CN211652747U - 一种基于断面测量的气态污染物检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及环保领域，公开了一种基于断面测量的气态污染物检测装置，该装置包括烟道内的取样头、取样管、吹扫空气加热器和测温元件；烟道外的过滤器和测量阀组、吹扫控制阀和预热控制阀，样气汇合池，氨气测量池和氨气分析仪，温度、氧气变送器、流量和差压传感器，射流泵及射流泵流量控制阀，控制柜，供气和供电系统，连接烟道内、外部件的专用法兰盘和连接管道构成；以上部件集成安装在同一个专用法兰盘上，降低安装难度、减少了现场占用空间；本实用新型的装置能够实现断面多点同步测量或断面单点循环测量；本实用新型的装置解决了现有技术存在的测量没有代表性、吸附性强的气体不能正确检测、测量响应时间长、测量系统管路易堵塞技术问题，为准确测量气态污染物提供了新的解决方案。

Description

一种基于断面测量的气态污染物检测装置

技术领域

本实用新型涉及到环保领域，具体地，涉及一种基于断面测量的气态污染物检测装置(简称装置)。

背景技术

固定污染源气态污染物是当今大气污染物主要部分，降低污染源的排放是蓝天保卫战的行动，为了对气态污染物有效的控制，首要的工作就是对这些气态污染物的准确检测。

针对气态污染物的检测目前主要有三种方法

一种是原位或近位测量，是在取样枪内或紧挨取样枪将气态污染物抽取、预处理和测量，给出气态污染物成分的具体浓度，由于现场条件差、这种方法应用受限、应用较少。

第二种是抽取稀释测量，是在取样枪内或外将气态污染物与纯净气体 (一般为清洁空气)按比例混合，稀释后的气体通过样气管路(长度40～70m) 送到CEMS小间进行测量，分析仪表检测出气态污染物的具体浓度，由于稀释比例控制较难、测量数据有一定的波动。

第三种是直接抽取测量，是通过取样枪将气态污染物抽出、通过样气管路(需要加热到120～220℃并保温，长度40～70m)送到CEMS小间，在CEMS 小间内首先是对样气进行预处理(除尘、除湿和除去特定气体)后送给分析仪表检测，这种方法应用较多，占市场70％左右。

现实情况是大部分气态污染物检测系统采用的是单点测量，对于测量断面面积为40～80m²、单点测量(测量面积小于0.0025m²，占被测面积的 0.00625～0.003125％)不能反映被测断面真实的气态污染物分布的情况，测量数据没有代表性，影响对气态污染物分布的评判和控制。部分项目采用了多点采样，但由于这些装置不能保证每个取样枪流速均衡从而造成测量数据偏差、测量响应时间长，同时这些装置的吹扫空气不加热或加热温度低、吹扫过程中容易产生冷凝水从而造成样气管路堵塞，且被测烟道外面样气管道多、布置杂乱影响了现场文明生产。对于溶水和吸附性强的气态污染物(如氨气NH₃、SO₂气体)测量数据不能反映气态污染物真实情况，测量数据严重失准。如火电厂的氨气浓度不能准确测量、使得火电厂脱硝系统运行不正常、氨逃逸量大，造成空气预热器、GGH、静电除尘器堵塞、严重影响这些系统的安全和经济运行。

对气态污染物测量最多的是第三种方法，其流程是取样枪取出的气态污染物(样气)通过样气管路传输到CEMS小间进行除尘、除湿，易溶于水或被水吸附的气态污染物通过除湿装置后溶于水或被烟尘吸附、测量数据比真实值小很多。如氨气易溶于水、同时也容易被烟尘吸附，第三种测量方法的实测数据远远低于实际值，使得在装大部分氨分析仪测量数据不真实，基本没有参考价值。

现在单点测量的样气传输管路内径一般是6mm，取样流量是2L/min，每米管路传输时间为2/(3*3*3.14/10000))/10/60＝1.18m/s；40～70m长的样气管路传输时间为33.9～59.3s(不包括烟道内取样管和分析仪表响应的时间)，这样大的迟延很难用于控制。

有鉴于此，需要突破现有的气态污染物检测系统的困境、提出新的测量技术，解决易溶水和吸附性强的气态污染物的测量问题，同时减少系统响应时间和减少测量系统的堵塞。

发明内容

本实用新型首要解决的技术问题是对气态污染物的断面分布进行准确的测量；第二是解决吸附性强的气体(如氨气)的测量问题；第三是在此基础上采用集成技术缩短整套装置的响应时间(将系统响应时间控制在25s 内)，以满足正常控制的要求；第四是利用被测烟气对吹扫空气进行加热和对测量部件预热、解决了现有测量系统堵塞的弊病，同时降低加热电耗及运行费用。本实用新型通过以下方案有效解决上述问题。

