CN214066654U - 一种脱硝烟气取样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种脱硝烟气取样系统，包括取样总管、混合母罐以及氨逃逸设备；所述取样总管上均匀间隔连通有多个取样支管；所述取样支管伸入管壁内的烟道中；所述取样支管与所述管壁通过设置在所述管壁上的支管底座固定；每一所述取样支管上均均匀间隔设置有多个取样头；多个所述取样支管上的所有取样头在所述烟道的横截面内呈矩阵分布；所述取样头的取样孔背对所述烟道的烟气流动方向；所述混合母罐一端与所述取样总管连通，另一端与所述氨逃逸设备的入口连通；所述氨逃逸设备的出口与一烟气排回管路连通，所述烟气排回管路末端连通至空预器的出口；所述混合母罐中部设置有二次取样枪；所述二次取样枪末端通过一伴热管线连通至CEMS系统。

Description

一种脱硝烟气取样系统

技术领域

本实用新型涉及一种脱硝烟气取样系统，属于烟气处理技术领域。

背景技术

近年来，中国大气污染形势日趋严峻，区域性大气复合污染持续加剧，多个城市空气污染情况严重。在国家节能和环保的政策要求下，燃煤发电机组脱硝装置的高效、稳定运行受到普遍性关注。按国家环保的超低排放标准要求，NO_x(即氮氧化物排放浓度，基准含氧量6％)的排放浓度需严格控制在50mg/m³以下。但是，较低的NO_x排放浓度相应就会伴随着较高的氨逃逸率；如果进一步降低NO_x的排放浓度，则氨逃逸量也将进一步增大。为了确保氨氮摩尔比，提高脱硝效率，实现自动喷氨，那么脱硝出口处的NO_x浓度和氨逃逸量就是非常重要的参数。

综上，如何实现脱硝出口处的NO_x浓度和氨逃逸量的准确测量，是非常关键的。而目前的现状是气体浓度分析仪表的精度非常高，但是测量结果却不能代表烟气中NO_x浓度和氨逃逸量的真实值。究其原因，主要是烟道内同一断面上、不同位置的烟气浓度差异非常大，从而导致抽取到分析仪表中的样气不具有代表性。

SCR装置进出口断面比较大，且直管段比较短，同一断面烟气流场分布存在着较大的差异，不仅烟气流速分布不均匀，而且烟气内氨逃逸量及NO_x的浓度在同一断面的不同位置也不尽相同。同时，由于积灰三角对流场的影响比较显著，呈“前侧流速大、后侧流速低”的特征，使得前侧相应催化剂存在明显磨损。

目前，现有技术中所普通使用的取样方案，大致如以下四种：

1、单点抽取式测量：在烟道上安装一个取样枪，抽取烟道内枪头位置的烟气，通过伴热管线送入CEMS系统和氨逃逸设备，用来测量NO_x浓度和氨逃逸量。

2、多点取样，混合测量：在烟道内设置多个取样点，利用空预器前后差压产生动力吸取烟气，多点取样，然后汇总在一个总管上测量NO_x浓度。

3、多点取样，一个取样点一个取样点的轮流测量：在烟道内设置多个取样点，每个点逐一抽取烟气，送入分析仪表进行测量，将最终各点的测量值平均，得到烟道内烟气的平均NO_x浓度和氨逃逸量。

4、采用人工手动标定试验：采用人工手动的方式，在烟道内进行标定测量，得到NO_x浓度和氨逃逸量。

上述四种方案，各自存在以下缺点：

1、单点抽取式测量，因选取的取样点只是几十平米，甚至上百平米烟道断面内的一个点，所以取样完全不具有代表性，测量偏差太大，目前已经不能满足最新环保要求。

2、多点混合取样，因现有的取样头比较粗放，最终抽取的样气基本集中在靠近抽取动力的一侧的取样点位置，而远离整个管路中抽取动力的位置基本抽取不到样气，所以只是比单点测量的效果有所改善，还是不能实现自动喷氨的目的，达到超低排放的环保要求。

