CN206696043U - 深度空气分级燃烧锅炉及其气氛监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及深度空气分级燃烧领域，公开了一种深度空气分级燃烧锅炉及其气氛监测装置，该气氛监测装置包括烟气监测组件，烟气监测组件包括烟气取样构件(4)、烟气输送构件(5)和烟气监测单元(8)；所述烟气取样构件(4)的进气口对应设置在深度空气分级燃烧锅炉的主燃区(31)和/或主还原区(32)，所述烟气输送构件(5)能够将烟气取样构件(4)采集的烟气样本输送至烟气监测单元(8)。本实用新型的有益效果为：通过在监测主燃区和/或主还原区设置烟气监测组件获得相应的监测区域的烟气成分的数据，起到预警作用；基于烟气监测组件获得的数据，修正深度空气分级燃烧锅炉内的燃烧模式。
Description
技术领域
本实用新型涉及深度空气分级燃烧技术领域，具体地涉及一种用于深度空气分级燃烧锅炉的炉膛贴壁气氛监测装置。此外，本实用新型还涉及一种设置该气氛监测装置的深度空气分级燃烧锅炉。
背景技术
目前，随着国家对环境保护的日益重视以及号称全球最严的大气污染物排放标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)的实施，国内燃煤锅炉电厂遭遇前所未有的改造压力，《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)中规定，除广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉外，其余省份的火力发电锅炉NOx排放量要求小于100mg/Nm3,而目前的NOx排放量大多在350mg/Nm3以上，因此排放前均需要进行脱NOx处理。目前多数电厂需安装烟气脱硝装置(SCR)或类似装置以保证达到上述排放量要求。通过该装置可满足排放标准。
然而，这类脱硝装置属于燃烧后烟气脱硝，其运行和维护费用非常高。因此，国内大量的锅炉采用燃烧过程中脱硝和燃烧后脱硝相结合的方式来降低运营成本，燃烧中脱硝基本都采用空气分级低NOx燃烧技术。此种改造技术采用的是主燃区低氧燃烧，主燃烧区上方设置主还原区，在主还原区上部安装燃尽区，其中主燃区和主还原区的过量空气系数均为0.8左右，而燃尽区的过量空气系数均为1.2左右。因此在主燃烧器区域的富燃料区以及主还原区附近均为富CO氛围，烟气中的S2-极易与水冷壁面金属反应腐蚀水冷壁。炉膛贴壁区域的H2S浓度成为表征水冷壁发生高温腐蚀风险的重要指标，当炉膛内的H2S的含量超过500ppm时，炉膛内部水冷壁易发生高温腐蚀现象，造成水冷壁泄漏导致整个电厂停机。因此对于空气分级低NOx燃烧的燃煤锅炉，如何有效监控炉膛贴壁烟气中H2S、CO、O2含量，将会对炉膛的保护和预警起到至关重要的作用。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了避免现有技术存在的空气分级低NOx燃烧工况下，炉膛内部水冷壁易发生高温腐蚀的风险，造成水冷壁泄漏导致整个电厂停机问题，提供深度空气分级燃烧锅炉及其气氛监测装置，通过在煤粉浓度集中的监测主燃区和/或强还原性氛围的主还原区设置烟气监测组件获得相应的监测区域的烟气成分的数据，起到监测/监控作用；同时可根据烟气监测组件所获得的数据对烟气成分进行分析，以修正深度空气分级燃烧锅炉内的燃烧状态以保证锅炉的安全稳定运行。
为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种用于深度空气分级燃烧锅炉的气氛监测装置，该气氛监测装置包括烟气监测组件，所述烟气监测组件包括烟气取样构件、烟气输送构件和烟气监测单元；所述烟气取样构件的进气口对应设置在所述深度空气分级燃烧锅炉的主燃区和/或主还原区，所述烟气输送构件能够将所述烟气取样构件采集的烟气样本输送至所述烟气监测单元。
优选地，所述深度空气分级燃烧锅炉包括水冷壁，该水冷壁包括由鳍片连接的多根水冷壁管，所述烟气取样构件穿过所述鳍片延伸。
优选地，所述鳍片上设置有通孔，所述烟气取样构件穿过该通孔延伸并在该通孔的两端焊接密封。
