CN115248242A - 一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，包括：传感器装置和恒流抽气装置，二者通过第一连接管连接，传感器装置设置有烟气通道，传感器装置包括依次设置的氧传感器、氧泵和NO传感器，氧传感器和氧泵通过第一隔离环隔离，氧泵和NO传感器通过第二隔离环相隔离，位于第二隔离环中间的烟气通道内设置有NO还原反应催化剂；传感器装置外侧设有伴热保温套；恒流抽气装置包括文丘里管，文丘里管与第一连接管相接，第一连接管内设置有音速孔板，音速孔板上开设有多个音速小孔，文丘里管通入压缩空气，用于为待测烟气流入提供负压。本装置通过文丘里管和音速小孔，能够保证待测烟气流量的稳定性，从而提高测量的及时性和精度。
Description
技术领域
本发明涉及脱硝工程技术领域，尤其是涉及一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备。
背景技术
目前选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术，作为一种主要的高效氮氧化物(NOx)控制技术，在燃煤发电机组中得到广泛应用。在超低排放背景下，要求进一步提高SCR脱硝效率。为了获得理想的氮氧化物(NOx)去除率和低NH3逃逸量，需要对烟气中的NOx进行精准、快速的在线监测，并基于监测对喷氨进行优化控制。
然而，目前常规的电化学法的烟气NOx测量技术，其原理为利用待测烟气本身的扩散作用，从高浓度区域扩散到电化学传感器表面。这种测量原理不可避免的具有如下缺点：一方面扩散过程时间较长，导致传感器得到的NOx浓度数值与实际烟气的NOx浓度存在时间差，也就是测量存在滞后性；另一方面，抽取样气的流量存在一定的波动，不同的烟气流速会烟气NOx浓度场的变化，降低了测量的准确度。测量的准确度降低以及测量的滞后性都会对脱硝设备的运行造成困难。
为此，本发明提出一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，能够减少测量的滞后性，进而提高测量数据的准确性(即测量精度)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，该设备能够保证待测烟气流量的稳定性，从而提高测量的及时性和精度。
本发明提供一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，包括：传感器装置和恒流抽气装置，所述传感器装置设置有烟气通道，待测烟气由所述烟气通道的一端进入其内，所述烟气通道的另一端通过第一连接管与所述恒流抽气装置相连接；
所述传感器装置包括依次设置的氧传感器、氧泵和NO传感器，所述氧传感器和所述氧泵的一端通过第一隔离环相隔离，所述氧泵的另一端和所述NO传感器通过第二隔离环相隔离，位于所述第二隔离环中间的所述烟气通道内设置有NO还原反应催化剂；
所述恒流抽气装置通过所述第一连接管与所述NO传感器的远离所述第二隔离环一端相接，所述恒流抽气装置包括文丘里管，所述文丘里管与第一连接管相接，所述第一连接管与所述文丘里管间设置有音速孔板，所述音速孔板上开设有音速小孔，所述文丘里管通入压缩空气，用于为待测烟气流入所述烟气通道提供负压。
优选地，所述氧传感器、所述第一隔离环、所述氧泵、所述第二隔离环和所述NO传感器均呈环形，且其轴线均与所述烟气通道的轴线共线。
优选地，所述传感器装置的外侧包覆有伴热保温套。
优选地，所述第二隔离环的外径大于所述氧泵和所述NO传感器的外径，所述伴热保温套的内壁与所述第二隔离环的外壁相抵触，所述第二隔离环将所述传感器装置与所述伴热保温套之间的间隙分割为第一间隙区和第二间隙区。
优选地，所述第一间隙区通过第一连通管与外界环境相连通，所述第二间隙区通过第二连通管与外界环境相连通。
优选地，所述第二间隙区通过第二连接管与所述文丘里管相连接，所述第二连接管与所述文丘里管间设置有音速孔板，所述音速孔板上开设有音速小孔。
优选地，所述伴热保温套的伴热温度为550℃～650℃。
优选地，所述氧传感器的测量量程为0～50％。
优选地，所述第一隔离环和所述第二隔离环均采用耐热绝缘材料制成。
优选地，所述NO还原反应催化剂用于将待测烟气中的NOx还原为N2和O2，所述待测烟气中NOx的浓度为NO传感器测得的氧浓度的二分之一。
