CN115931976A - 基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，包括探头、高温导线、保护管和表头接线盒，探头和表头接线盒分别对应固定于保护管的前端和后端，其还包括套设在保护管外的冷却套管，冷却套管的进风口通过进风软管与送风装置连通，探头由冷却套管前端伸出且冷却套管的前端具有防止冷却气流从前端外溢的端盖，冷却套管管壁上设有出风口，探头包括双池厚膜氧化锆传感器及包裹于其外的陶瓷过滤器。本发明优点为，设有冷却套管，通过向其内送入冷却空气对保护管降温，可保证该原位监测装置可应用于高温环境；同时探头处有陶瓷过滤器，可有效防止烟气中高含量的尘埃对探头测量的影响；保护管与冷却套管可拆卸连接，维保方便。
Description
技术领域
本发明属于脱硝系统氮氧化物浓度监测领域，具体涉及基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置。
背景技术
随着脱硝反应系统对喷氨量的精确控制的要求越发严格，必须对SNCR入口烟气和SCR反应器入口烟气中NOx浓度进行实时监测，以确定锅炉低氮燃烧情况及SCR反应器入口烟气NOx浓度情况。当前NOx测量技术已应用于脱硝烟气在线监测系统中。
常规的NOx测量技术需要将烟道中的高温烟气抽取一部分样气到分析仪中进行分析。抽取式烟气分析仪在抽取过程需要一定的时间，导致分析仪得到的NOx浓度与实际烟气的NOx浓度存在滞后性，滞后时间约2分钟。另外，抽取样气的成分和流量存在一定的波动，测量NOx浓度的准确性降低。抽取式烟气分析仪可靠性不高，且在高尘环境中容易堵塞出现故障，需要频繁的定期维护才能正常运行。这些不利因素均对脱硝喷氨自动控制造成影响，导致脱硝系统氨逃逸偏大，甚至会因硫酸氢铵沉淀而堵塞和腐蚀下游的空预器。因此，抽取式烟气分析仪无法满足当前对脱硝系统NOx浓度原位监测的要求。双池厚膜氧化锆传感器NOx分析仪可以对烟气中的NOx浓度进行原位监测，但其工作温度因受套筒和连接器件以及管路接口处密封等原因限制在0℃-350℃范围。但在SCR反应器入口处或SNCR入口处，烟气温度则高达450-1100℃。即双池厚膜氧化锆传感器NOx分析仪不适用于对SNCR入口烟气和SCR反应器入口高温烟气中NOx浓度进行实时监测，而且双池厚膜氧化锆传感器探头也难以适应高尘环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，旨在克服传统的抽取式烟气分析仪无法原位实时监测(滞后性)以及常规双池厚膜氧化锆传感器NOx分析仪无法应用于高温高尘环境的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，包括探头、高温导线、保护管和表头接线盒，所述探头和表头接线盒分别对应固定于所述保护管的前端和后端，所述高温导线位于所述保护管内并电连接所述探头和表头接线盒内的信号处理单元，其还包括套设在所述保护管外的冷却套管，所述冷却套管的进风口通过进风软管与送风装置连通，所述探头由所述冷却套管前端伸出且所述冷却套管的前端具有防止冷却气流从前端外溢的端盖，所述冷却套管管壁上设有出风口，所述探头包括双池厚膜氧化锆传感器及包裹于所述双池厚膜氧化锆传感器外的陶瓷过滤器，所述高温导线前端与所述双池厚膜氧化锆传感器电连接。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述出风口由多个出风孔构成，所述出风孔开设于所述冷却套管的管壁上。
进一步，所述进风口设于所述冷却套管管壁的后段且位于脱硝系统外，所述出风孔位于冷却套管管壁的中间段和/或前段处且位于所述脱硝系统内。
进一步，多个所述出风孔集中布设于所述冷却套管管壁的中间段上。
进一步，所述保护管的管壁后段上同轴固定有第一法兰，所述冷却套管的后端同轴固定有第二法兰，所述第一法兰和第二法兰通过螺栓固定连接。
进一步，所述冷却套管上还设有导流管，所述导流管一端连通所述进风口，另一端延伸至靠近所述冷却套管前端端盖处。
进一步，所述导流管前端封闭，所述导流管的管壁上沿其轴向间隔设有多个风眼。
进一步，所述送风装置为空气压缩机。
进一步，所述冷却套管材质为SS301不锈钢且外壁上涂有SiC涂层。
进一步，所述保护管的材质为SS301不锈钢，所述进风软管为橡胶管且所述进风软管上设有球阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对直插原位式氮氧化物探头(双池厚膜氧化锆传感器)的保护管(探杆)的外部设置冷却套管，通过送风装置及进风软管持续的向冷却套管内送入冷却空气降温，可保证本发明提供的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置可成功应用于烟气温度高达900-1100℃的高温环境；同时在双池厚膜氧化锆传感器外罩设陶瓷过滤器有效防止烟气中高含量的尘埃对传感器测量NOx浓度的影响。