优选的，所述烟气取样构件的进气口与所述水冷壁管在所述深度空气分级燃烧锅炉的炉膛内的弧顶部相平齐，并且/或者，所述水冷壁外包覆有保温棉，所述烟气取样构件在所述炉膛外部的自由端与该保温棉的外侧面之间的距离为400mm～600mm。
优选地，所述烟气监测单元设置为检测H2S、CO和O2的含量。
优选地，所述烟气输送构件可拆卸地连接至所述烟气取样构件与所述烟气监测单元之间并设置有动力单元和烟气过滤器。
优选地，所述烟气取样构件包括至少两个均布在炉壁中心线的两侧的第一烟气取样构件和布置在所述炉壁中心线上的第二烟气取样构件，第一烟气取样构件和第二烟气取样构件位于炉膛主燃烧器区域和深度还原区，以保证测试结果的有效性。
优选地，所述第二烟气取样构件的进气口高度高于所述第一烟气取样构件的进气口高度。
本实用新型第二方面提供一种深度分级燃烧锅炉炉膛贴壁气氛监测取样构件布置方式，该深度分级燃烧锅炉具有主燃区和主还原区，所述主燃区和/或所述主还原区并设置有上述气氛监测装置及布置方式。
优选地，所述深度分级燃烧锅炉的主燃区和主还原区分别设置有至少两组所述气氛监测装置，且全部所述气氛监测装置沿炉壁中心线分布。
通过上述技术方案，在易发生高温腐蚀的主燃区和/或主还原区设置烟气取样构件，以监测其中的烟气成分，重点监测易发生高温腐蚀的区域，可以在整个锅炉或火力发电厂运行期间进行测试，并通过多个监测区域的烟气成分的数据来修正锅炉的燃烧模式，以期达到防止空气分级低NOx燃烧过程中发生高温腐蚀的威胁，做到有效的预警作用。
附图说明
图1是一个烟气监测组件的连接图；
图2是同一组烟气监测组件的各个烟气取样构件的布置图；
图3是各监测区域布置不同组的烟气监测组件的布置图。
附图标记说明
1 水冷壁管
11 弧顶部 12 弧底部
2 鳍片
31 主燃区 32 主还原区
4 烟气取样构件
41 第一烟气取样构件 42 第二烟气取样构件
5 烟气输送构件 6 烟气过滤器
7 动力单元 8 烟气监测单元
91 第一安装位置 92 第二安装位置
93 第三安装位置 94 第四安装位置
具体实施方式
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“内、外”是指深度空气分级燃烧锅炉的炉膛的内、外，“上、下”指竖直方向的上、下。
一种用于深度空气分级燃烧锅炉的气氛监测装置，该气氛监测装置包括烟气监测组件，烟气监测组件包括烟气取样构件4、烟气输送构件5和烟气监测单元8；烟气取样构件4的进气口对应设置在深度空气分级燃烧锅炉的主燃区31和/或主还原区32，烟气输送构件5能够将烟气取样构件4采集的烟气样本输送至烟气监测单元8，如图3所示。
深度空气分级燃烧锅炉的主燃区31燃烧温度高，主还原区32的还原性较高，均易发生高温腐蚀风险，如背景技术中所述，当炉膛内的H2S的含量超过500ppm时，炉膛内部水冷壁易发生高温腐蚀现象，造成水冷壁泄漏导致整个电厂停机，因此，在主燃区31设置烟气取样构件4，以获得主燃区31内的烟气样品并且通过烟气输送构件5输送到烟气监测单元8，经烟气监测单元8监测分析可得出烟气成分的数据(气体类型如H2S、CO、O2等及对其对应的含量)，起到监测/监控作用，当然，为了监测不同类型的气体，使用对应的烟气监测单元8即可。
可根据实际需要在主燃区31、主还原区32中的至少一个区域设置烟气取样构件4，以对相应的区域进行烟气取样以实现烟气监测，设置方式灵活，适合多种工况需要。
同时，为了便于查看烟气监测单元8上的数据，烟气监测单元8可包括能够显示监测到的不同气体的成分及含量的显示屏。另外，深度空气分级燃烧锅炉的工作现场环境恶劣，因此发明人将烟气监测单元8上集成通信模块，通过通信模块可与上位机通信，实现远程监控，不受距离限制的同时避免现场的恶劣工作环境的影响。此时，通信模块可以采用如蓝牙、WIFI等无线通信模块也可以采用通信线缆连接，可根据实际进行选择。
另外，烟气输送构件5设置成能够将烟气取样构件4获取的烟气样本输送到烟气监测单元8即可。具体地，烟气输送构件5可以为两端开口的密封管件，该密封管件的一端与烟气取样构件4的出气段密封连接，其另一端与烟气监测单元8的进气端密封连接的，深度空气分级燃烧锅炉工作所产生的高温烟气依次经烟气取样构件4和管状的烟气输送构件5最终流向烟气监测单元8；烟气输送构件5也可设置为负压发生装置，其低压侧靠近或朝向烟气监测单元8设置，其高压侧靠近或朝向烟气取样构件4设置，在负压发生装置的作用下烟气从烟气取样构件4流入烟气监测单元8。