本发明的技术方案中待测烟气由传感器装置内的烟气通道的一端流入，传感器装置由氧传感器、氧泵和NO传感器分为三段，待测烟气经过氧传感器区域时，测得待测烟气中初始氧气浓度，然后待测烟气通过氧泵，在该区域待测烟气中的O2被氧泵完成抽出，然后待测烟气中的NOx在催化剂(NO还原反应催化剂)区域发生还原反应，生成氮气N2和氧气O2，并继续流动，进入NO传感器区域，在此区域测得O2的浓度，化学反应的平衡关系可知，待测烟气中的NOx浓度为O2的浓度的二分之一；恒流抽气装置用于为待测烟气的流入提供负压，其采用文丘里管，通过向文丘里管里通入压缩空间，为待测烟气的吸入提供稳定负压，且传感器装置通过第一连接管和音速孔板与文丘里管相连通，音速孔板上设置有音速小孔，确保待测烟气流量稳定，不会受到待测烟气的压力波动而导致流量波动，而待测烟气流量稳定，可以提高测量的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明测量设备的结构示意图；
图2为本发明中恒流抽气装置的内部结构及连接关系示意图；
图3为本发明中待测烟气在设备中的流向示意图。
附图标记说明：
1：传感器装置；101：氧传感器；102：氧泵；103：NO传感器；2：恒流抽气装置；201：文丘里管；202：音速小孔；3：烟气通道；4：第一连接管；5：第一隔离环；6：第二隔离环；7：NO还原反应催化剂；801：第一间隙区；802：第二间隙区；901：第一连通管；902：第二连通管；10：伴热保温套；11：第二连接管。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、2所示，本发明提供了一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其包括传感器装置1和恒流抽气装置2，其中，传感器装置1内设置有与其同轴布置的烟气通道3，待测烟气由烟气通道3的左端进入其内，进行浓度测量后，由右端流出，烟气通道3的右端通过第一连接管4与恒流抽气装置2相连接，恒流抽气装置2用于为待测烟气的流动提供稳定的负压。
进一步地，传感器装置1包括由左到右依次设置的氧传感器101、氧泵102和NO传感器103，氧传感器101、氧泵102和NO传感器103均呈圆环形，氧传感器101为基于电化学原理的氧化锆传感器，其原理是通过氧化锆两侧的氧浓度差，形成阳离子的流动，进而形成电流，通过测量电流大小，确定氧气的浓度，氧传感器101的测量量程为0～50％，而氧泵102在氧化锆两端施加足够大的反向电压时，氧气会从低浓度向高浓度一侧流动，其相当于把一侧的氧气抽离，而其他气体成分不发生变化，可以抽取待测烟气中氧气，而不对其他成分产生影响。氧传感器101的右侧和氧泵102的左侧通过第一隔离环5相隔离，氧泵102的右侧和NO传感器103的左侧通过第二隔离环6相隔离，位于第二隔离环6中间的烟气通道3内设置有NO还原反应催化剂7，NO还原反应催化剂7即为SCR催化剂，其以TiO2为载体，以V2O5为主要活性成份，以WO3、MoO3为抗氧化、抗毒化辅助成份，在本实施例中，选用板式或波纹板式的催化剂型式。
如图2所示，恒流抽气装置2包括文丘里管201，由文丘里管201的大径一端通入压缩空气，压缩空气流经文丘里管201，随着文丘里管201的直径减小，其流量逐渐减小，文丘里管201的喉道段和收缩段相接处的靠近收缩段一侧与第一连接管4相接，由于气流由粗变细，会在该区域形成负压去，通过第一连接管4为待测烟气流入烟气通道3提供负压，第一连接管4内或第一连接管4与文丘里管201间设置有音速孔板，音速孔板上开设有多个音速小孔202，当音速小孔两端的差压足够大时，其流量达到音速，并保持稳定。本发明通过音速小孔的设置，从而确保待测烟气流量稳定，不会受到待测烟气的压力波动而导致流量波动。而待测烟气流量稳定，从而提高测量的精度。
传感器装置1的外侧包覆有伴热保温套10，伴热保温套10覆盖在氧传感器101、氧泵102、NO传感器103等区域的外表面，其伴热温度为550℃～650℃，其作用是将待测烟气加热到600℃左右，为NO还原反应创造稳定的高温反应条件，确保反应彻底，提高测量精度。
在本实施例中，氧传感器101、第一隔离环5、氧泵102和NO传感器103的外径相等，即其轴线均与烟气通道3的轴线共线。第一隔离环5和第二隔离环6均采用耐热、绝缘材料制成，其中第一隔离环5将氧传感器101和氧泵102物理隔离，第二隔离环6的直径大于氧泵102和NO传感器103的外径，第二隔离环6的外壁与伴热保温套10的内壁相抵触，可将传感器装置1与伴热保温套10的间隙分割为第一间隙区801和第二间隙区802，第一间隙区801通过第一连通管901与外界环境相连通，第二间隙区802通过第二连通管902与外界环境相连通。第一间隙区801和外界环境相通，由于扩散作用，第一间隙区801中气体的氧浓度和外界环境氧浓度基本一致，从而确保氧传感器101和氧泵102的正常工作。第二间隙区802通过第二连接管11与文丘里管201相连接，第二连接管11内或第二连接管11与文丘里管201间设置有音速孔板，音速孔板上开设有多个音速小孔202，文丘里管201形成的负压带动连通第二间隙区802中气体的快速流动、更新，从而保证第二间隙区802中气体氧浓度的稳定，另外第一间隙区801和第二间隙区802分隔开，可防止待测烟气由第二间隙区802进入文丘里管201。