本实用新型提供一种基于断面测量的气态污染物检测装置，该装置包括烟道内的取样头、取样管、吹扫空气加热器和测温元件；烟道外的过滤器和测量阀组、吹扫控制阀和预热控制阀，样气汇合池，氨气测量池和氨气分析仪，温度、氧气变送器、流量和差压传感器，供NOx、SO₂气体取样的NOx、 SO₂气体的取样口，射流泵及射流泵流量控制阀，控制柜(包括硬件、软件和相应的电缆)，供气系统，连接烟道内、外部件的专用法兰盘和连接管道构成。本实用新型的装置解决了现有技术存在的测量没有代表性、吸附性强的气体不能正确检测、测量响应时间长、测量系统管路堵塞问题，为准确测量气态污染物提供了新的手段。

优选地，所述烟道内的取样头和取样管，用于将气态污染物从烟道内取得后送烟道外的过滤器和测量阀组，由于烟道内的取样头和取样管与被测气体同温度、内外无温差故不产生冷凝水，减少了这部分管路的结垢、堵塞。特殊设计的取样头将气态污染物抽出的同时对大颗粒烟尘进行过滤，减少进入取样管的粉尘量，降低了后续过滤器的系统阻力。

优选地，所述样气汇合池负责将断面多路抽出的样气(过滤器和测量阀组输出)在此部件内均衡混合。样气汇合池将汇合的样气送后续的分析仪表；吹扫气体也接入样气汇合池，控制柜根据相关数据和控制程序进行自动吹扫；氧气变送器、样气汇合池滤网差压、样气汇合池温度测量也安装在样气汇合池上；NOx、SO₂气体从NOx、SO2气体取样口取气。样气汇合池滤网和与滤网配套的部件安装在样气汇合池上；样气汇合池通过支架安装在专用法兰盘上。

优选地，所述氨气测量池和氨气分析仪用于测量氨气(或易溶于水或吸附性强的气体)；氨气测量池和氨气分析仪通过支架安装在专用法兰盘上。

优选地，所述氨气流量计、射流泵、射流泵流量控制阀及相应的管路与控制柜共同完成采样流量一致性的控制。

优选地，所述吹扫空气流量计用于吹扫时的压缩空气流量检测，用于判断滤网堵塞情况。

优选地，所述测温元件和温度传感器用于对不同部件的温度监测，为系统启动、正常检测、吹扫和停运提供控制数据。这些测温元件安装在需要监视的部件上。

优选地，所述烟道内的吹扫空气加热器，是通过烟道内200～450℃的被测气体对吹扫空气进行加热，这样不需要在烟道外使用电加热器加热吹扫空气、从而降低了加热电耗；加热后的压缩空气对测量系统进行吹扫时不会产生冷凝水从而有效的减少了气体汇合池、样气管路、过滤器和测量池的堵塞。吹扫空气加热器、吹扫控制阀和预热控制阀在控制柜指挥下，用于对过滤器和测量阀组、样气汇合池、氨气测量池的启动预热和系统吹扫；测量部件加热喷头用于将预热空气均衡分配到预加热的空间和降低预热空气噪声。吹扫空气加热器安装在烟道内取样管之间的圆形空间内、由取样管与支撑和预留测杆管固定，这些部件安装在专用法兰盘上。过滤器和测量阀组、样气汇合池、氨气测量池、吹扫控制阀和预热控制阀被封闭在一个带保温的罩盒内。

优选地，上述烟道内的取样头、取样管和吹扫空气加热器与烟道外的过滤器、测量、预热和吹扫阀集成安装在一个专用法兰盘上，此专用法兰盘还提供支撑和预留测杆的接口；专用法兰盘直接用螺丝固定在烟道上，这种集成设计、减少了现场的安装工作的难度和空间占用。

优选地，所述空气罐及相应的空气过滤组件(图中未表示)，为整套装置控制和吹扫提供压缩空气，空气罐的作用是为了减少系统工作中压缩空气的波动，压缩空气来自现场气源。空气罐可以通过支架安装在样气汇合池上、也可单独安装。