需要强调的是，烟气取样构件4与烟气输送构件5可拆卸密封连接，烟气输送构件5与烟气监测单元8可拆卸地密封连接，其一为了方便安装和拆卸；其二、监测数据可以更加准确，具体地，当需要监测时，首先将烟气输送构件5的一端连接到烟气取样构件4的出气端，一段时间(如五分钟)后，在高压烟气的作用下烟气取样构件4内的空气逐渐被排出，此时稳定锅炉负荷及完成炉膛、尾部烟道吹灰一段时间(如三十分钟)，至此可将烟气取样构件4内的空气全部排出，此时，烟气在监测区域、烟气取样构件4、烟气输送构件5和烟气监测单元8的范围内为一相对平衡的状态，因此烟气监测单元8所监测到的烟气与位于监测区域内的烟气成分相同，烟气监测构件内的空气不能全部排出时，烟气和烟气输送构件5内的空气混合后进入烟气监测单元8，烟气监测单元8监测到的是烟气和空气的混合物，势必影响监测数据的准确。通过监测前，将烟气监测单元8方便拆下，等烟气监测构件内的空气被完全排空时再方便、快速安装到烟气输送构件5上，以保证监测数据的准确、可靠。
通常，出于使用寿命和设计、制造成本的考虑将烟气输送构件5和烟气监测单元8布置在外部；当然，也可将烟气输送构件5和烟气监测单元8布置在锅炉壁面位置，此时需要保证在高温环境下可正常工作即可，即烟气输送构件5和烟气监测单元8均具有耐高温、耐烟气腐蚀的结构。作为一种耐高温、耐烟气腐蚀一种设计：可将烟气输送构件5、烟气监测单元8的外壳均采用耐高温耐腐蚀的材料制成，比如采用耐高温耐腐蚀的合金制成或者硼化硅等非金属材料制成，另外，由于烟气监测单元8内部有传感器、PCB板等不耐高温的部件，因此在采用耐高温材料制成的烟气监测单元8的壳体内部设置一隔热壳体，以避免高温环境使得传感器、PCB板等损坏。作为耐烟气腐蚀的结构设计；发明人发现，由于对材料的耐高温、耐腐蚀要求高，材料成本高，因此，为了节约成本可采用另一设置，可将烟气输送构件5、烟气监测单元8的外壳上均涂覆一层由耐高温、耐烟气腐蚀的材料制成的涂层，以此达到耐高温、耐腐蚀的目的。
当烟气输送构件5为管状的密封管时，其根据实际的使用环境可选用刚性的导管或者软管，通常软管的材料不耐高温，但其布置灵活，因此当现场管线布置困难而环境温度不高(如低于80℃)时可选用包括橡胶软管在内的软管，如果现场管线布置不受限而环境温度又较高(如高于100℃)时应该选用刚性的导管，当然导管需满足这一环境温度下的耐热性能。
烟气取样构件4可为采用耐热(耐高温金属)材料制成的导管，当其为耐高温金属材料制成时，其为耐高温金属导管，耐高温金属导管既可保证两侧的水冷壁管不被伤害，同时也可利用炉内自身的飞灰及炉渣起到自密封的作用，减轻炉膛漏风压力，平时锅炉运行期间不对监测导管外端进行密封，可以起到自冷却的作用。并且在上述的高温金属导管的外端设置螺纹，以方便贴壁气氛测试时与所用的烟气输送构件5快速、有效连接。
通常，深度空气分级燃烧锅炉通常包括覆盖在锅炉的内壁上的水冷壁，参见图1，水冷壁包括由鳍片2连接的多根水冷壁管1，烟气取样构件4穿过鳍片2延伸后一端位于炉膛内以设置在监测区域另外一端穿过包覆在水冷壁外的保温棉以与烟气连接构件进行连接，结构简单、可靠性高，使用寿命长。
烟气输送构件5的一种固定设置形式为：鳍片2上开凿通孔，烟气取样构件4穿过该通孔延伸并在该通孔的两端焊接密封，以将烟气限制在烟气取样构件4、烟气输送构件5和烟气监测单元8内部，最终保证监测数据的准确性。另外，作为上述焊接的一种形式其采用双面堆焊，密封性可以得到保证。
由于烟气腐蚀的部位是水冷壁管1和连接在任意两个相邻的水冷壁管1之间的鳍片2，水冷壁管1位于炉膛的结构为弧形柱状，并且水冷壁管1的中部向炉膛中心线的方向凸出成弧顶部11的结构，由于烟气沿炉膛中心线向冷却壁的路线进行扩散，烟气中的H2S、CO或O2等含量从水冷壁管1的弧顶部11位置向水冷壁管1的弧底部12逐渐降低，即烟气中的气体(H2S、CO或O2等)浓度在弧顶部11最高，因此准确获得冷却壁附近的烟气成分及含量数据才能正确预警，故，发明人将烟气取样构件4的进气口与水冷壁管1在炉膛内的弧顶部11设置成相平齐的结构，意即监测冷却壁受腐蚀最严重的弧顶部11的烟气的成分，当弧顶部11的烟气的含量不超标(如H2S的含量超过500ppm)时，冷却壁的其他部位(鳍片2和水冷壁管1的非弧顶部11的位置)的气体含量肯定不会超标，以此保证监测数据的可靠性，保证锅炉的正常运行。
