CN113984458A - 一种燃煤机组总排口水平烟道cems采样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，包括采样支管、反吹电磁阀、采样电磁阀、混合母管、流量调节阀、稀释单元和探头控制器；在总排口烟道测量截面上设有若干组采样支管，若干根采样支管为一组，同组的采样支管长度等差设置，采样支管顶部等高；每根采样支管依次通过采样电磁阀和流量调节阀连接至混合母管，混合母管依次通过稀释单元和探头控制器连接至气体分析仪；每根采样支管的出口管道连接反吹管道，反吹管道上设有反吹电磁阀。本发明的有益效果是：本发明采用燃煤机组总排口多点采样，可消除因流场导致的污染物浓度场不均的问题，从而消除单点测量数据无法代表整体污染物排放情况的缺陷。

Description

一种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统及方法

技术领域

本发明涉及采样系统，具体涉及一种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统及方法。

背景技术

为加强固定污染源(以固体、液体为燃料或原料的火电厂锅炉、工业炉窑等)烟气排放监测监管，提高固定污染源烟气排放连续监测管理水平，全国污染物排放企业单位已全部安装在线连续监测设备，并联网上传数据。

连续监测固定污染源颗粒物和气态污染物排放浓度和排放量所需要的全部设备，简称CEMS。CEMS由颗粒物监测单元和气态污染物监测单元、烟气参数监测单元、数据采集与处理单元组成，可实时监测气态污染物、颗粒物浓度，以及烟气参数，并计算排放速率和排放量。监测单元安装位置要求测点位置应避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。

由于部分燃煤电厂基建较早，近几年燃煤机组超低排放改造已将厂区内有限空间用于除尘、脱硫等环保设备增设，无冗余地块，且厂区内现有机组均为两炉共用同一烟囱排放，监测单元安装于排放烟气进入烟囱前的水平烟道段，但该水平烟道段较短，前后烟道弯头间距无法满足颗粒物CEMS和流速CMS设在距弯头、阀门、变径管下游方向≥4倍烟道直径，以及距上述部件上游方向≥2倍烟道直径处，气态污染物CEMS设在距弯头、阀门、变径管下游方向≥2倍烟道直径，以及距上述部件上游方向≥0.5倍烟道直径处(矩形烟道以当量直径计算)的要求，同时存在CEMS监测数据与人工采样数据存在较大偏差情况。由于厂区水平空间受限，无多余空间进行烟道加长改造，烟囱重建成本又过于高昂，因此需要区别于传统总排口单点采样的技术来解决上述情况下的问题，确保CEMS数据真实可靠。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统及方法。

这种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，包括采样支管、反吹电磁阀、采样电磁阀、混合母管、流量调节阀、稀释单元和探头控制器；在总排口烟道测量截面上设有若干组采样支管，若干根采样支管为一组，同组的采样支管长度等差设置，采样支管顶部等高；每根采样支管依次通过采样电磁阀和流量调节阀连接至混合母管，混合母管依次通过稀释单元和探头控制器连接至气体分析仪；每根采样支管的出口管道连接反吹管道，反吹管道上设有反吹电磁阀。

作为优选：所述采样支管顶端设有滤芯。

作为优选：所述采样支管设有电加热装置和恒温装置。

作为优选：所述混合母管外壳设有电加热装置和保温装置。

作为优选：所述混合母管出口由两路汇成一路后连接至稀释单元。

作为优选：所述稀释单元设有射流泵。

作为优选：所述探头控制器设有标气接口和反吹接口。

这种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、脱硫塔出口或湿式电除尘器出口烟气流过烟气采样支管所在截面，烟气经各支管采样孔进入采样支管，再汇合于混合母管，然后进入气体分析仪在线实时测量烟气中污染物浓度；

S2、采样电磁阀和反吹电磁阀均为远程控制阀门，常规情况下采样电磁阀开、反吹电磁阀关；一根采样支管上的采样电磁阀和反吹电磁阀为一个单元，定时顺控依次动作一个单元上的采样电磁阀和反吹电磁阀，动作为采样电磁阀关以及反吹电磁阀开，利用压缩空气对采样支管进行反吹；

S3、步骤S2中的单元反吹期间其余单元的采样电磁阀和反吹电磁阀不动作，保持采样电磁阀开以及反吹电磁阀关，该单元反吹结束后采样电磁阀和反吹电磁阀恢复常规状态，即采样电磁阀开、反吹电磁阀关，下一单元的采样电磁阀和反吹电磁阀开始重复步骤S2进行反吹，反吹结束后恢复常规状态，每个单元的采样电磁阀和反吹电磁阀如此循环工作，从而使得采样与反吹同时进行；

S4、定时对探头控制器及稀释单元进行反吹。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用燃煤机组总排口多点采样，可消除因流场导致的污染物浓度场不均的问题，从而消除单点测量数据无法代表整体污染物排放情况的缺陷。

