检测“1号采样管”和“2号采样管”采集的烟气中NOx浓度的差值间接计算出烟气中氨逃逸量，有效避免了传统氨逃逸检测方法的耗时长、检测环节多、误差较大、时效性差、测定结果代表性不强等缺陷，同时为火电厂脱硝系统的实时喷氨优化调整试验工作以及脱硝系统出口全断面氨逃逸量摸底、测定工作提供了另一种更高效、更准确的方式。
13、本发明技术方法可在火电厂脱硝进出口、脱硫进出口、电除尘器入口、湿式电除尘器出口以及总排口处开展氨逃逸量的测定工作，在各种工况条件下均能连续稳定运行，适用范围广。
附图说明
图1为本发明火电厂烟气氨逃逸量测定装置的结构示意图。
图中，1-采样枪，2-1号采样管套管，3-2号采样管套管，4-1号烟气采样管，5-2号烟气采样管，6-伴热带，7-保温层，8-烟气催化还原模块，9-1号前置过滤芯，10-2号前置过滤芯，11-1号伴热管线，12-2号伴热管线，13-1号烟气预处理器，14-2号烟气预处理器，15-双路烟气分析仪，16-数据采集处理终端，17、18、19-加热控制系统，20-卡套，21-转接头，22-卡套，23-接地线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明技术方法主要是对火电厂烟气氨逃逸量测定方法的改进，通过双路烟气采样，通过经催化还原前后NOx浓度差值进行氨逃逸量的间接计算。
该技术方法与德国M&C的Type 4-M-S 4/6伴热管线(1号伴热管线11、2号伴热管线12两条完全相同、长度可根据实际需要定制)、德国M&C的MSS-6烟气预处理器(1号烟气预处理器13、2号烟气预处理器14两台完全相同)和南环的ASP-3000双路烟气分析仪15配合使用。
如图1所示，本发明利用采样枪进行烟气采集，采用的是“过滤芯前置双管式高温伴热式”采样枪：
采样枪长度可根据现场实践情况定制。在采样枪1内中心部位预置两根平行布置的采样管套管，分别命名为“1号采样管套管2”和“2号采样管套管3”，两根采样管套管的两端与采样枪1的枪身焊接固定。采样管套管的壁厚1mm，内径10.5mm，材质为316L不锈钢。
在采样枪内的预置采样管套管中对应贯穿插入两根直径为10mm、壁厚1mm的烟气采样管，分别命名为“1号烟气采样管4”和“2号烟气采样管5”，采样管材质为316L不锈钢，两根烟气采样管在对应的采样管套管内可自由滑动，当进行测定使用时，两根烟气采样管后端均超出采样枪外100mm，前端均超出采样枪外20mm。在两根烟气采样管前端配置连接直径为15mm、长度为200mm的前置过滤芯(1号前置过滤芯9及2号前置过滤芯10)，前置过滤芯采取“一管一芯单独配置”模式，与烟气采样管的连接方式为SWAGEL LOG 316L不锈钢卡套(10mm)硬连接，便于拆卸更换。且前置过滤芯前置过滤芯的过滤孔径型式为2μm。两根烟气采样管的后端(即出气端)通过SWAGEL LOG 316L不锈钢卡套(10mm)20与“10mm-6mm316L不锈钢转接头21”硬连接，转接头21再分别与两条德国M&C的Type 4-M-S 4/6伴热管线相连接，连接方式为SWAGEL LOG 316L不锈钢卡套(6mm)22硬连接。伴热管线长度可根据现场实践情况定制，连续加热温度为0-200摄氏度。
本实施例中采样枪1的外形为圆柱形，材质为316L不锈钢，壁厚为2mm，内置保温层7和两根螺旋式伴热带6，每根伴热带6均匀缠绕在对应的1号采样管套管2和2号采样管套管3的外壁。利用伴热带6可连续加热温度为0-350摄氏度。
1号烟气采样管4内的前端部位、1号前置过滤芯9后安装烟气催化还原模块8，用于将进入1号烟气采样管内烟气的逃逸NH3与NOx(NO+NO2)充分进行催化还原反应，通过化学反应，将烟气中逃逸的NH3与对应摩尔质量的NOx(NO+NO2)消耗完毕。2号烟气采样管5不加装烟气催化还原模块。
其中，采样枪的伴热带6和伴热管线的加热控制系统17、18、19均采用外置式，分开供电，单独运行，互不干扰。
并于采样枪1尾部加装线接地线23(标准常规接地线)。采样枪尾部正上方还可加装绝缘耐高温手柄。
两路烟气依次经对应的伴热管线、烟气预处理器(1号烟气预处理器13、2号烟气预处理器14)后进入双路烟气分析仪15内，南环ASP-3000双路烟气分析仪内配置两套完全一致的NOx分析模块，每套分析模块同时包含O2分析单元、NO分析单元和NO2分析单元。两模块气路并列运行，双进双出，互不干扰。
同时在南环ASP-3000双路烟气分析仪15后可配置一台数据采集及处理终端，便于数据采集和计算。