无论是否采用烟气取样构件4的进气口与水冷壁管11在深度空气分级燃烧锅炉的炉膛内的弧顶部11平齐这个设置方案均不影响下述设置方式：水冷壁外包覆有保温棉，以避免吸热后的水冷壁将热量扩散到水冷壁的外部造成高温危险源，烟气取样构件44在炉膛外部的自由端与该保温棉的外侧面之间的距离为400mm～600mm，该距离留过长，自由端会在自重作用下发生弯曲，尤其是锅炉运行会产生震动，自由端的重力此时为交变载荷，会大大影响烟气取样构件4本身的抗弯强度。
为了监测不同的气体，烟气监测单元8可以选择不同类型的气体检测仪，如监测H2S使用为H2S气体检测仪、监测CO气体采用CO检测仪、监测O2采用O2气体检测仪等，由于气体类型众多，不在此一一列举。另外，作为选择，烟气监测单元8也可以优选为能够同步检测多种不同气体含量的单体检测仪，如可同时检测H2S、CO、O2及可燃气体的四合一气体检测仪。
如前所述，当深度空气分级燃烧锅炉工作的功率低时，上述压差减小，烟气在烟气监测组件内的流动缓慢甚至困难，不利于烟气监测单元8的检测和分析，故发明人做出在烟气输送构件5上安装动力单元7的设置，动力单元7，以提供利于烟气依次经监测区域、烟气取样构件4和烟气输送构件5流至烟气监测单元8；另外，发明人还发现，烟气中携带的粉尘颗粒物等固体随烟气在烟气监测组件内流动时会堵塞在烟气输送组件所构成的管路内后影响烟气在上述的管路内的顺畅流动，甚至会堵塞上述的管路，同时，并且夹带的固体到达烟气监测单元8后会堵塞在烟气监测单元8的进气口或烟气监测单元8的传感器上，造成烟气监测单元8无法准确检测甚至无法检测的后果，为了克服上述缺陷，发明人在烟气输送构件5上安装烟气过滤器6，以过滤烟气中夹带的固体，以保证烟气监测组件的工作可靠性。
另外，在烟气输送构件5可安装动力单元7、烟气过滤器6中需同时安装，为了避免烟气中夹带的固体影响动力单元7的运行，沿烟气的流动方向依次设置烟气过滤器6和动力单元7，如图1所示，依次来避免烟气所夹带的固体进入动力单元7而影响动力单元7的运行，通过该设置进一步保证了烟气监测组件的工作可靠性。
烟气输送构件5可拆卸地连接至烟气取样构件4与烟气监测单元8，方便安装和拆卸的同时保证了烟气监测单元8的检测数据的准确、可靠，由于前面已经对具体原因做出详尽说明，故不再赘述。
如图2所示，同一组检测组件内的烟气取样构件4括至少两个均布在炉壁中心线的两侧的第一烟气取构件41和布置在炉壁中心线上的第二烟气取样构件42，同一检测区域同一组检测组件的。通过该设置，可获得水平方向上不同位置、竖直方向上不同位置的烟气的样本，以监测炉膛内不同位置的烟气成分数据，避免不同位置的烟气成分不同而造成的监测数据不可靠，保证了同一个烟气监测组件内的烟气成分监测的可靠性。
同理，为了进一步避免不同位置的烟气成分不同而造成的监测数据不可靠，将第二烟气取样构件42的进气口高度设置成高于第一烟气取构件41的进气口高度的形式。通过该设置，进一步可获得竖直方向上不同位置的烟气的样本，以监测炉膛内不同位置的烟气成分数据，保证了同一个烟气监测组件内的烟气成分监测的可靠性，从而从整体上保证气氛监测装置工作的可靠性。需要说明的是“炉壁中心线”是指说在锅炉的具有较宽尺寸的炉壁(或前述水冷壁)处的沿竖直方向的对称中心线。
另外，一种深度分级燃烧锅炉具有主燃区31和主还原区32，并且，主燃区31和/或主还原区32内设置有上述任意一项技术方案中的气氛检测装置。同上述，可只在主燃区31、主还原区32中的任一位置设置气氛检测装置，也可同时在主燃区31和主还原区32分别设置气氛检测装置，可根据实际需要灵活设置，满足多样化需要。
主燃区31和主还原区32分别设置有至少两组气氛监测装置，且全部气氛监测装置沿炉壁中心线分布。如图3所示，主燃区31沿炉膛中心线的方向从下向上依次设置第一安装位置91和第二安装位置92，主还原区32沿炉膛中心线的方向从下向上设置第三安装位置93和第四安装位置94，每一个安装位置分别安装有一个气氛监测装置，每一个气氛监测装置又包括四组烟气监测组件，即对应一个安装位置安装四组烟气监测组件，同一安装位置下的四组烟气组件的烟气取样构件4的出气口设置成图2所示的布置方式，以保证烟气监测单元8能够检测到准确的烟气成分数据。
