CN207964391U - 一种烟气取样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种烟气取样装置，包括多个设置在烟道内的抽取头，还包括抽取动力装置，多个抽取头在烟道截面内等面积矩阵分布，所述抽取头通过取样管路连通混合气母罐，所述抽取动力装置和混合气母罐连接。多个抽取头在烟道截面内等面积矩阵式分布，并根据烟道内流速确定不同位置处的抽取头孔径，各个点所取烟气在混合气母罐混合后准确反映烟道内烟气平均组分，从而保证氨逃逸测量的准确度。采用射流泵可以解决叶片泵的泵叶上容易积灰，以及铵盐结晶的问题。

Description

一种烟气取样装置

技术领域

本实用新型属于烟气处理技术领域，具体涉及一种烟气取样装置。

背景技术

根据国家环保要求，燃煤锅炉要实验实行超低排放（排放烟气中NO_X≤50mg、SO₂≤35mg、粉尘浓度≤5mg）。目前燃煤锅炉主流采用SCR氨法脱硝，即选择性催化还原脱硝技术。它是指在催化剂和氧气存在的条件下，在320℃～427℃温度范围内，还原剂氨(无水氨、氨水或尿素热解)有选择性地与烟气中的NOx反应生成无害的氮和水。

在SCR脱硝技术中有一个非常重要的指标。就是喷入的氨的量与烟气中NOx比例适当。所以对氨气量的检测和控制是SCR脱硝技术中非常重要的一个关键环节。而对烟气中氨含量的监测这就是氨逃逸。

现有的氨逃逸设备的基本原理均为基于TDLAS(可调式二极管激光吸收光谱，简称：激光法)技术的LasIR气体分析仪，而常用的氨逃逸设备多采用的是激光对射的方式，在烟道中加装激光源，检测烟道中某一条线（激光射穿通过的光程）上的烟气中氨气的含量。

但是因为氨逃逸设备是在原烟气烟道上安装，烟气管道是在高温下运行，温度也随机组负荷有所变化，所以烟道的膨胀变形不定，使得激光对射光束发生偏移，需要多次的维护对焦。而且激光束经过的光程是烟道内的某一条线，而氨逃逸设备的安装位置一般是在SCR反应器的出口到空预器的入口这一段，这段烟道面积大且无直管段，造成此处烟气流场混乱，SCR出口的氨逃逸设备多装在烟道一角，不能代表烟气氨的含量，同时SCR反应器出口NOx的监测也是在很大面积的烟道内找一点进行监测，也是无法代表烟气平均NOx的值。

针对氨逃逸设备安装在烟道壁会受烟道形变影响的问题。目前采用抽取式的氨逃逸取样技术。用一个抽取头放置在烟道内，通过泵来抽取烟道内的烟气，对抽取的烟气进行氨逃逸检测。检测完的样气再次送回烟道。但是在实际的使用过程中发现也存在很大的问题：

1）虽然解决了因为烟道壁形变而带来的对焦问题，但所抽取的样气不能非常好的代表烟道内烟气的整体水平，仍没有解决氨逃逸测量准确度低的问题。

2）烟道内抽取头容易磨损。

3）抽取装置内部容易堵塞。尤其是抽取动力源-泵，泵叶上容易积灰，以及铵盐结晶。最后造成泵失效。甚至整个抽取装置内部堵实。设备完全损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中氨逃逸测量准确度低的技术问题，提供一种烟气取样装置。

为此，本实用新型提供了一种烟气取样装置，包括多个设置在烟道内的抽取头，还包括抽取动力装置，多个抽取头在烟道截面内等面积矩阵分布，所述抽取头通过取样管路连通混合气母罐，所述抽取动力装置和混合气母罐连接。

