本實(shí)用新型涉及大型燃煤電站煙氣成份混合取樣測(cè)量技術(shù)，尤其涉及監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，大型燃煤電站普遍采用SCR脫硝裝置來降低煙氣中NOx排放濃度。SCR利用NH₃對(duì)NOx的還原特性，在催化劑的作用下將NOx還原為對(duì)環(huán)境無害的N₂和H₂O。在實(shí)際運(yùn)行過程中，噴氨總量的控制至關(guān)重要，噴氨不足會(huì)造成脫硝效率下降，進(jìn)而造成NOx排放超標(biāo)；噴氨過量會(huì)造成氨逃逸率超標(biāo)，進(jìn)而易造成下游空預(yù)器因硫酸氫銨沉積而堵塞和腐蝕，還可能造成電除塵極線積灰、除塵布袋黏灰等不利影響。

SCR控制策略中，所需噴氨總量指令前饋一般通過實(shí)時(shí)計(jì)算獲取，計(jì)算大致方法為“煙氣總量×SCR入口NOx濃度×設(shè)定氨氮摩爾比(或脫硝效率)”。因此，提高SCR入口NOx濃度測(cè)量的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和可靠性是保證噴氨總量控制品質(zhì)的關(guān)鍵。

然而，受燃燒煤種變化、磨組合方式改變、燃燒器調(diào)整等多種因素影響，SCR入口NOx濃度分布不均的現(xiàn)象普遍存在，而且波動(dòng)較為頻繁。傳統(tǒng)單點(diǎn)NOx濃度測(cè)量值并不能代表整個(gè)流動(dòng)截面NOx濃度平均值，這增加了SCR入口NOx濃度測(cè)量的難度；相較而言，采用多點(diǎn)混合取樣，并測(cè)量混合煙氣中NOx平均濃度更為合理。由于SCR入口煙氣工況惡劣(溫度高、粉塵濃度高)，且截面尺寸非常大，相應(yīng)多點(diǎn)混合取樣系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性是設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

當(dāng)前普遍采用CEMS測(cè)量SCR入口NOx濃度，存在取樣代表性差、遲滯時(shí)間長(zhǎng)以及維護(hù)工作量大等問題，本領(lǐng)域技術(shù)人員雖然采取了多種復(fù)雜的先進(jìn)算法來彌補(bǔ)上述不足，但先進(jìn)的軟件系統(tǒng)并不能完全克服硬件系統(tǒng)存在的問題，噴氨總量控制品質(zhì)不佳的現(xiàn)象仍普遍存在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)SCR入口NOx濃度準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可靠測(cè)量，本實(shí)用新型提供監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，包括SCR入口煙道和SCR出口煙道或空預(yù)器出口煙道，還包括樹形多點(diǎn)混合取樣裝置和NOx在線分析儀；樹形多點(diǎn)混合取樣裝置包括依次連通的多點(diǎn)取樣段、過渡連接段和煙氣混合段；多點(diǎn)取樣段呈鋸齒狀布置在SCR入口煙道截面上，煙氣混合段與SCR出口煙道或空預(yù)器出口煙道相連通，多點(diǎn)取樣段上設(shè)有兩個(gè)以上的取樣孔；NOx在線分析儀布置在煙氣混合段上。

對(duì)于燃煤發(fā)電機(jī)組而言，SCR入口煙道、SCR出口煙道、空預(yù)器出口煙道三者在空間上自高而低布置，相應(yīng)煙氣靜壓由高到低。一般而言，機(jī)組滿負(fù)荷工況下，SCR入口煙道比SCR出口煙道靜壓高800Pa左右，SCR出口煙道比空預(yù)器出口煙道靜壓高1200Pa左右。因此，SCR入口煙氣經(jīng)多個(gè)取樣孔進(jìn)入樹形多點(diǎn)混合取樣裝置內(nèi)，將自動(dòng)從多點(diǎn)取樣段流向煙氣混合段，布置在煙氣混合段的NOx在線分析儀將實(shí)時(shí)測(cè)量煙氣中NOx濃度。由于煙氣在樹形多點(diǎn)混合取樣裝置內(nèi)以較大傾角向下或垂直向下流動(dòng)，因此其內(nèi)部積灰的傾向并不明顯。

