CN206177648U - 监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，包括SCR入口烟道和SCR出口烟道或空预器出口烟道，还包括树形多点混合取样装置和NOx在线分析仪；树形多点混合取样装置包括依次连通的多点取样段、过渡连接段和烟气混合段；多点取样段呈锯齿状布置在SCR入口烟道截面上，烟气混合段与SCR出口烟道或空预器出口烟道相连通，多点取样段上设有两个以上的取样孔；NOx在线分析仪布置在烟气混合段上。本实用新型应用于SCR脱硝系统NOx平均浓度测量，具有准确性高、实时性强、可靠性高的突出优势，从而显著提高SCR喷氨控制的品质。
Description
技术领域
本实用新型涉及大型燃煤电站烟气成份混合取样测量技术，尤其涉及监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统。
背景技术
目前，大型燃煤电站普遍采用SCR脱硝装置来降低烟气中NOx排放浓度。SCR利用NH3对NOx的还原特性，在催化剂的作用下将NOx还原为对环境无害的N2和H2O。在实际运行过程中，喷氨总量的控制至关重要，喷氨不足会造成脱硝效率下降，进而造成NOx排放超标；喷氨过量会造成氨逃逸率超标，进而易造成下游空预器因硫酸氢铵沉积而堵塞和腐蚀，还可能造成电除尘极线积灰、除尘布袋黏灰等不利影响。
SCR控制策略中，所需喷氨总量指令前馈一般通过实时计算获取，计算大致方法为“烟气总量×SCR入口NOx浓度×设定氨氮摩尔比(或脱硝效率)”。因此，提高SCR入口NOx浓度测量的准确性、实时性和可靠性是保证喷氨总量控制品质的关键。
然而，受燃烧煤种变化、磨组合方式改变、燃烧器调整等多种因素影响，SCR入口NOx浓度分布不均的现象普遍存在，而且波动较为频繁。传统单点NOx浓度测量值并不能代表整个流动截面NOx浓度平均值，这增加了SCR入口NOx浓度测量的难度；相较而言，采用多点混合取样，并测量混合烟气中NOx平均浓度更为合理。由于SCR入口烟气工况恶劣(温度高、粉尘浓度高)，且截面尺寸非常大，相应多点混合取样系统的实时性和可靠性是设计难点。
当前普遍采用CEMS测量SCR入口NOx浓度，存在取样代表性差、迟滞时间长以及维护工作量大等问题，本领域技术人员虽然采取了多种复杂的先进算法来弥补上述不足，但先进的软件系统并不能完全克服硬件系统存在的问题，喷氨总量控制品质不佳的现象仍普遍存在。
实用新型内容
为了实现SCR入口NOx浓度准确、实时、可靠测量，本实用新型提供监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统。
为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：
监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，包括SCR入口烟道和SCR出口烟道或空预器出口烟道，还包括树形多点混合取样装置和NOx在线分析仪；树形多点混合取样装置包括依次连通的多点取样段、过渡连接段和烟气混合段；多点取样段呈锯齿状布置在SCR入口烟道截面上，烟气混合段与SCR出口烟道或空预器出口烟道相连通，多点取样段上设有两个以上的取样孔；NOx在线分析仪布置在烟气混合段上。
对于燃煤发电机组而言，SCR入口烟道、SCR出口烟道、空预器出口烟道三者在空间上自高而低布置，相应烟气静压由高到低。一般而言，机组满负荷工况下，SCR入口烟道比SCR出口烟道静压高800Pa左右，SCR出口烟道比空预器出口烟道静压高1200Pa左右。因此，SCR入口烟气经多个取样孔进入树形多点混合取样装置内，将自动从多点取样段流向烟气混合段，布置在烟气混合段的NOx在线分析仪将实时测量烟气中NOx浓度。由于烟气在树形多点混合取样装置内以较大倾角向下或垂直向下流动，因此其内部积灰的倾向并不明显。
上述烟气混合段可选择连接SCR出口烟道或空预器出口烟道，系统特性上的主要差别在于，连接空预器出口烟道时，树形多点混合取样装置的两端压差更大，其内部烟气流速更高，有利于减少测量迟滞时间，且更高流速有利于进一步减弱内部积灰倾向。本系统充分利用了锅炉风烟系统固有的特性，在可靠性方面具有独到优势。
上述锯齿状也可看成是由一个以上的V状依次拼接而成。上述依次连通的多点取样段、过渡连接段和烟气混合段形成树形多点混合取样装置。
为了节省布置空间，优选，多点取样段在SCR入口烟道截面呈双齿状布置。也可看成呈双V状布置。
为了增强烟气取样的代表性，上述多点取样段需设计得更为复杂，多点取样段在SCR入口烟道截面呈三齿或四齿状布置。实际应用中，应结合布置空间大小、SCR入口烟道截面尺寸、SCR入口NOx浓度分布不均匀性等因素综合考虑确定。
前述三齿或四齿，也即由三个开口向上的V或四个开口向上的V依次拼接形成。
为了避免积灰，当烟气混合段连通空预器出口烟道时，烟气混合段一般需先穿透SCR出口烟道壁面，然后再与空预器出口烟道连通。
为了保证SCR出口烟道壁面的密封性以及留足树形多点混合取样装置的热位移空间，优选，烟气混合段与SCR出口烟道壁面的交界面处设动密封装置。
