WO2021203669A1 - 一种网格化测量烟气中气态组分的系统及方法 - Google Patents

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removal device
dust removal
signal analysis
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谭增强
牛国平
何育东
姚伟
潘栋
舒凯
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西安热工研究院有限公司
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    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N1/02—Devices for withdrawing samples
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    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/34—Purifying; Cleaning

Definitions

  • the invention relates to a measurement system for gaseous pollutants, in particular to a system and method for gridded measurement of gaseous components in flue gas, and is suitable for coal-fired power plants, glass furnaces, garbage incineration, coking industry, cement industry, Multi-point measurement of gaseous pollutants from fixed pollution sources such as the non-ferrous metal smelting industry.
  • gaseous components such as CO, NO, SO 2 , HCl, O 2
  • online detection instruments all use a limited number of sampling points (0-3). Small number of instruments, resulting in the display value is not representative of the meter, which will hide the true concentration of the gaseous component, leading to a series of false positives, thereby affecting the discharge standards gaseous components, in particular NO, SO 2 emissions standards.
  • the purpose of the present invention is to provide a grid-based system and method for measuring gaseous components in flue gas, which can minimize sampling and testing time and obtain the true concentration and distribution law of gaseous components in a large cross-section flue.
  • a grid-based system for measuring gaseous components in flue gas including flue gas sampling probes, dust removal devices, water removal devices, flow meters, exhaust pumps, signal analysis modules and data transmission modules; wherein the flue gas sampling probes are
  • the grid method is composed of multiple flue gas sampling pipes arranged in the flue;
  • each flue gas sampling pipe is connected to the inlet of the dust removal device, the outlet of the dust removal device is connected to the water removal device, the outlet of the water removal device is connected to the signal analysis module through the flow meter and the air pump, and the signal analysis module is connected to the data transmission module for data transmission.
  • the module transmits the signal to the computer or mobile phone.
  • a further improvement of the present invention is that one end of the flue gas sampling probe is connected with a dust removal device, the other end is connected with a back-blowing interface, and the back-blowing interface is connected with a meter calibration module.
  • a further improvement of the present invention is that the meter calibration module includes a gas cylinder for standard gas and a pressure reducing valve, and the gas cylinder is connected to the back blow interface through the pressure reducing valve.
  • a further improvement of the present invention is that the signal analysis module is composed of a sensor and a signal processing board, and the signal processing board analyzes and calculates the signal measured by the sensor to obtain concentration data.
  • a further improvement of the present invention is that the sensor is one or more of CO sensor, NO sensor, NH 3 sensor, SO 2 sensor, HCl sensor, HF sensor and O 2 sensor.
  • a further improvement of the present invention is that the data transmission module adopts a communication bus or wireless transmission.
  • a further improvement of the present invention is that the water removal device is a condenser, a desiccant dryer or an osmotic dryer.
  • a further improvement of the present invention is that the flowmeter is a wet flowmeter, a mass flowmeter or a rotameter.
  • suction pump is a diaphragm pump.
  • a grid-based method for measuring gaseous components in the flue gas based on the above system.
  • the gas collected by the flue gas sampling probe enters the dewatering device after the dust removal device, and then enters the signal analysis module through the flow meter and the air pump.
  • the analysis module performs analytical calculations to obtain gaseous components in the flue gas, and the results of the gaseous components in the flue gas are transmitted to the computer or mobile phone via the data transmission module.
  • the present invention has the following beneficial effects:
  • the grid method is used to collect and analyze the flue gas components at multiple points. After dust removal and water removal, the sensor is sent to the sensor to analyze the gaseous components in the flue gas, so as to realize the real-time measurement of the gaseous components of the entire flue section and avoid The problem of data lag can meet the needs of optimization test and performance evaluation test. It can also be used to calibrate online measuring instruments and adjust the position of measuring points;
  • the present invention is suitable for the testing requirements of one or more gaseous components in CO, NO, SO 2 , HCl, HF, NH 3 and O 2 in different industries.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the system structure of the present invention.