2、本发明采用混合母管并对母管进行加热保温，避免了烟气降温造成污染物浓度下降的问题，并降低了稀释探头使用量，减少工程成本。

附图说明

图1为燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统示意图；

图2为采样系统位置示意图。

附图标记说明：1、采样支管；2、反吹电磁阀；3、采样电磁阀；4、混合母管；5、流量调节阀；6、气体分析仪；7、总排口烟道；8、脱硫塔；9、湿式电除尘器；10、采样系统所在截面位置；11、烟囱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例一

本申请实施例一提供一种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，包括采样支管1、反吹电磁阀2、采样电磁阀3、混合母管4、流量调节阀5、稀释单元和探头控制器。在总排口烟道7测量截面上，若干根采样支管1为一组，近乎布置于同一水平位置，即采样支管1顶部等高，同组的采样支管1长度等差选取，总排口烟道7水平方向上布置若干组。每根采样支管1依次通过采样电磁阀3和流量调节阀5连接至混合母管4，混合母管4再通过稀释单元、探头控制器连接至气体分析仪6。每根采样支管1的出口管道上连接反吹管道，反吹管道上设有反吹电磁阀，反吹压缩空气经反吹电磁阀2进入采样支管1进行吹扫。

所述采样支管1顶端含滤芯，避免脱硫塔除雾器或湿式电除尘出口烟气携带的颗粒物或雾滴进入采样系统堵塞管路。

所述采样支管1整体电加热并恒温，避免监测污染物(SO₂)冷凝稀释影响测量结果。

所述混合母管4外壳含电加热及保温，避免监测污染物(SO₂)进入稀释单元前冷凝影响SO₂测量结果。

所述混合母管4出口由两路汇成一路后进入稀释单元，避免因单路造成混合母管内距离出口较远部分出现抽力不足，引起局部乘积堵塞。

所述流量调节阀5依据现场多工况测量各点位烟气流速变化情况设置各支管流量开度至一定值，采样系统投运期间无需再进行随负荷波动调整控制。

所述稀释单元含有射流泵，利用音速小孔恒流抽取烟气并稀释，流量可调。稀释后的烟气降低了对后段加热保温需求，提高了测量准确性。

所述探头控制器含有标气接口和反吹接口，可定期对采样系统及气体分析仪6进行标定和响应时间检定，标定和响应时间检定为电厂维护人员定期人工巡检时采用标准气体对采样系统以及气体分析仪进行标定，如每周一次。

实施例二

本申请实施例二提供一种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统的工作方法，包括以下步骤：

S1、脱硫塔8(FGD)出口或湿式电除尘器9(WESP)出口烟气流过烟气采样支管1所在截面，烟气经各支管采样孔进入净烟气的采样支管1，再汇合于净烟气的混合母管4，然后进入总排口CEMS表计(即气体分析仪6)在线实时测量烟气中污染物浓度；

S2、采样电磁阀3和反吹电磁阀2均为远程控制阀门，常规情况下采样电磁阀3开、反吹电磁阀2关。一根采样支管1上的采样电磁阀3和反吹电磁阀2为一单元，定时顺控依次动作一个单元上的采样电磁阀3和反吹电磁阀2，动作为采样电磁阀3关以及反吹电磁阀2开，利用厂区压缩空气对采样支管1进行反吹。

S3、步骤S2中的单元反吹期间其余单元的采样电磁阀3和反吹电磁阀2不动作，即采样电磁阀3开以及反吹电磁阀2关，反吹结束后该单元的采样电磁阀3和反吹电磁阀2恢复常规状态，即采样电磁阀3开、反吹电磁阀2关，下一单元的采样电磁阀3和反吹电磁阀2开始重复步骤S2进行反吹，再恢复常规状态，每个单元的采样电磁阀3和反吹电磁阀2如此循环工作，从而实现采样与反吹同时进行。

S4、定时对探头控制器及稀释单元进行反吹。

实施例三

某沿海燃煤电厂机组烟囱均为两台机组共用烟囱，各机组净烟气CEMS测点均装于脱硫塔(FGD)出口至烟囱的直管段上，原采样系统为单点式，位于烟道顶部中间位置，存在烟气流场复杂及测点代表性不佳等问题。现新增一套采样系统，结构包含采样支管1、反吹电磁阀2、采样电磁阀3、混合母管4、流量调节阀5、稀释单元和探头控制器，位于脱硫塔(FGD)出口至烟囱的水平直管段矩形烟道顶部，矩形烟道截面尺寸(不含保温层)为5.2m(水平)×11.6m(垂直)。经现场多工况试验后分析截面氮氧化物和二氧化硫浓度场，选取9个采样点，共分成3组，每组采样支管1长度分别为0.8m、1.8m、2.8m，组内各管间距20mm，各组间距1.5m。采样支管内径13mm，外径17mm。原烟气先后经FGD脱硫和湿电除尘器后，流经烟囱入口水平直管段烟道，采样系统于9个点同时抽取净烟气，烟气经滤芯粗过滤后进入混合母管4，混合后进入稀释单元、探头控制器，最终进入气体分析仪6。采样支管1至混合母管4至稀释单元全程电加热保温，避免样气因冷凝造成被测项数据产生负偏差。采样电磁阀3和反吹电磁阀2均为远程控制阀门，常规情况下采样电磁阀3开、反吹电磁阀2关，当进入反吹环节，以一根采样支管1上的采样电磁阀3和反吹电磁阀2作为一个单元，以本实施例中9个单元从左往右依次编号a、b、c……h、i，定时顺控依次动作同一个单元上的采样电磁阀3和反吹电磁阀2，动作为关采样电磁阀3以及开反吹电磁阀2，利用厂区压缩空气对采样支管1进行反吹。a单元反吹期间其余单元的采样电磁阀3和反吹电磁阀2不动作，反吹结束后a单元的采样电磁阀3和反吹电磁阀2恢复原状态，下一单元(b单元)的采样电磁阀3和反吹电磁阀2开始上述反吹步骤，完成后进行c单元反吹，直至i单元完成，从而实现整个采样系统的实时采样与反吹同时进行。维护人员定期定时对探头控制器及稀释单元反吹及标气标定，保证分析数据的有效性和准确性。