上述动密封装置可以是填料密封、波纹套管密封等，不限定具体形式。
作为另一优选，SCR出口烟道内加装有竖直穿过SCR出口烟道的保护套管，保护套管截面尺寸大于烟气混合段截面尺寸，烟气混合段经过SCR出口烟道时，从保护套管内穿过，然后再与空预器出口烟道连通。
上述烟气混合段经过SCR出口烟道时，从保护套管内穿过，与SCR出口烟道烟气隔离。
一般每台燃煤发电机组有两个SCR反应器，业内习惯上称为A侧和B侧，每侧SCR出口布置一套监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统。
为了提高系统的自动化程度，优选，监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，其特征在于：还包括采集与控制模块，采集与控制模块至少接收NOx在线分析仪的传输信号。采集与控制模块实现参照行内现有公知技术。
为了制备方便、节约成本，同时保证取样的方便性与准确性，优选，树形多点混合取样装置由内径为40～120mm的圆管制成。
上述圆管的横截面(流通截面)为圆形。
为了兼顾烟气取样的代表性和实时性，以及防止取样孔堵灰，优选，多点取样段由两根以上等长的取样管拼接形成锯齿状，取样管上设有圆形取样孔，取样孔的内径为6～18mm，取样孔沿取样管的长度方向均匀布置，也即取样孔将取样管分为等长度的n+1段，n为取样孔数量。
进一步优选，取样管上取样孔至少有3个、且背气流设置，取样管上所有取样孔的流通面积总和不大于取样管流通截面积的40％。
上述取样孔的流通面积也即取样孔的横截面面积；取样管流通截面积也即取样管的横截面。
取样管壁面一侧迎气流，另一侧背气流，取样孔设置在背气流一侧，可以尽量减少取样烟气的含尘浓度。
为了进一步降低上述多点取样装置堵灰的可能，监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，还包括热风反吹子系统，热风反吹子系统至少包括反吹管路、反吹控制阀和反吹隔离阀，反吹隔离阀设在烟气混合段上，反吹控制阀设在反吹管路上，反吹管路与烟气混合段连通、且位于反吹隔离阀上游。当投用热风反吹子系统时，反吹隔离阀关闭、反吹控制阀打开；而测量系统正常投运时，反吹隔离阀打开、反吹控制阀关闭。
热风反吹子系统的气源优选热一次风。
为了折算基准氧量下NOx浓度分布，监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，还包括O2在线分析仪，O2在线分析仪也设在烟气混合段上。
优选，O2在线分析仪与NOx在线分析仪集成使用。
为了提高上述监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统工作的可靠性，优选，NOx在线分析仪为直插式，采用半导体陶瓷气体传感器。可长期工作在500℃以下的烟气环境下。
本实用新型未提及的技术均参照现有技术。
本实用新型监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统所公开的技术方案，实为多点混合取样的一种具体实现方式，尤其适用于SCR入口NOx浓度的测量，可克服传统测量技术取样代表性差、迟滞时间长以及维护工作量大等不足。这些不足在SCR出口NOx浓度测量中也存在，本实用新型公开的技术方案，在SCR出口NOx浓度多点混合取样测量中也同样适用；本实用新型应用于SCR脱硝系统NOx平均浓度测量，具有准确性高、实时性强、可靠性高的突出优势，从而显著提高SCR喷氨控制的品质。
附图说明
图1为本实用新型监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统安装空间示意图。
图2为本实用新型实施例1中监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统构成图。
图3为本实用新型实施例2中监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统构成图。
图4为本实用新型实施例3中监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统构成图。
图5为本实用新型实施例4中监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统构成图。
图6为本实用新型实施例5中树形多点混合取样装置轮廓示意图。
图7为本实用新型实施例6中树形多点混合取样装置轮廓示意图。
图8为烟气横掠多点取样段的示意图。
图中，1为SCR入口烟道，2为SCR出口烟道，3为空预器出口烟道，4为树形多点混合取样装置，5为NOx和/或O2在线分析仪，6为多点取样段，7为过渡连接段，8为烟气混合段，9为动密封，10为保护套管，11为反吹管路，12为反吹控制阀，13为反吹隔离阀，14为三齿状树形多点混合取样装置轮廓，15为四齿状树形多点混合取样装置轮廓，16为取样孔，17为烟气气流，21为SCR反应器，31为空预器。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