  • 1 is the pre-dust removal device
  • 2 is the flue gas sampling probe
  • 3 is the back blow interface
  • 4 is the dust removal device
  • 5 is the water removal device
  • 6 is the air pump
  • 7 is the flow meter
  • 8 is the signal analysis module
  • 9 is the The data transmission module
  • 10 is a pressure reducing valve
  • 11 is a cylinder of standard gas.
  • a layer/element when referred to as being "on" another layer/element, the layer/element may be directly on the other layer/element, or there may be an intermediate layer/element between them. element.
  • the layer/element may be located "under” the other layer/element when the orientation is reversed.
  • the present invention provides a method for grid measurement of gaseous components in flue gas.
  • the grid method is adopted for sampling, and the sampling flue gas is analyzed by high-precision pretreatment and analysis instruments, and the data can be collected without omission. Transmission, processing.
  • the grid measurement system for gaseous components in flue gas of the present invention includes flue gas sampling probe 2, dust removal device 4, water removal device 5, flow meter 7, suction pump 6, signal analysis module 8, and data transmission Module 9; At the same time, it can be equipped with an instrument calibration module and a blowback system.
  • the outlet of the flue gas sampling probe 2 is connected to the inlet of the dust removal device 4, the outlet of the dust removal device 4 is connected to the inlet of the water removal device 5, the outlet of the water removal device 5 is connected to the inlet of the flow meter 7 or the inlet of the suction pump 6, and the flow meter 7 is connected to the suction pump 6, both
  • the sequence can be adjusted.
  • the outlet of the flow meter 7 or the outlet of the air pump 6 is connected to the inlet of the signal analysis module 8 and the outlet of the signal analysis module 8 is connected to the air outlet, that is, the outlet of the signal analysis module 8 is emptied.
  • the data transmission module 9 is connected to the signal analysis module 8, and can transmit the measured gaseous component data to a computer or a mobile phone.
  • the flue gas sampling probe 2 is composed of multiple flue gas sampling pipes arranged in the flue according to the grid method.
  • the flue gas sampling pipes are distributed according to the grid method.
  • the number of rows and columns of flue gas sampling points in each section is determined according to the site conditions.
  • the flue gas sampling probe 2 is heated throughout the whole process, and the connecting pipe between the flue gas sampling probe 2 and the dewatering device 5 is also heated.
  • the heating temperature of the two is the same, both of which are 120 ⁇ 400°C.
  • the specific heating temperature can be Set according to the characteristics of the gaseous components in the flue gas to be tested, avoiding the loss of gaseous components caused by the adsorption of gaseous components in the flue gas and the generation of by-products.
  • the flue gas sampling probe 2 can be equipped with a pre-dust removal device 1 and a backflush interface 3 to solve the problem of pipeline blockage; the backflush interface 3 can also be used for the interface of the instrument calibration module.
  • the instrument calibration module is composed of a standard gas cylinder 11, a pressure reducing valve 10, and pipelines.
  • the standard gas can be passed into the sampling probe interface to perform air tightness testing and instrument calibration on the entire sampling test system to ensure the analysis system The accuracy of the measurement data.
  • the signal analysis module 8 is composed of a sensor and a signal processing board.
  • the signal analysis module 8 can analyze and calculate the signal measured by the sensor to obtain the concentration data of the corresponding component.
  • the sensor can be composed of one or more of the following different combinations: CO sensor, NO sensor, NH 3 sensor, SO 2 sensor, HCl sensor, HF sensor and O 2 sensor.
  • the above sensors can be one of the following or Multiple principles: infrared gas sensor, electrochemical sensor.
  • the data transmission module 9 can use a communication bus or wireless transmission to transmit data to a computer or mobile phone in real time.
  • Wireless transmission can use wireless transmission module to realize data collection and wireless transmission, and transmit real-time data to a computer or mobile phone.
  • the data collection of the entire flue gas sampling test process can be completed by any mobile phone or computer.
  • the data processing software is used to process the concentration data of CO, NO, SO 2 , HCl, HF, NH 3 and O 2 and draw the graph And so on, quickly complete the measurement and visualization of the gaseous components of the large cross-section flue.