多个抽取头的孔径大小不等，所述抽取头的孔径与所在位置的烟气流速函数相关，所述抽取头所在位置的烟气流速大对应的抽取头孔径大。

所述烟道截面包括烟道横截面和与烟道横截面成夹角的烟道斜截面，所述夹角不等于90°。

所述取样管路的路数与矩阵的列数相同，位于同一列的多个抽取头并联设置，多路取样管路均与混合气母罐连通，每路取样管路上均设有电磁阀。

所述抽取动力装置为射流泵，所述射流泵的出口与烟道相通，吸入口与混合气母罐下端相通，高压口连接热压缩气体罐。

所述取样管路与烟道横截面夹角为15°-60°。

所述射流泵出口与烟道相通部位在抽取头的下方。

所述取样管路通过固定装置固设在烟道内。

所述抽取头外设有高锰钢套管。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型将多个抽取头在烟道截面内等面积矩阵式分布，并根据烟道内流速确定不同位置处的抽取头孔径，各个点所取烟气在混合气母罐混合后准确反映烟道内烟气平均组分，从而保证氨逃逸测量的准确度。采用射流泵可以解决叶片泵的泵叶上容易积灰，以及铵盐结晶的问题。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是矩形烟道内流体的流速分布图；

图2是抽取头及取样管路结构示意图；

图3是本实用新型的第一种实施方式；

图4是本实用新型第二种实施方式的左视图。

图中：1、抽取头；2、取样管路；3、电磁阀；4、烟道；5、样气管路；6、混合气母罐；7、射流头；8、喉管；9、热压缩气体罐；10、第一取样管路；11、第二取样管路；12、第三取样管路；13、第四取样管路；14、第一抽取头；15、第二抽取头。

具体实施方式

实施例1：

本实施例提供了一种烟气取样装置，包括多个设置在烟道内的抽取头1，还包括抽取动力装置，多个抽取头1在烟道截面内等面积矩阵分布，所述抽取头1通过取样管路2连通混合气母罐6，所述抽取动力装置和混合气母罐6连接。

本实用新型原理：

由于烟道的矩形管道内几乎无直管段，烟道内有支撑等扰流因素存在，这就造成此处烟气流场混乱。况且对于流场非常均匀的管道内流动，在管道内的不同位置，流体的流动速度也是不相同的，一般的是中心位置流速高，靠近管壁流速低（见图1）。因为烟道内烟气的组分不均匀，各个位置的流速不均匀，所以需要检测的样气必须是多个位置抽取的不同量的样气（样气的量和该取样点烟气流速有关）。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种烟气取样装置，多个抽取头1的孔径大小不等，所述抽取头1的孔径与所在位置的烟气流速函数相关，所述抽取头1所在位置的烟气流速大对应的抽取头1孔径大。

要保证所抽取的样气组分可以最大限度的代表烟道内烟气的平均组分，首先在烟道内布置多个抽取头1（例如，350MW级机组的4米×6米的烟道，布置16个抽取头1； 600MW级机组的7米×9米的烟道，布置24个抽取头1）占满烟道内截面；其次，每个抽取头1所抽取的样气的量和抽取头1所在位置的管道内烟气流速必须成比例。

某段时间内烟气流量：，式中：为烟道内烟气的体积流量，m³/s；为烟道截面积，m²；为烟气的平均流速，m/s；

式中： -烟道内取样点1~16所在网格内烟气的体积流量，m³/s；

各取样点内的体积流量和流经取样点的烟气流速有以下关系：

式中：-烟道内取样点1~16所在网格内烟气的平均流速，m/s。

抽取式的取样管路2里是负压，取样管道外的烟道里压力比取样管路2要高。所以，抽取头1所抽取的样气的量和抽取头1中心的开孔直径有关系。抽取头1结构（同差压式流量计）。通过理论计算，确定了每个抽取头1所在区域流速与管道内平均流速的比例。也等于确定了每个抽取头1所应抽取的样气的量Q。抽取头1看成差压式流量计的话，它的差压就是管道内外的压力差值ΔP。见如下公式：，式中，Q为所抽取的气量；d为抽取头1开孔尺寸；α为抽取头1结构差压式流量计的流量系数；ε为烟气的膨胀系数；ΔP为抽取头1内外压力差；ρ为烟气的工况密度。

对于一组抽取式取样装置，同类型抽取头1结构，其流量系数一样，烟气的工况密度和膨胀系数也是一样，取样管路2内外的压力差值ΔP，所抽取的样气的量，只与开孔尺寸有关系。因此，上述公式可简化为：，K为常数系数。

如图2所示，由于在实际设计抽取头1时抽取的动力源更接近第一抽取头14，所以实际上不同的抽取头1内外压力差ΔP不是恒定的，还需要加上第一抽取头14和第二抽取头15之间的管道内的压力损失。其计算由以下公式确定:

因为对已经选定的取样管路2，其摩阻系数λ，管道内径D已经恒定，每个抽取头1之间的距离L也是固定的，所以每个抽取头1之间的压力损失是恒定的，那么其差压值之间的关系：

所以可以通过预先推算管道内流速分布情况，通过函数关系设计抽取头1孔径，就可以控制样气的等比例抽取。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例提供了一种烟气取样装置，所述烟道截面包括烟道横截面和与烟道横截面成夹角的烟道斜截面，所述夹角不等于90°。

在本实施例中，所述取样管路2的路数与矩阵的列数相同，位于同一列的多个抽取头1并联设置，多路取样管路2均与混合气母罐6连通，每路取样管路2上均设有电磁阀3。

所述抽取动力装置为射流泵，所述射流泵的出口与烟道相通，吸入口与混合气母罐6下端相通，高压口连接热压缩气体罐9。

分析完的样气在射流泵的抽吸作用下，热压缩空气和混合气母罐6内的样气在射流泵的喉管8内混合，经射流头7一起排入烟道内，保证了样气的实时流动性并阻止抽取系统内烟尘的累积及阻塞，即完成了一次抽取。因为抽取过程是连续的且抽取速度比较快（3m/s~20m/s），抽取系统内不容易积灰而且气体的交换非常快，烟气在取样装置内1s~6s即可完成一个循环。

以350MW级机组的4米×6米的烟道为例，布置16个抽取头1（一共四路取样管路2，每一列上的四个抽取头1在一路取样管路2上并联），将烟道划分成多个区域，抽取头1在烟道内矩阵式分布。具体分布有以下两种实施方式，第一种施方式如图3所示，四路取样管路2在同一平面内，且都向下倾斜相同的角度，四路取样管路2再并联通过样气管路5进入混合气母罐6。第二种施方式如图4所示，四路取样管路2（第一取样管路10、第二取样管路11、第三取样管路12、第四取样管路13）安装的倾斜角度一致，但是安装的高度是不同的，离混合气母罐6越远的一路高度越高。这样布置的目的是要沿着抽取样气的流动方向，高度越来越低，有利于取样管路2中烟尘向下游方向滑落（烟气中烟尘含量特别大的情况下使用）。

所述取样管路2与烟道横截面夹角为15°-60°。所述射流泵出口与烟道相通部位在抽取头1的下方。所述取样管路2通过固定装置固设在烟道内。所述抽取头1外设有高锰钢套管，提高耐磨损性。

本实施例没有具体描述的部分都属于本技术领域的公知常识和公知技术，此处不再一一详细说明。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种烟气取样装置，包括多个设置在烟道（4）内的抽取头（1），其特征在于：还包括抽取动力装置，多个抽取头（1）在烟道（4）截面内等面积矩阵分布，所述抽取头（1）通过取样管路（2）连通混合气母罐（6），所述抽取动力装置和混合气母罐（6）连接。

2.根据权利要求1所述的一种烟气取样装置，其特征在于：多个抽取头（1）的孔径大小不等，所述抽取头（1）的孔径与所在位置的烟气流速函数相关，所述抽取头（1）所在位置的烟气流速大对应的抽取头（1）孔径大。

3.根据权利要求1所述的一种烟气取样装置，其特征在于：所述烟道（4）截面包括烟道横截面和与烟道横截面成夹角的烟道斜截面，所述夹角不等于90°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气取样装置，其特征在于：所述取样管路（2）的路数与矩阵的列数相同，位于同一列的多个抽取头（1）并联设置，多路取样管路（2）均与混合气母罐（6）连通，每路取样管路（2）上均设有电磁阀（3）。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气取样装置，其特征在于：所述抽取动力装置为射流泵，所述射流泵的出口与烟道（4）相通，吸入口与混合气母罐（6）下端相通，高压口连接热压缩气体罐（9）。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气取样装置，其特征在于：所述取样管路（2）与烟道（4）横截面夹角为15°-60°。

7.根据权利要求5所述的一种烟气取样装置，其特征在于：所述射流泵出口与烟道（4）相通部位在抽取头（1）的下方。

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气取样装置，其特征在于：所述取样管路（2）通过固定装置固设在烟道（4）内。

9.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气取样装置，其特征在于：所述抽取头（1）外设有高锰钢套管。