3、多点轮流取样，其数据滞后严重。按12个取样点来计，针对每一个取样点的抽取、反吹、排空工作，至少需要3分钟(有可能时间更长)，一轮测量过后至少36分钟。因此，无法对某一个测点或某一组测点加权平均来代表NO_x浓度(等效于单点测量)，对运行没有任何指导意义，在深度调峰时还有可能造成排放超标。

4、采用人工手动标定试验，这是一个非连续性的试验方法，不能连续在线测量，而且试验成本比较高。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型提供一种脱硝烟气取样系统，该脱硝烟气取样系统采用多点取样的方式，辅以混测、轮测的切换，能够以便分析烟道断面内不同位置之间的NO_x浓度和氨逃逸量的差异，以此判断脱硝设备运行的效率及可能存在的故障。

本实用新型的技术方案如下：

一种脱硝烟气取样系统，包括取样总管、混合母罐以及氨逃逸设备；所述取样总管上均匀间隔连通有多个取样支管；所述取样支管伸入管壁内的烟道中；所述取样支管与所述管壁通过设置在所述管壁上的支管底座固定；每一所述取样支管上均均匀间隔设置有多个取样头；多个所述取样支管上的所有取样头在所述烟道的横截面内呈矩阵分布；所述取样头的取样孔背对所述烟道的烟气流动方向；所述混合母罐一端与所述取样总管连通，另一端与所述氨逃逸设备的入口连通；所述氨逃逸设备的出口与一烟气排回管路连通，所述烟气排回管路末端连通至空预器的出口；所述混合母罐中部设置有二次取样枪；所述二次取样枪末端通过一伴热管线连通至CEMS系统。

进一步的，还包括一反吹扫机构；所述反吹扫机构包括压缩空气加热器；所述压缩空气加热器与所述取样总管通过反吹管路连通；所述反吹管路与所述混合母罐分置于所述取样总管的两侧。

进一步的，还包括射流泵和流量计；所述流量计设置在所述取样总管上，沿烟气抽取方向位于所述取样支管后方、所述混合母罐前方；有压缩空气管路一端与所述反吹管路连通，另一端与所述射流泵的入口端连通；所述射流泵的入口端还与所述烟气排回管路末端连通，所述射流泵的出口端连通至空预器的出口。

进一步的，还包括PLC控制系统；所述取样支管上位于所述取样总管与最靠近所述取样总管的取样头之间设置有支管电动球阀；所述取样总管位于所述流量计与最靠近所述流量计的取样支管之间设置有总管电动球阀；所述反吹管路上设置有反吹电动球阀，所述反吹电动球阀位于所述反吹管路与所述压缩空气管路连接处的后方；所述压缩空气管路上设置有压缩空气球阀；所述PLC控制系统与所述流量计电信号连接；所述PLC控制系统分别与所述支管电动球阀、所述总管电动球阀、所述反吹电动球阀以及所述压缩空气球阀电信号连接并分别控制所述支管电动球阀、所述总管电动球阀、所述反吹电动球阀以及所述压缩空气球阀的启闭。

进一步的，所述取样总管与所述取样支管之间通过支管三通连通。

进一步的，所述反吹管路、所述压缩空气管路以及所述烟气排回管路上均设置有金属膨胀节。

本实用新型具有如下有益效果：

1、该脱硝烟气取样系统采用多点取样的方式，辅以混测、轮测的切换，能够以便分析烟道断面内不同位置之间的NO_x浓度和氨逃逸量的差异，以此判断脱硝设备运行的效率及可能存在的故障；同时，整个系统运行稳定可靠，全程高温、无漏点冷点，防堵效果良好，运维成本低。

2、混测时，取样具有代表性，可以精准测量NO_x浓度和氨逃逸量，实现真正意义上的自动喷氨(外挂除外)；同时，能够节约物料投入，防止铵盐结晶、风机失速，以防负荷变化剧烈时防止环保超标。