另外，冷却套管采用不锈钢SS301喷涂氮化硅耐磨耐高温涂层，能够有效增强冷却套管耐高温和耐磨性，在高温高尘的烟气环境中冷却套管能够长期使用。本发明提供的原位监测装置安装于脱硝系统时，冷却套管与烟道焊接或插入锅炉外壁的预设开口并固定(之间用灌浆料密封)，即冷却套管保持与烟道或锅炉外壁固定，前段位于烟道或锅炉的高温高尘烟气环境中，后段位于外界，冷却套管与探杆则采用法兰可拆卸连接，相比于现有的直接将探杆固定于锅炉或烟道上的情形，本发明在检修时明显更加方便。
附图说明
图1为本发明提供的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置的轴测图；
图2为图1所示原位监测装置的主视图；
图3为图2所示原位监测装置沿A-A剖视图；
图4为图3中原位监测装置冷却套管内设有导流管时的示意图；
图5为在脱硝系统中的两处相关位置安装了本发明的原位监测装置后的示意图(图上可见在省煤器的入口和出口部位各有一个本发明的原位监测装置)。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、探头；2、高温导线；3、保护管；4、表头接线盒；5、信号处理单元；6、冷却套管；7、进风口；8、进风软管；9、双池厚膜氧化锆传感器；10、陶瓷过滤器；11、出风孔；12、第一法兰；13、第二法兰；14、导流管；15、球阀。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
在本发明的描述中，若用到“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位的术语，其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。
如图1至4所示，基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，包括探头1、高温导线2、保护管3和表头接线盒4，所述探头1和表头接线盒4分别对应固定于所述保护管3的前端和后端，所述高温导线2位于所述保护管3内并电连接所述探头1和表头接线盒4内的信号处理单元5，其还包括套设在所述保护管3外的冷却套管6，所述冷却套管6的进风口7通过进风软管8与送风装置连通，所述探头1由所述冷却套管6前端伸出且所述冷却套管6的前端具有防止冷却气流从前端外溢的端盖，所述冷却套管6管壁上设有出风口，所述探头1包括双池厚膜氧化锆传感器9及包裹于所述双池厚膜氧化锆传感器9外的陶瓷过滤器10，所述高温导线2前端与所述双池厚膜氧化锆传感器9电连接。
需要说明的是，双池厚膜氧化锆传感器9核心元件是多孔的氧化锆陶瓷管，它是一种固态电解质，两侧面分别烧结上多孔铂(Pt)电极。在加热到一定温度下，由于两侧氧浓度不同，氧化锆会产生化学反应，电极两侧产生电荷移动，移动的电荷产生电流，根据产生电流的大小反映出氧浓度不同，将氧浓度反馈至控制器计算出当前NOx浓度。双池厚膜氧化锆传感器具有第一测量池和第二测量池：在第一测量池内，氧气在“氧泵”(氧化锆)的作用下产生极限电流并被排出第一测量池，极限电流则代表了样气中的氧气浓度。与此同时，第一测量池内二氧化氮产生分解：2NO2→2NO+O2，完成NO2→NO转换；被测气体经过扩散进入第二测量池，在第二测量池内由氧泵移出的第一测量池的微量余氧使NO分解为N2和O2，反应式为2NO→N2+O2。氧泵继续移出分解产生的O2，产生极限电流，反应向右移动，则不断地移出氧气，NO连续被分解，通过测量极限电流(即移出的O2的浓度)就可确定排气中测量被测气体中的氮氧化合气体(NOX)浓度。
冷却套管前端的端盖可与保护管固定连接或者不作固定连接，其不作固定连接时，保护管及其前端的探头均可从端盖中心处预设通孔穿过，探头后端与通孔前端平齐并封堵通孔避免冷却气流从前端外溢而影响氮氧化物测定，另外若端盖与保护管固定连接，则端盖与冷却套管则为可拆卸连接，其中端盖具有外螺纹，而冷却套管前端有内螺纹，具体如图4所示。
在本发明的一个实施例中，所述出风口由多个出风孔11构成，所述出风孔11开设于所述冷却套管6的管壁上。出风孔在冷却套管管壁上的位置有多种可能，但最好是都位于脱硝系统内，因为这样既保证能够对保护管有效降温，又不带走脱硝系统的热量。当然，必要时出风孔亦可设置于冷却套管管壁的位于脱硝系统外的位置。出风孔不宜太靠近探头，避免对探头处的烟气产生吹扰而影响对真实氮氧化物浓度的测量。
在上述实施例的基础上，所述进风口7设于所述冷却套管6管壁的后段且位于脱硝系统外，所述出风孔11位于冷却套管6管壁的中间段和/或前段处且位于所述脱硝系统内。
在上述实施例的基础上，如图1所示，多个所述出风孔11集中布设于所述冷却套管6管壁的中间段上。结合图5可知，各出风孔11均位于脱硝系统的烟道内。