  • the water removal device 5 can be, but is not limited to, a condenser, a desiccant dryer, or an osmotic dryer.
  • the flow meter 6 can be, but is not limited to, a wet flow meter, a mass flow meter or a rotameter.
  • the suction pump can be used, but is not limited to a diaphragm pump.
  • the method of grid measurement of gaseous components in the flue gas based on the above-mentioned system is: the gas collected by the flue gas sampling probe 2 enters the dewatering device 5 through the dust removal device 4, and then enters the signal through the flow meter 7 and the air pump 6
  • the analysis module 8 uses the existing method to perform analytical calculations through the signal analysis module 8 to obtain gaseous components in the flue gas, and the results of the gaseous components in the flue gas are transmitted to the computer or mobile phone via the data transmission module 9.

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Abstract

一种网格化测量烟气中气态组分的系统及方法，包括烟气取样探头（2）、除尘装置（4）、除水装置（5）、信号分析模块（8）以及数据传输模块（9）；其中，烟气取样探头（2）由按照网格法布置在烟道内的多根烟气取样管组成；每根烟气取样管的出口与除尘装置（4）入口相连，除尘装置（4）出口与除水装置（5）相连，除水装置（5）出口经流量计（7）、抽气泵（6）与信号分析模块（8）相连，信号分析模块（8）与数据传输模块（9）连接，数据传输模块（9）将信号传输到电脑或者手机。采用网格法多点采集和分析烟气成分，经除尘、除水后送入传感器对烟气中的气态组分进行分析，实现整个烟道截面的气态组分的实时测量，避免了数据滞后性问题，可满足优化试验、性能考核试验的需求，也可用于校正在线测量仪表、调整测点位置。

Description

一种网格化测量烟气中气态组分的系统及方法 【技术领域】
本发明涉及一种气态污染物的测量系统，具体涉及一种网格化测量烟气中气态组分的系统及方法，适用于燃煤电厂、玻璃窑炉、垃圾焚烧、焦化行业、水泥行业、有色金属冶炼行业等固定污染源的气态污染物的多点测量。
【背景技术】
环境和能源问题是当今人类面临的重大课题。煤、石油、垃圾等在燃烧过程中释放大量污染物，如粉尘、CO、NO、SO 2、HCl、HF和有毒重金属等。这些污染物在大气中会发生各种化学反应，生成更多的污染物，导致二次污染。因此，火电厂、玻璃窑炉、工业废物焚烧厂、市政废物焚烧厂、污泥焚烧厂、生物质电厂、水泥厂、化工厂、钢铁厂等是污染物减排的重点。
国内大多数火电厂、玻璃窑炉、工业废物焚烧炉、市政废物焚烧炉、污泥焚烧炉、生物质电厂、水泥厂、化工厂、钢铁厂等的气态组分(如CO、NO、SO 2、HCl、O 2的)的在线检测仪表皆采用有限数量取样点(0-3个)。仪表数量较少，导致仪表显示值不具有代表性，这会掩盖真实的气态组分浓度，导致一系列误判，进而影响气态组分的达标排放，特别是NO、SO 2的达标排放。需要定期通过摸底测试、或者优化调整测试，校正在线仪表、调整测点位置、调整气态组分的分布均匀性，例如，通过脱硝优化调整实验可以降低局部过高的氨逃逸，从而提高脱硝系统的运行安全性和经济性，所以为克服取样、测试系统的延时问题，有必要提供一种新的测量方法。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种网格化测量烟气中气态组分的系统及方法，能够最大限度地缩短取样及测试时间，获得大截面烟道的气态组分的真实浓度及分布规律。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种网格化测量烟气中气态组分的系统，包括烟气取样探头、除尘装置、除水装置、流量计、抽气泵、信号分析模块以及数据传输模块；其中，烟气取样探头由按照网格法布置在烟道内的多根烟气取样管组成；