如图3所示，待测烟气在本设备中的处理测量过程如下：
首先，待测烟气从烟气通道3左侧进入，在经过氧传感器101区域时，可测得待测烟气的氧气浓度，记为Co2；然后待测烟气通过氧泵102，在该区域待测烟气中的O2被氧泵102完成抽出，以方便后续对待测烟气中NOx进行还原反应，此时，第一间隙区801和外界环境相通，由于扩散作用，第一间隙区801中气体的氧浓度和大气氧浓度基本一致，从而确保氧传感器101和氧泵102的正常工作；然后，待测烟气中的NOx在催化剂(NO还原反应催化剂)区域发生还原反应，生成氮气N2和氧气O2，并继续流动，进入NO传感器103区域，在此区域测得O2的浓度，记为Co20，由于化学反应的平衡关系可知，待测烟气中的NOx浓度为Cno＝Co20/2；最后经还原反应后的待测烟气通过第一连接管4和音速小孔202，被文丘里管201抽出，排放到大气中，待测烟气整个流动，动力来源于压缩空气流经文丘里管201形成的负压。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，包括：传感器装置和恒流抽气装置，所述传感器装置内设置有烟气通道，待测烟气由所述烟气通道的一端进入其内，所述烟气通道的另一端通过第一连接管与所述恒流抽气装置相连接；
所述传感器装置包括依次设置的氧传感器、氧泵和NO传感器，所述氧传感器和所述氧泵的一端通过第一隔离环相隔离，所述氧泵的另一端和所述NO传感器通过第二隔离环相隔离，位于所述第二隔离环中间的所述烟气通道内设置有NO还原反应催化剂；
所述恒流抽气装置通过所述第一连接管与所述NO传感器的远离所述第二隔离环一端相接，所述恒流抽气装置包括文丘里管，所述文丘里管与第一连接管相接，所述第一连接管与所述文丘里管间设置有音速孔板，所述音速孔板上开设有音速小孔，所述文丘里管通入压缩空气，用于为待测烟气流入所述烟气通道提供负压。
2.根据权利要求1所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述氧传感器、所述第一隔离环、所述氧泵、所述第二隔离环和所述NO传感器均呈环形，且其轴线均与所述烟气通道的轴线共线。
3.根据权利要求1所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述传感器装置的外侧包覆有伴热保温套。
4.根据权利要求3所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述第二隔离环的外径大于所述氧泵和所述NO传感器的外径，所述伴热保温套的内壁与所述第二隔离环的外壁相抵触，所述第二隔离环将所述传感器装置与所述伴热保温套之间的间隙分割为第一间隙区和第二间隙区。
5.根据权利要求4所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述第一间隙区通过第一连通管与外界环境相连通，所述第二间隙区通过第二连通管与外界环境相连通。
6.根据权利要求4所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述第二间隙区通过第二连接管与所述文丘里管相连接，所述第二连接管与所述文丘里管间设置有音速孔板，所述音速孔板上开设有音速小孔。
7.根据权利要求3所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述伴热保温套的伴热温度为550℃～650℃。
8.根据权利要求1所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述氧传感器的测量量程为0～50％。
9.根据权利要求1所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述第一隔离环和所述第二隔离环均采用耐热绝缘材料制成。
10.根据权利要求1所述的基于电化学法的烟气NOx快速测量设备，其特征在于，所述NO还原反应催化剂用于将待测烟气中的NOx还原为N2和O2，所述待测烟气中NOx的浓度为NO传感器测得的氧浓度的二分之一。
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Also Published As
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|---|---|
| CN115248242B (zh) | 2024-05-28 |
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