优选地，所述控制柜内的控制器及相应的硬件和软件一同完成对整套装置的控制。控制柜可以安装在样气汇合池上、也可单独安装。

优选地，上述过滤器和测量阀组在控制柜的指挥下用于对气态污染物进行过滤和实现断面多点同步测量或断面单点循环测量。

通过上述技术方案，本实用新型的装置，能够准确测量断面气态污染物的分布情况，为控制气态污染物提供了准确的数据，解决了对类似氨气(NH₃) 的测量难题，集成设计的装置将系统响应时间减少到25s内。整个装置作为一个取样平台实现对烟道内气态污染物大部分参数检测，消除了现有技术对不同检测参数需要不同取样装置的弊端。整个装置安装简单、外观友好，提高了现场的整洁水平。

本实用新型的其它特征将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1装置原理图；

图2烟道内部件安装示意图；

图3装置装配示意图一；

图4装置装配示意图二；

图5装置装配示意图三；

图6样气汇合池图；

图7样气汇合池剖视图；

图8专用取样头示意和剖视图；

图9控制系统控制框图-启动和停止程序；

图10控制系统控制框图-正常运行程序。

附图标记说明

1烟道 2支撑和预留测杆

3测温元件(烟道) 4吹扫空气管路

5吹扫空气加热器 6专用法兰盘

7过滤器和测量阀组 8控制阀配气管

9氨气分析仪 10样气汇合池

11 NOx、SO2气体取样口 12射流泵

13空气罐 14控制柜

15氨气流量计 16气源总管

17吹扫控制阀 18预热控制阀

19校准接口 20测量部件加热喷头

21氧气变送器 22汇合池温度传感器

23测量池温度传感器 24样气汇合池滤网端盖和样气接口

25样气汇合池滤网

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，不用于限制本实用新型。

参照图1～8所示，根据本实用新型的装置，包括烟道内的取样头(4-1)，取样管(4-2)，吹扫空气加热器(5)和测温元件(3)；烟道外的过滤器和测量阀组(7)、吹扫控制阀(17)和预热控制阀(18)，样气汇合池(10)，氨气测量池(9-1)和氨气分析仪(9)，氧气变送器(21)、温度(22、23)、流量(5-4、15)和样气汇合池滤网差压(图中未标示)传感器，11 NOx、SO2气体取样口(11)，射流泵(12)及射流泵流量控制阀(12-3)，控制柜 (14)和供气系统(13、16)，连接烟道内外部件的专用法兰盘(6)。其中，本装置所用的电源和清洁压缩空气由现场提供。

参照图1、8，烟道内的取样头(4-1)和取样管(4-2)，用于将烟道内的气态污染物从烟道内取得后送烟道外的过滤器和测量阀组(7)。烟道内的取样头(4-1)将气态污染物抽出的同时能够对大颗粒烟尘进行过滤。过滤大颗粒烟尘的原理是样气从取样头下部的中心孔进气、通过取样头第一个路径后气流转向90°斜向上流动，大颗粒烟尘在重力和取样头侧面烟气影响下落回烟道，无大颗粒的样气向上进入取样管(4-2)，这样就减少进入取样管 (4-2)的大颗粒粉尘量，降低后续过滤器的负担和减少了系统阻力。

参照图1、3-5，样气汇合池(10)负责将断面多路抽出的样气(过滤器和测量阀组(7)输出)在此部件内均衡混合。样气汇合池(10)将汇合的样气送后续的分析仪表；吹扫气体也接入本部件，控制柜(14)根据相关测量数据和控制程序进行自动吹扫；氧气变送器(21)、样气汇合池滤网(25) 差压、样气汇合池温度传感器(22)安装在此部件上；NOx、SO₂气体从NOx、 SO2气体取样口(11)取气。样气汇合池滤网端盖和样气接口(24)安装在样气汇合池上；样气汇合池(10)通过支架安装在专用法兰盘(6)上。

参照图3-5，氨气测量池(9-1)和氨气分析仪(9)专门用于测量氨气 (或易溶于水或吸附性强的气体)；氨气测量池(9-1)和氨气分析仪(9) 通过支架安装在专用法兰盘(6)上。

随着使用时间的增加，在取样头(4-1)、取样管(4-2)、样气管路和样气路径中的滤网上粉尘逐渐增加、样气管道阻力逐渐增加、且不同的样气管路阻力也不同，采用氨气流量计(15)、射流泵(12)、射流泵流量控制阀(12-3) 及相应的管路与控制柜(14)一同实现对采样流量一致性的控制，确保断面测量的准确性。