3、分区轮测与混合测量之间可灵活切换，可以测量每一个区域的NO_x、NH₃的浓度，从而替代每半年应做一次的流场标定。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为图1的A处的局部放大图。

图3为取样头的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、管壁；2、烟道；3、取样总管；4、取样支管；5、取样头；6、支管底座；7、支管电动球阀；8、支管三通；9、总管电动球阀；10、流量计；11、混合母罐；12、二次取样枪；13、伴热管线；14、氨逃逸设备；15、烟气排回管路；16、压缩空气加热器；17、反吹管路；18、压缩空气管路；19、反吹电动球阀；20、压缩空气球阀；21、射流泵；22、PLC控制系统；23、金属膨胀节。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

其中，图1中的X表示CEMS系统，Y表示空预器的出口，Z表示压缩空气的进气方向。

参见图1-3，一种脱硝烟气取样系统，包括取样总管3、混合母罐11以及氨逃逸设备14；所述取样总管3上均匀间隔连通有多个取样支管4；所述取样支管4伸入管壁1内的烟道2中；所述取样支管4与所述管壁1通过设置在所述管壁1上的支管底座6固定；每一所述取样支管4上均均匀间隔设置有多个取样头5；多个所述取样支管4上的所有取样头5在所述烟道2的横截面内呈矩阵分布；所述取样头5的取样孔背对所述烟道2的烟气流动方向；所述混合母罐11一端与所述取样总管3连通，另一端与所述氨逃逸设备14的入口连通；所述氨逃逸设备14的出口与一烟气排回管路15连通，所述烟气排回管路15末端连通至空预器的出口；所述混合母罐11中部设置有二次取样枪12；所述二次取样枪12末端通过一伴热管线13连通至CEMS系统。

根据上述描述，该脱硝烟气取样系统的入口安装位置在空预器之前，而出口安装位置在空预器之后，包括取样总管3、混合母罐11以及氨逃逸设备14；取样总管3上设置多个取样支管4，而每一取样支管4上也设置有多个取样头5，这样，即可在烟道2内的同一断面的全区域上划分等面积的网格，在每个网格内分别取样，所有样气混合均匀后经由取样总管3抽取至混合母罐11后，再经过带滤芯的二次取样枪12将混合均匀的样气取一份，经伴热管线13送入CEMS系统进行分析；未抽取的其余氧气，则从混合母罐11进入氨逃逸设备14(如氨逃逸设备安装气室模块)用于检测使用，最后经烟气排回管路15排回空预器出口烟道。

特别的，取样头5的设计方法、取样头5的管道内径D与取样孔孔径d之间的关系，如授权公告号为CN207964391U的中国实用新型专利“一种烟气取样装置”中所示，故此不再进行赘述。

进一步的，还包括一反吹扫机构；所述反吹扫机构包括压缩空气加热器16；所述压缩空气加热器16与所述取样总管3通过反吹管路17连通；所述反吹管路17与所述混合母罐11分置于所述取样总管3的两侧。反吹扫机构主要是用于防堵，通过压缩空气加热器16对取样总管3进行反吹至烟道2内，完成防堵工作。

进一步的，还包括射流泵21和流量计10；所述流量计10设置在所述取样总管3上，沿烟气抽取方向位于所述取样支管4后方、所述混合母罐11前方；有压缩空气管路18一端与所述反吹管路17连通，另一端与所述射流泵21的入口端连通；所述射流泵21的入口端还与所述烟气排回管路15末端连通，所述射流泵21的出口端连通至空预器的出口。流量计10用来监测进入取样系统的样气的量，因不同工况以及空预器流阻的变化，空预器前后的压力差值是变化的，所以取样系统的抽取主动力是不恒定的，需要通过射流泵21来提供辅助的抽取动力，以此来调节抽取样气的量。当流量计10测量到进入取样系统的烟气的量比较多的时候，就响应降低射流泵21的功率；进入取样装置的烟气的量比较少的时候，就增加射流泵21的功率。射流泵21的功率的调节，则是通过控制压缩空气球阀20、调节压缩空气加热器16吹至压缩空气管路18的量来实现的。