采样支管及混合母管材质为316L，电加热保温140℃。压缩反吹压力0.4MPa，稀释气压力0.4MPa。本实施例现场试验效果比对如下表1所示：

表1本实施例现场试验效果比对

注：本实施例与原采样系统位于同一水平直管段矩形烟道，两采样系统所处垂直截面间距＜1m。

现场试验采用人工网格法在测试断面对机组总排口烟气污染物排放浓度进行检测，以人工采样数据对比同时段本实施例和原采样系统污染物排放浓度数据，可以发现，氮氧化物项目本实施例与人工数据绝对误差0.4mg/m³(标干，6％O₂)，小于原采样系统与人工数据绝对误差0.7mg/m³(标干，6％O₂)；二氧化硫项目本实施例与人工数据绝对误差0.9mg/m³(标干，6％O₂)，小于原采样系统与人工数据绝对误差1.5mg/m³(标干，6％O₂)。

由于部分机组总排口监测点位置无法满足要求且该段流场紊乱，污染物浓度分布不均，本发明采用燃煤机组总排口多点采样，可消除因流场导致的污染物浓度场不均的问题，从而消除单点测量数据无法代表整体污染物排放情况的缺陷。

本发明采用混合母管并对母管进行加热保温，避免了烟气降温造成污染物浓度下降的问题，并降低了稀释探头使用量，减少工程成本，简化多点采样控制逻辑。

Claims (8)

1.一种燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，其特征在于：包括采样支管(1)、反吹电磁阀(2)、采样电磁阀(3)、混合母管(4)、流量调节阀(5)、稀释单元和探头控制器；在总排口烟道(7)测量截面上设有若干组采样支管(1)，若干根采样支管(1)为一组，同组的采样支管(1)长度等差设置，采样支管(1)顶部等高；每根采样支管(1)依次通过采样电磁阀(3)和流量调节阀(5)连接至混合母管(4)，混合母管(4)依次通过稀释单元和探头控制器连接至气体分析仪(6)；每根采样支管(1)的出口管道连接反吹管道，反吹管道上设有反吹电磁阀(2)。

2.根据权利要求1所述的燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，其特征在于：所述采样支管(1)顶端设有滤芯。

3.根据权利要求1所述的燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，其特征在于：所述采样支管(1)设有电加热装置和恒温装置。

4.根据权利要求1所述的燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，其特征在于：所述混合母管(4)外壳设有电加热装置和保温装置。

5.根据权利要求1所述的燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，其特征在于：所述混合母管(4)出口由两路汇成一路后连接至稀释单元。

6.根据权利要求1所述的燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，其特征在于：所述稀释单元设有射流泵。

7.根据权利要求1所述的燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统，其特征在于：所述探头控制器设有标气接口和反吹接口。

8.一种如权利要求1所述的燃煤机组总排口水平烟道CEMS采样系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、脱硫塔出口或湿式电除尘器出口烟气流过烟气采样支管(1)所在截面，烟气经各支管采样孔进入采样支管(1)，再汇合于混合母管(4)，然后进入气体分析仪(6)在线实时测量烟气中污染物浓度；

S2、采样电磁阀(3)和反吹电磁阀(2)均为远程控制阀门，常规情况下采样电磁阀(3)开、反吹电磁阀(2)关；一根采样支管(1)上的采样电磁阀(3)和反吹电磁阀(2)为一个单元，定时顺控依次动作一个单元上的采样电磁阀(3)和反吹电磁阀(2)，动作为采样电磁阀(3)关以及反吹电磁阀(2)开，利用压缩空气对采样支管(1)进行反吹；

S3、步骤S2中的单元反吹期间其余单元的采样电磁阀(3)和反吹电磁阀(2)不动作，保持采样电磁阀(3)开以及反吹电磁阀(2)关，该单元反吹结束后采样电磁阀(3)和反吹电磁阀(2)恢复常规状态，即采样电磁阀(3)开、反吹电磁阀(2)关，下一单元的采样电磁阀(3)和反吹电磁阀(2)开始重复步骤S2进行反吹，反吹结束后恢复常规状态，每个单元的采样电磁阀(3)和反吹电磁阀(2)如此循环工作，从而使得采样与反吹同时进行；

S4、定时对探头控制器及稀释单元进行反吹。

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