参照图1，吹扫空气流量计(5-4)用于对预热或吹扫时的压缩空气流量检测，用于判断滤网、样气管路的堵塞情况，从而采用不同的吹扫控制程序。

参照图1、9-10，测温元件(3)和温度传感器(22、23)用于对烟道(1) 内、样气汇合池(10)和氨气测量池(9-1)的温度监测，为系统启动、停止、正常运行、运行中吹扫提供控制数据。

参照图1～5，烟道内设置的吹扫空气加热器(5)，是通过烟道内 200～450℃的被测气体对吹扫空气进行加热，这样不需要在烟道外使用电加热从而降低了加热电耗；加热后的压缩空气对测量系统进行吹扫时不会产生冷凝水从而有效的减少了汇合池、样气管路、过滤器和测量池的堵塞。烟道内的吹扫空气加热器(5)、吹扫控制阀(17)和预热控制阀(18)在控制柜 (14)指挥下用于对过滤器和测量阀组(7)、样气汇合池(10)、氨气测量池(9-1)的启动预热和运行吹扫，吹扫空气加热器(5)安装在烟道内取样管之间的圆形空间内、由取样管及支撑和预留测杆(2)的管固定，这些部件也安装在专用法兰盘(6)上。过滤器和测量阀组(7)、样气汇合池(10)、氨气测量池(9-1)、吹扫控制阀(17)和预热控制阀(18)被封闭在一个带保温的罩盒内。

参照图2～5，烟道内的取样头(4-1)、取样管(4-2)、吹扫空气加热器 (5)与烟道外的过滤器和测量阀组(7)、预热控制阀(18)和吹扫控制阀 (17)集成安装在一个专用法兰盘(6)上，此专用法兰盘(6)还提供支撑和预留测杆(2)的接口；专用法兰盘(6)直接用螺丝固定在烟道上，这种集成设计、减少了现场的安装工作的难度和空间占用。

参照图1，控制柜(14)内的控制器及相应的硬件和软件一同对整套装置的控制。控制柜(14)可以安装在样气汇合池(10)上、也可单独安装。

参照图1、3-5，空气罐(13)及相应的空气过滤组件(图中未表示)，为整套装置控制和吹扫提供压缩空气，空气罐(13)的作用是为了减少压缩空气的波动。空气罐(13)可以用支架安装在样气汇合池(10)上、也可单独安装。

参照图10，过滤器和测量阀组(7)在控制柜(14)的控制下用于对断面气态污染物多点同步测量或断面单点循环测量。

参照图1、9、10，预热控制阀(18)和吹扫控制阀(17)分别对主要测量部件启动预热和系统吹扫(减少滤网和管路的堵塞)，测量部件加热喷头 (20)用于将预热空气均衡分配到预热空间和降低预热时的空气噪声。

参照图9，是装置的启动和停止控制程序。

1)装置的启动，在装置的压缩空气气源和电源工作正常后，可以选择就地手动启动、远方手动启动和根据锅炉点火情况自动启动三种方式；当有以上一个启动条件时，根据测温元件(3)测得的烟温大于230℃时，预热控制阀(18)打开，从吹扫空气加热器(5)出来的热空气通过预热控制阀(18) 和相应的管路到测量部件加热喷头(20)对过滤器和测量阀组(7)、样气汇合池(10)、氨气测量池(9-1)进行启动预热，当样气汇合池(10)温度大于180℃时，过滤器和测量阀组(7)打开、射流泵流量控制阀(12-3)打开和预热控制阀(18)关闭，由抽取的样气继续对以上部件预热，当氨气测量池(9-1)温度大于200℃时，测量仪表上电(氨气分析仪(9)和其他分析仪表)、系统投入运行。

2)装置的停止，可以选择就地手动停止、远方手动停止和根据锅炉脱硝系统停运状态自动停止三种方式；当有以上一个停止条件时，根据测温元件(3)测得的烟温小于250℃时，过滤器和测量阀组(7)全部打开、吹扫控制阀(17)打开，从吹扫空气加热器(5)出来的热空气通过吹扫控制阀(17)和相应的管路到样气汇合池(10)上，对样气汇合池(10)、过滤器和测量阀组(7)、氨气测量池(9-1)等进行吹扫1min；然后过滤器和测量阀组(7)轮流打开1min后，当样气汇合池(10)温度小于200℃时，过滤器和测量阀组(7)全部关闭、射流泵流量控制阀(12-3)关闭和吹扫控制阀(17)关闭，测量仪表停电(氨气分析仪(9)和其他分析仪表)，当氨气测量池(9-1)温度小于60℃时，系统停运。