进一步的，还包括PLC控制系统22；所述取样支管4上位于所述取样总管3与最靠近所述取样总管3的取样头5之间设置有支管电动球阀7；所述取样总管3位于所述流量计10与最靠近所述流量计10的取样支管4之间设置有总管电动球阀9；所述反吹管路17上设置有反吹电动球阀19，所述反吹电动球阀19位于所述反吹管路17与所述压缩空气管路18连接处的后方；所述压缩空气管路18上设置有压缩空气球阀20；所述PLC控制系统22与所述流量计10电信号连接；所述PLC控制系统22分别与所述支管电动球阀7、所述总管电动球阀9、所述反吹电动球阀19以及所述压缩空气球阀20电信号连接并分别控制所述支管电动球阀7、所述总管电动球阀9、所述反吹电动球阀19以及所述压缩空气球阀20的启闭。

特别的，该脱硝烟气取样系统的混测、轮测的切换，也是通过PLC控制系统22控制对应阀体的启闭来实现的。

进一步的，所述取样总管3与所述取样支管4之间通过支管三通8连通。

进一步的，所述反吹管路17、所述压缩空气管路18以及所述烟气排回管路15上均设置有金属膨胀节23。金属膨胀节23可以有效地补偿管体因壁温不同而产生的热膨胀差，从而减小管体的温差应力，避免引起强度破坏、失稳破坏和管子拉脱破坏。

参见图1-3，本实用新型的工作原理如下：

一、该脱硝烟气取样系统的混测运行：

关闭反吹管路17上的反吹电动球阀19，然后开启支管电动球阀7以及总管电动球阀9，则该脱硝烟气取样系统在出入口之间的压力差作用下(入口安装位置在空预器之前，出口安装位置在空预器之后)，将烟气经由取样头5抽入取样支管4，并最终在取样总管3中汇合。所有取样头5所抽取的样气都会经过取样总管3、总管电动球阀9、流量计10后进入混合母罐11(此时样气已经充分混合均匀)；然后，在混合母罐11中利用带滤芯的二次取样枪12将混合均匀的样气抽取一份后，经伴热管线13送入CEMS系统进行分析，CEMS系统自带抽取泵作为抽取动力源，同时二次取样枪12所抽取的样气已经经过滤芯对烟气中的粉尘初步过滤。而未抽取的其余氧气，则从混合母罐11进入氨逃逸设备14(如氨逃逸设备安装气室模块)用于检测使用，最后经烟气排回管路15再排回空预器出口烟道。

二、该脱硝烟气取样系统的轮测运行：

关闭反吹管路17上的反吹电动球阀19，然后再关闭所有取样支管4上的支管电动球阀7，仅开启取样总管3上的总管电动球阀9。然后通过PLC控制系统22，根据预先设定的程序，逐一对每一取样支管4单独进行取样，分别送至CEMS系统进行分析。以图1为例，在关闭所有支管电动球阀7的前提下，从左到右，先开启最左边取样支管4上的支管电动球阀7，单独测量这一支路的样气。测量完成后，关闭最左侧取样支管4上的支管电动球阀7，再开启第二路取样支管4上的支管电动球阀7，这样依次逐一进行测量。最终，各支路的测量值即可体现全断面烟气在不同纵向位置的浓度的差异，以此来初步推断该位置所对应的上游区域喷氨量及催化剂的效率，粗略代替动态比对标定试验。