上述采用的采样枪、德国M&C Type 4-M-S 4/6伴热管线(两根)、德国M&C MSS-6烟气预处理器(两台)、南环的ASP-3000双路烟气分析仪以及加热控制系统电源均采用常规市电(220伏，60Hz)。
本发明在进行氨逃逸量测定时，进入1号烟气采样管4烟气中的逃逸NH3与NOx(NO与NO2)充分进行催化还原反应，将烟气中逃逸的NH3与对应摩尔质量的NOx(NO+NO2)进行如下(1)、(2)式的化学反应，即将所采样气中的NH3基本全部化学反应消耗完，同时也消耗了对应摩尔浓度的部分NOx(NO+NO2)。
NOx(NO+NO2)被催化还原的具体原理如下：催化剂在含氧和三百多摄氏度温度条件下，以氨作为还原剂注入含NOX的烟气中，在金属催化剂的作用下，NOX被还原成N2和H2O，其主要反应如下：
2号烟气采样管5内由于不加装烟气催化还原模块，对烟气正常采样分析，因此经2号烟气采样管5进入双路烟气分析仪15内测得对应的NOx浓度相对较高。通过检测1号烟气采样管4和2号烟气采样管5采集的烟气中NOx浓度的差值间接计算出烟气中氨逃逸量。
氨逃逸量的计算公式如下：
C0＝C2－C1+2×(C4－C3)
其中：C0为氨逃逸量，单位ppm；
C1为双路烟气分析仪测得经1号烟气采样管的烟气中NO浓度，单位ppm；
C2为双路烟气分析仪测得经2号烟气采样管的烟气中NO浓度，单位ppm；
C3为双路烟气分析仪测得经1号烟气采样管的烟气中NO2浓度，单位ppm；
C4为双路烟气分析仪测得经2号烟气采样管的烟气中NO2浓度，单位ppm。
Claims (10)
1.一种火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，包括采样枪、烟气预处理器、烟气分析仪和数据采集及处理终端，采样枪采集的烟气经烟气预处理器后进入烟气分析仪进行氮氧化物浓度分析，分析数据传送至数据采集及处理终端，进行氨逃逸量计算；所述采样枪内设有两个烟气采样管，其中一个烟气采样管的内部前端设有烟气催化还原模块；所述烟气预处理器采用两台完全相同的烟气预处理器，分别与两个烟气采样管一一对应相连；所述烟气分析仪采用双路烟气分析仪。
2.根据权利要求1所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，所述采样枪内部中心部位预置两根平行布置的采样管套管，采样管套管的两端与采样枪的枪身固定连接；所述两个烟气采样管分别贯穿插入对应的采样管套管内，且各烟气采样管的两端均超出采样枪位于采样枪外部。
3.根据权利要求2所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，各采样管套管外部均螺旋缠绕有伴热带，且伴热带与设于采样枪外部的加热控制系统电连接。
4.根据权利要求3所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，所述采样枪的内壁设有保温层。
5.根据权利要求4所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，各烟气采样管的后端依次通过对应的卡套、转接头、伴热管线与对应的烟气预处理器相连，各烟气采样管对应的伴热管线的型号和长度一致。
6.根据权利要求5所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，所述伴热管线与对应的外置式加热控制系统电连接。
7.根据权利要求6所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，各烟气采样管的前端分别设置前置过滤芯。
8.根据权利要求7所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，所述伴热管线采用德国M&C的Type 4-M-S 4/6伴热管线；所述烟气预处理器采用德国M&C的MSS-6烟气预处理器；所述双路烟气分析仪采用南环的ASP-3000双路烟气分析仪。
9.根据权利要求8所述的火电厂烟气氨逃逸量测定装置，其特征在于，所述采样枪的尾部设有接地线；所述采样枪尾部正上方设有绝缘耐高温手柄。
10.一种采用权利要求1所述火电厂烟气氨逃逸量测定装置进行氨逃逸量测定的方法，其特征在于，所述氨逃逸量的测定方法步骤如下：烟气分别经过两路烟气采样管，一路经催化还原后进入对应的烟气分析仪，另一路直接进入对应的烟气分析仪，两路烟气分析仪中测得的氮氧化物浓度进行差值间接计算出烟气中氨逃逸量。
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