每根烟气取样管的出口与除尘装置入口相连，除尘装置出口与除水装置相连，除水装置出口经流量计、抽气泵与信号分析模块相连，信号分析模块与数据传输模块连接，数据传输模块将信号传输到电脑或者手机。
本发明进一步的改进在于，烟气取样探头一端连接有除尘装置，另一端连接有反吹接口，反吹接口连接有仪表校正模块。
本发明进一步的改进在于，仪表校正模块包括标准气体的气瓶和减压阀，气瓶经减压阀与反吹接口相连。
本发明进一步的改进在于，信号分析模块由传感器和信号处理板组成，信号处理板将传感器测量的信号进行解析计算，得到浓度数据。
本发明进一步的改进在于，传感器为CO传感器、NO传感器、NH 3传感器、SO 2传感器、HCl传感器、HF传感器与O 2传感器中的一种或多种。
本发明进一步的改进在于，数据传输模块采用通讯总线或无线传输。
本发明进一步的改进在于，除水装置为冷凝器、干燥剂干燥器或渗透干燥器。
本发明进一步的改进在于，流量计为湿式流量计、质量流量计或转子流量计。
本发明进一步的改进在于，抽气泵为隔膜泵。
一种基于上述的系统的网格化测量烟气中气态组分的方法，烟气取样探头采集的气体经除尘装置后进入除水装置，然后经流量计、抽气泵进入信号分析模块，经信号分析模块进行解析计算，得到烟气中气态组分，烟气中气态组分结果经数据传输模块传输到电脑或者手机上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)采用网格法多点采集和分析烟气成分，经除尘、除水后送入传感器对烟气中的气态组分进行分析，实现整个烟道截面的气态组分的实时测量，避免了数据滞后性问题，可满足优化试验、性能考核试验的需求，也可用于校正在线测量仪表、调整测点位置；
2)可获得大截面烟道的气态组分的真实浓度及分布规律；
3)整个烟气取样测试过程的数据采集通过任何一部手机或电脑即可完成，不需要人工记录数据，所有的试验数据由电脑或者手机记录，减小误差；
4)本发明适用于不同行业对CO、NO、SO 2、HCl、HF、NH 3与O 2中气态组分的一种或多种的测试需求。
【附图说明】
图1为本发明的系统结构示意图。
其中，1为预除尘装置、2为烟气取样探头、3为反吹接口、4为除尘装置、5为除水装置、6为抽气泵、7为流量计、8为信号分析模块、9为数据传输模块、10为减压阀、11为标准气体的气瓶。
【具体实施方式】
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述 的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明提供了一种网格化测量烟气中气态组分的方法，采用网格法进行采样，采用高精度预处理及分析仪表对采样烟气进行分析，并使数据得以无遗漏的收集、传输、处理。
参见图1，本发明的网格化测量烟气中气态组分的系统包括烟气取样探头2、除尘装置4、除水装置5、流量计7、抽气泵6、信号分析模块8以及数据传输模块9；同时可选配仪表校正模块、反吹系统。烟气取样探头2出口连接除尘装置4入口，除尘装置4出口连接除水装置5入口，除水装置5出口连接流量计7入口或者抽气泵6入口，流量计7与抽气泵6相连，二者的先后次序可以调整，流量计7出口或抽气泵6出口连接信号分析模块8入口，信号分析模块8出口连接出气口，即信号分析模块8出口排空。数据传输模块9与信号分析模块8连接，可以把测得的气态组分的数据传输到电脑或者手机上。
烟气取样探头2由按照网格法布置在烟道内的多根烟气取样管组成，烟气取样管按网格法分布，各截面烟气取样点的行数和列数根据现场条件确定。烟气取样探头2全程伴热，烟气取样探头2到除水装置5间的连接管路也采用伴热，二者的伴热温度一致，均为120～400℃，具体的伴热温度可根据要测试的烟气中气态组分的特点设定，避免了烟气中气态组分吸附及副产物生成导致的气态组分损失。烟气取样探头2可选配预除尘装置1、反吹接口3，解决管路堵塞问题；反吹接口3也可用于仪表校正模块的接口。
仪表校正模块由标准气体的气瓶11、减压阀10、管路组成，可以将标准气体通入取样探头接口上，对整个采样测试系统进行气密性测试、仪表标定等工作，确保分析系统测量数据的准确性。
信号分析模块8由传感器和信号处理板组成，信号分析模块8可将传感器测量的信号进行解析计算，得到对应组分的浓度数据。根据测试需求，传感器可以由下面一个到多个的不同组合组成：CO传感器、NO传感器、NH 3传感器、SO 2传感器、HCl传感器、HF传感器与O 2传感器，上述传感器可采用下面的一种或者多种原理：红外气体传感器、电化学传感器。