以上结合附图1-3详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，例如，可以将深度分级燃烧锅炉改变为内部有多种需要监测的气体成分的气体容器；包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，例如烟气取样构件4焊接密封在通孔上和水冷壁外包覆有保温棉。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于深度空气分级燃烧锅炉的气氛监测装置，其特征在于，该气氛监测装置包括烟气监测组件，所述烟气监测组件包括烟气取样构件(4)、烟气输送构件(5)和烟气监测单元(8)；
所述烟气取样构件(4)的进气口对应设置在所述深度空气分级燃烧锅炉的主燃区(31)和/或主还原区(32)，所述烟气输送构件(5)能够将所述烟气取样构件(4)采集的烟气样本输送至所述烟气监测单元(8)。
2.根据权利要求1所述的气氛监测装置，其特征在于，所述深度空气分级燃烧锅炉包括水冷壁，该水冷壁包括由鳍片(2)连接的多根水冷壁管(1)，所述烟气取样构件(4)穿过所述鳍片(2)延伸。
3.根据权利要求2所述的气氛监测装置，其特征在于，所述鳍片(2)上设置有通孔，所述烟气取样构件(4)穿过该通孔延伸并在该通孔的两端焊接密封。
4.根据权利要求2所述的气氛监测装置，其特征在于，所述烟气取样构件(4)的进气口与所述水冷壁管(1)在所述深度空气分级燃烧锅炉的炉膛内的弧顶部相平齐，并且/或者，所述水冷壁外包覆有保温棉，所述烟气取样构件(4)在所述炉膛外部的自由端与该保温棉的外侧面之间的距离为400mm～600mm。
5.根据权利要求1所述的气氛监测装置，其特征在于，所述烟气监测单元(8)设置为检测H2S、CO和O2的含量。
6.根据权利要求1所述的气氛监测装置，其特征在于，所述烟气输送构件(5)可拆卸地连接至所述烟气取样构件(4)与所述烟气监测单元(8)之间并设置有动力单元(7)和烟气过滤器(6)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的气氛监测装置，其特征在于，所述烟气取样构件(4)包括至少两个均布在炉壁中心线的两侧的第一烟气取样构件(41)和布置在所述炉壁中心线上的第二烟气取样构件(42)，第一烟气取样构件(41)和第二烟气取样构件(42)位于炉膛主燃烧器区域和深度还原区。
8.根据权利要求7所述的气氛监测装置，其特征在于，所述第二烟气取样构件(42)的进气口高度高于所述第一烟气取样构件(41)的进气口高度。
9.一种深度分级燃烧锅炉，其特征在于，该深度分级燃烧锅炉具有主燃区(31)和主还原区(32)，所述主燃区(31)和/或所述主还原区(32)设置有根据权利要求1至8中任意一项所述的气氛监测装置。
10.根据权利要求9所述的深度分级燃烧锅炉，其特征在于，所述主燃区(31)和所述主还原区(32)分别设置有至少两组所述气氛监测装置，且全部所述气氛监测装置沿炉壁中心线分布。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109612779A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-04-12 | 栾东存 | 一种锅炉水质取样检测装置 |
| CN112269335A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-01-26 | 山东方大清洁能源科技有限公司 | 一种锅炉反馈数据自动控制装置 |
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2017
- 2017-05-17 CN CN201720547500.6U patent/CN206696043U/zh active Active
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