参照图10，是装置正常运行程序，装置正常启动后，根据事先选定是单点循环测量还是多点同步测量方式；如是单点循环测量，过滤器和测量阀组 (7)每隔40s打开其中一个门(1、2、......n)，完成循环测量；如是多点同步测量，过滤器和测量阀组(7)全部打开(1、2、......n)；完成一次测量后，如果样气汇合池滤网(25)差压高于定值或吹扫空气流量计(5-4) 流量低于定值启动吹扫程序，进行停止和启动判别后，进入下一次测量。

吹扫程序说明：过滤器和测量阀组(7)全部打开、吹扫控制阀(17) 打开，从吹扫空气加热器(5)出来的热空气通过吹扫控制阀(17)和相应的管路到样气汇合池(10)上，对样气汇合池(10)、过滤器和测量阀组(7)、氨气测量池(9-1)等进行吹扫1min；然后过滤器和测量阀组(7)轮流各打开1min吹扫后，进行正常的检测循环。

以上结合附图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上述实施方式中的具体细节，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，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。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。

Claims (7)

1.一种基于断面测量的气态污染物检测装置，其特征在于，所述一种基于断面测量的气态污染物检测装置包括烟道内的取样头、取样管、吹扫空气加热器和测温元件；烟道外的过滤器和测量阀组，吹扫控制阀和预热控制阀，样气汇合池，氨气测量池和氨气分析仪，氧气变送器、流量、温度和差压传感器，NOx、SO₂气体取样口，射流泵及射流泵流量控制阀，控制柜，供气和供电系统，连接烟道内、外部件的专用法兰盘和连接管道构成；

烟道内的取样头和取样管用于将气态污染物从烟道内取得后送烟道外的过滤器和测量阀组，取样头将气态污染物抽出的同时对大颗粒烟尘进行过滤；

将断面多路抽出的样气通过过滤器和测量阀组输出在样气汇合池内均衡混合，混合后的样气送后续的分析仪表；吹扫气体也接入样气汇合池，控制柜根据相关测量数据和控制程序进行自动吹扫；氧气变送器、样气汇合池滤网差压、样气汇合池温度测量安装在样气汇合池上；NOx、SO₂气体从样气汇合池的NOx、SO₂气体取样口取气；样气汇合池滤网和与滤网配套的部件安装在样气汇合池上；样气汇合池通过支架安装在专用法兰盘上；

在控制柜的指挥下，吹扫空气加热器、吹扫控制阀和预热控制阀对过滤器和测量阀组、样气汇合池、氨气测量池进行启动预热和系统吹扫，吹扫空气加热器、吹扫控制阀和预热控制阀、过滤器和测量阀组、样气汇合池、氨气测量池安装在专用法兰盘上；吹扫空气加热器安装在取样支撑和取样管之间的圆形空间内，由取样支撑和取样管与支撑和预留测杆管固定，取样支撑和取样管与支撑和预留测杆管安装在专用法兰盘上；过滤器和测量阀组、样气汇合池、氨气测量池、吹扫控制阀和预热控制阀被封闭在一个带保温的罩盒内。

2.根据权利要求1所述的一种基于断面测量的气态污染物检测装置，其特征在于，包括氨气测量池和氨气分析仪专门用于测量氨气；氨气测量池和氨气分析仪通过支架安装在专用法兰盘上。

3.根据权利要求1所述的一种基于断面测量的气态污染物检测装置，其特征在于，包括氨气流量计、射流泵、射流泵流量控制阀及相应的管路与控制柜共同实现采样流量一致性的控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于断面测量的气态污染物检测装置，其特征在于，包括吹扫空气流量计用于吹扫时的压缩空气流量检测，用于判断滤网或样气管路堵塞情况。

5.根据权利要求1所述的一种基于断面测量的气态污染物检测装置，其特征在于，烟道内的取样头、取样管和吹扫空气加热器与烟道外的过滤器和测量阀组、预热控制阀和吹扫控制阀集成安装在一个专用的法兰盘上，此专用法兰盘还提供支撑和预留测杆；测量部件加热喷头用于将预热空气均衡分配到预热空间和降低预热空气的噪声。

6.根据权利要求1所述的一种基于断面测量的气态污染物检测装置，其特征在于，控制柜可以安装在样气汇合池上、也可单独安装。

7.根据权利要求6所述的一种基于断面测量的气态污染物检测装置，其特征在于，过滤器和测量阀组在控制柜的指挥下实现断面多点同步测量或断面单点循环测量。

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