数据传输模块9可以采用通讯总线或无线传输，将数据实时传输到电脑或手机。无线传输可采用无线传输模块，实现数据采集和无线传输，将实时数据传输到电脑或手机。整个烟气取样测试过程的数据采集通过任何一部手机或电脑即可完成，通过数据处理软件，进行CO、NO、SO 2、HCl、HF、NH 3与O 2浓度数据的处理、图表的绘制等工作，快速完成大截面烟道的气态组分的测量及可视化。
除水装置5可以采用但不局限于冷凝器、干燥剂干燥器或渗透干燥器。
流量计6可以采用但不局限于湿式流量计、质量流量计或转子流量计。
抽气泵可7以采用但不局限于隔膜泵。
根据不同行业测试气态组分种类的不同，可以选择把除尘装置、除水装置、流量计、抽气泵、信号分析模块、数据传输模块组装到一个仪表箱中；也可以选择把除尘装置、除水装置、流量计、抽气泵组装到一个仪表箱中，信号分析模块8、数据传输模块9组装到一个仪表箱中；或者其他的组装方式。
基于上述所述系统的网格化测量烟气中气态组分的方法为：烟气取样探头2采集的气体经除尘装置4后进入除水装置5，然后经流量计7、抽气泵6进入信号分析模块8，经信号分析模块8采用现有的方法进行解析计算，得到烟气中气态组分，烟气中气态组分结果经数据传输模块9传输到电脑或者手机上。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡 是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

  1. 一种网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，包括烟气取样探头(2)、除尘装置(4)、除水装置(5)、流量计(7)、抽气泵(6)、信号分析模块(8)以及数据传输模块(9)；其中，烟气取样探头(2)由按照网格法布置在烟道内的多根烟气取样管组成；
    每根烟气取样管的(2)出口与除尘装置(4)入口相连，除尘装置(4)出口与除水装置(5)相连，除水装置(5)出口经流量计(7)、抽气泵(6)与信号分析模块(8)相连，信号分析模块(8)与数据传输模块(9)连接，数据传输模块将信号传输到电脑或者手机。
  2. 根据权利要求1所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，烟气取样探头(2)一端连接有预除尘装置(1)，另一端连接有反吹接口(3)，反吹接口(3)连接有仪表校正模块。
  3. 根据权利要求2所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，仪表校正模块包括标准气体的气瓶(11)和减压阀(10)，气瓶(11)经减压阀(10)与反吹接口(3)相连。
  4. 根据权利要求1所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，信号分析模块(8)由传感器和信号处理板组成，信号处理板将传感器测量的信号进行解析计算，得到浓度数据。
  5. 根据权利要求4所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，传感器为CO传感器、NO传感器、NH 3传感器、SO 2传感器、HCl传感器、HF传感器与O 2传感器中的一种或多种。
  6. 根据权利要求1所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，数据传输模块(9)采用通讯总线或无线传输。
  7. 根据权利要求1所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，除水装置(5)为冷凝器、干燥剂干燥器或渗透干燥器。
  8. 根据权利要求1所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，流量计(7)为湿式流量计、质量流量计或转子流量计。
  9. 根据权利要求1所述的网格化测量烟气中气态组分的系统，其特征在于，抽气泵(6)为隔膜泵。
  10. 一种基于权利要求1所述的系统的网格化测量烟气中气态组分的方法，其特征在于，烟气取样探头(2)采集的气体经除尘装置(4)后进入除水装置(5)，然后经流量计(7)、抽气泵(6)进入信号分析模块(8)，经信号分析模块(8)进行解析计算，得到烟气中气态组分，烟气中气态组分结果经数据传输模块(9)传输到电脑或者手机上。
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