如图2所示，监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，包括SCR入口烟道和SCR出口烟道，还包括树形多点混合取样装置和NOx在线分析仪；树形多点混合取样装置包括依次连通的多点取样段、过渡连接段和烟气混合段；多点取样段呈双齿状(2V状)布置在SCR入口烟道截面上，烟气混合段与SCR出口烟道相连通；NOx在线分析仪布置在烟气混合段上。
树形多点混合取样装置由内径为60mm的圆管制成。多点取样段由两根以上等长的取样管拼接形成双齿状，取样管上设有圆形取样孔，取样孔的内径为10mm，取样孔沿取样管的长度方向均匀布置。
取样管上取样孔有10个、且背气流设置，取样管上所有取样孔的流通面积总和不大于取样管流通截面积的40％。
NOx在线分析仪为直插式，采用半导体陶瓷气体传感器。
实施例2
如图3所示，与实施例1基本相同，所不同的是：烟气混合段连通空预器出口烟道，烟气混合段先穿透SCR出口烟道壁面，然后再与空预器出口烟道连通，烟气混合段与SCR出口烟道壁面的交界面处设动密封装置。
实施例3
如图4所示，与实施例2基本相同，所不同的是：SCR出口烟道内加装有竖直穿过SCR出口烟道的保护套管，保护套管截面尺寸大于烟气混合段截面尺寸，烟气混合段经过SCR出口烟道时，从保护套管内穿过，然后再与空预器出口烟道连通。
实施例4
如图5所示，与实施例1基本相同，所不同的是：监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，还包括热风反吹子系统，热风反吹子系统至少包括反吹管路、反吹控制阀和反吹隔离阀，反吹隔离阀设在烟气混合段上，反吹控制阀设在反吹管路上，反吹管路与烟气混合段连通、且位于反吹隔离阀上游。
实施例5
如图6所示，与实施例1基本相同，所不同的是：多点取样段在SCR入口烟道截面呈三齿状布置。
实施例6
如图7所示，与实施例1基本相同，所不同的是：多点取样段在SCR入口烟道截面呈四齿状布置。
实施例7
与实施例1基本相同，所不同的是：监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，还包括采集与控制模块，采集与控制模块至少接收NOx在线分析仪的传输信号。
实施例8
与实施例1基本相同，所不同的是：监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，还包括O2在线分析仪，O2在线分析仪也设在烟气混合段上。
上述各例中的测量系统应用于SCR脱硝系统NOx平均浓度测量，具有准确性高、实时性强、可靠性高的突出优势，从而显著提高SCR喷氨控制的品质。
Claims (7)
1.监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，包括SCR入口烟道和SCR出口烟道或空预器出口烟道，其特征在于：还包括树形多点混合取样装置和NOx在线分析仪；树形多点混合取样装置包括依次连通的多点取样段、过渡连接段和烟气混合段；多点取样段呈锯齿状布置在SCR入口烟道截面上，烟气混合段与SCR出口烟道或空预器出口烟道相连通，多点取样段上设有两个以上的取样孔；NOx在线分析仪布置在烟气混合段上。
2.如权利要求1所述的监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，其特征在于：多点取样段在SCR入口烟道截面呈双齿状布置。
3.如权利要求1所述的监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，其特征在于：多点取样段在SCR入口烟道截面呈三齿状布置或四齿状布置。
4.如权利要求1-3任意一项所述的监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，其特征在于：当烟气混合段连通空预器出口烟道时，烟气混合段先穿透SCR出口烟道壁面，然后再与空预器出口烟道连通。
5.如权利要求4所述的监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，其特征在于：烟气混合段与SCR出口烟道壁面的交界面处设动密封装置。
6.如权利要求4所述的监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，其特征在于：SCR出口烟道内加装有竖直穿过SCR出口烟道的保护套管，保护套管截面尺寸大于烟气混合段截面尺寸，烟气混合段经过SCR出口烟道时，从保护套管内穿过，然后再与空预器出口烟道连通。
7.如权利要求1-3任意一项所述的监测SCR入口NOx浓度的树形多点混合取样测量系统，其特征在于：还包括热风反吹子系统，热风反吹子系统至少包括反吹管路、反吹控制阀和反吹隔离阀，反吹隔离阀设在烟气混合段上，反吹控制阀设在反吹管路上，反吹管路与烟气混合段连通、且位于反吹隔离阀上游。
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