三、该脱硝烟气取样系统的反吹扫：

为确保取样头5、取样支管4不会堵塞，保证测量精度，该脱硝烟气取样系统需要顶起进行反吹扫工作。

该脱硝烟气取样系统需要进行反吹扫时，首先关闭总管电动球阀9和支管电动球阀7，然后开启反吹电动球阀19；然后，单独打开其中一取样支管4的支管电动球阀7，对该取样支管4单独进行反吹扫；吹扫完成后，关闭该取样支管4上的支管电动球阀7，转而开启另一取样支管4上的支管电动球阀7，对下一取样支管4进行反吹扫。如此轮换进行，直至各取样支管4分别反吹扫完成之后，再关闭所有的支管电动球阀7，开启总管电动球阀9，对取样总管3进行反吹扫。全部反吹扫工作完成之后，关闭反吹电动球阀19，开启总管电动球阀9和支管电动球阀7，该脱硝烟气取样系统即可再次开始取样测量工作。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种脱硝烟气取样系统，其特征在于：包括取样总管(3)、混合母罐(11)以及氨逃逸设备(14)；所述取样总管(3)上均匀间隔连通有多个取样支管(4)；所述取样支管(4)伸入管壁(1)内的烟道(2)中；所述取样支管(4)与所述管壁(1)通过设置在所述管壁(1)上的支管底座(6)固定；每一所述取样支管(4)上均均匀间隔设置有多个取样头(5)；多个所述取样支管(4)上的所有取样头(5)在所述烟道(2)的横截面内呈矩阵分布；所述取样头(5)的取样孔背对所述烟道(2)的烟气流动方向；所述混合母罐(11)一端与所述取样总管(3)连通，另一端与所述氨逃逸设备(14)的入口连通；所述氨逃逸设备(14)的出口与一烟气排回管路(15)连通，所述烟气排回管路(15)末端连通至空预器的出口；所述混合母罐(11)中部设置有二次取样枪(12)；所述二次取样枪(12)末端通过一伴热管线(13)连通至CEMS系统。

2.根据权利要求1所述脱硝烟气取样系统，其特征在于：还包括一反吹扫机构；所述反吹扫机构包括压缩空气加热器(16)；所述压缩空气加热器(16)与所述取样总管(3)通过反吹管路(17)连通；所述反吹管路(17)与所述混合母罐(11)分置于所述取样总管(3)的两侧。

3.根据权利要求2所述脱硝烟气取样系统，其特征在于：还包括射流泵(21)和流量计(10)；所述流量计(10)设置在所述取样总管(3)上，沿烟气抽取方向位于所述取样支管(4)后方、所述混合母罐(11)前方；有压缩空气管路(18)一端与所述反吹管路(17)连通，另一端与所述射流泵(21)的入口端连通；所述射流泵(21)的入口端还与所述烟气排回管路(15)末端连通，所述射流泵(21)的出口端连通至空预器的出口。

4.根据权利要求3所述脱硝烟气取样系统，其特征在于：还包括PLC控制系统(22)；所述取样支管(4)上位于所述取样总管(3)与最靠近所述取样总管(3)的取样头(5)之间设置有支管电动球阀(7)；所述取样总管(3)位于所述流量计(10)与最靠近所述流量计(10)的取样支管(4)之间设置有总管电动球阀(9)；所述反吹管路(17)上设置有反吹电动球阀(19)，所述反吹电动球阀(19)位于所述反吹管路(17)与所述压缩空气管路(18)连接处的后方；所述压缩空气管路(18)上设置有压缩空气球阀(20)；所述PLC控制系统(22)与所述流量计(10)电信号连接；所述PLC控制系统(22)分别与所述支管电动球阀(7)、所述总管电动球阀(9)、所述反吹电动球阀(19)以及所述压缩空气球阀(20)电信号连接并分别控制所述支管电动球阀(7)、所述总管电动球阀(9)、所述反吹电动球阀(19)以及所述压缩空气球阀(20)的启闭。

5.根据权利要求1所述脱硝烟气取样系统，其特征在于：所述取样总管(3)与所述取样支管(4)之间通过支管三通(8)连通。

6.根据权利要求4所述脱硝烟气取样系统，其特征在于：所述反吹管路(17)、所述压缩空气管路(18)以及所述烟气排回管路(15)上均设置有金属膨胀节(23)。

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