在本发明的一个实施例中，所述保护管3的管壁后段上同轴固定有第一法兰12，所述冷却套管6的后端同轴固定有第二法兰13，所述第一法兰12和第二法兰13通过螺栓固定连接。换言之，所述保护管与所述冷却套管法兰连接，其中冷却套管与烟道固定连接(包括焊接或穿过相应安装通孔后通过灌浆料密封固定)，保护管则与烟道无直接连接，当探头需要更换或检修时，可通过法兰连接处进行拆卸，将保护管及其前端探头一起由冷却套管向外拉出。此外，显然的，进风软管和进风口均位于烟道外，避免烟道内高温影响。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，所述冷却套管6上设有导流管14，所述导流管14一端连通所述进风口7，另一端延伸至靠近所述冷却套管6前端端盖处并与冷却套管内部连通。设置导流管能够将冷却风直接送至深入烟道的的冷却套管的前端处，从温度最高处对保护管进行降温，然后冷却风再由冷却套管的前部向后部流动，对中后段的保护管进行降温。由于出风孔不宜过于靠近探头，故出风孔位于冷却套管的中后段，若直接准却套管的后段进风，气流流动至中间处时即向外冷却套管外排出，因此冷却套管前段冷却气流可能较少，因此设置导流管可一定程度解决上述问题。
在本发明的一个实施例中，所述导流管14前端封闭，所述导流管14的管壁上沿其轴向间隔设有多个风眼。可以理解的是，多个风眼间隔设置，即可将冷却气流相对均匀的向冷却套管的各段输送，对保护管的冷却效果更佳。
在本发明的一个实施例中，所述送风装置为空气压缩机。
可以理解的是，除空气压缩机外，送风装置还可以是鼓风机等能够将外界空气向冷却套管内输送的其他同类型设备。
在本发明的一个实施例中，所述冷却套管6材质为SS301不锈钢且外壁上涂有SiC涂层。
在本发明的一个实施例中，所述保护管3的材质为SS301不锈钢，所述进风软管8为橡胶管且所述进风软管8上设有球阀15。球阀可以调节开度，根据需要灵活调节冷却空气输送量，即保证保护管得到有效冷却，又不至于输入过多的空气而影响脱硝系统正常工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，包括探头(1)、高温导线(2)、保护管(3)和表头接线盒(4)，所述探头(1)和表头接线盒(4)分别对应固定于所述保护管(3)的前端和后端，所述高温导线(2)位于所述保护管(3)内并电连接所述探头(1)和表头接线盒(4)内的信号处理单元(5)，其特征在于，还包括套设在所述保护管(3)外的冷却套管(6)，所述冷却套管(6)的进风口(7)通过进风软管(8)与送风装置连通，所述探头(1)由所述冷却套管(6)前端伸出且所述冷却套管(6)的前端具有防止冷却气流从前端外溢的端盖，所述冷却套管(6)管壁上设有出风口，所述探头(1)包括双池厚膜氧化锆传感器(9)及包裹于所述双池厚膜氧化锆传感器(9)外的陶瓷过滤器(10)，所述高温导线(2)前端与所述双池厚膜氧化锆传感器(9)电连接。
2.根据权利要求1所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述出风口由多个出风孔(11)构成，所述出风孔(11)开设于所述冷却套管(6)的管壁上。
3.根据权利要求2所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述进风口(7)设于所述冷却套管(6)管壁的后段且位于脱硝系统外，所述出风孔(11)位于冷却套管(6)管壁的中间段和/或前段处且位于所述脱硝系统内。
4.根据权利要求3所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，多个所述出风孔(11)集中布设于所述冷却套管(6)管壁的中间段上。
5.根据权利要求1所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述保护管(3)的管壁后段上同轴固定有第一法兰(12)，所述冷却套管(6)的后端同轴固定有第二法兰(13)，所述第一法兰(12)和第二法兰(13)通过螺栓固定连接。
6.根据权利要求1所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述冷却套管(6)的管内上设有导流管(14)，所述导流管(14)一端连通所述进风口(7)，另一端延伸至靠近所述冷却套管(6)前端端盖处后与所述冷却套管内部连通。
7.根据权利要求6所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述导流管(14)前端封闭，所述导流管(14)的管壁上沿其轴向间隔设有多个风眼。
8.根据权利要求1所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述送风装置为空气压缩机。
9.根据权利要求1所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述冷却套管(6)材质为SS301不锈钢且外壁上涂有SiC涂层。
10.根据权利要求1至9任一项所述的基于双池厚膜氧化锆的脱硝系统NOx浓度原位监测装置，其特征在于，所述保护管(3)的材质为SS301不锈钢，所述进风软管(8)为橡胶管且所述进风软管(8)上设有球阀(15)。
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