上述煙氣混合段可選擇連接SCR出口煙道或空預(yù)器出口煙道，系統(tǒng)特性上的主要差別在于，連接空預(yù)器出口煙道時(shí)，樹形多點(diǎn)混合取樣裝置的兩端壓差更大，其內(nèi)部煙氣流速更高，有利于減少測(cè)量遲滯時(shí)間，且更高流速有利于進(jìn)一步減弱內(nèi)部積灰傾向。本系統(tǒng)充分利用了鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)固有的特性，在可靠性方面具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。

上述鋸齒狀也可看成是由一個(gè)以上的V狀依次拼接而成。上述依次連通的多點(diǎn)取樣段、過渡連接段和煙氣混合段形成樹形多點(diǎn)混合取樣裝置。

為了節(jié)省布置空間，優(yōu)選，多點(diǎn)取樣段在SCR入口煙道截面呈雙齒狀布置。也可看成呈雙V狀布置。

為了增強(qiáng)煙氣取樣的代表性，上述多點(diǎn)取樣段需設(shè)計(jì)得更為復(fù)雜，多點(diǎn)取樣段在SCR入口煙道截面呈三齒或四齒狀布置。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合布置空間大小、SCR入口煙道截面尺寸、SCR入口NOx濃度分布不均勻性等因素綜合考慮確定。

前述三齒或四齒，也即由三個(gè)開口向上的V或四個(gè)開口向上的V依次拼接形成。

為了避免積灰，當(dāng)煙氣混合段連通空預(yù)器出口煙道時(shí)，煙氣混合段一般需先穿透SCR出口煙道壁面，然后再與空預(yù)器出口煙道連通。

為了保證SCR出口煙道壁面的密封性以及留足樹形多點(diǎn)混合取樣裝置的熱位移空間，優(yōu)選，煙氣混合段與SCR出口煙道壁面的交界面處設(shè)動(dòng)密封裝置。

上述動(dòng)密封裝置可以是填料密封、波紋套管密封等，不限定具體形式。

作為另一優(yōu)選，SCR出口煙道內(nèi)加裝有豎直穿過SCR出口煙道的保護(hù)套管，保護(hù)套管截面尺寸大于煙氣混合段截面尺寸，煙氣混合段經(jīng)過SCR出口煙道時(shí)，從保護(hù)套管內(nèi)穿過，然后再與空預(yù)器出口煙道連通。

上述煙氣混合段經(jīng)過SCR出口煙道時(shí)，從保護(hù)套管內(nèi)穿過，與SCR出口煙道煙氣隔離。

一般每臺(tái)燃煤發(fā)電機(jī)組有兩個(gè)SCR反應(yīng)器，業(yè)內(nèi)習(xí)慣上稱為A側(cè)和B側(cè)，每側(cè)SCR出口布置一套監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)。

為了提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，優(yōu)選，監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：還包括采集與控制模塊，采集與控制模塊至少接收NOx在線分析儀的傳輸信號(hào)。采集與控制模塊實(shí)現(xiàn)參照行內(nèi)現(xiàn)有公知技術(shù)。

為了制備方便、節(jié)約成本，同時(shí)保證取樣的方便性與準(zhǔn)確性，優(yōu)選，樹形多點(diǎn)混合取樣裝置由內(nèi)徑為40～120mm的圓管制成。

上述圓管的橫截面(流通截面)為圓形。

為了兼顧煙氣取樣的代表性和實(shí)時(shí)性，以及防止取樣孔堵灰，優(yōu)選，多點(diǎn)取樣段由兩根以上等長(zhǎng)的取樣管拼接形成鋸齒狀，取樣管上設(shè)有圓形取樣孔，取樣孔的內(nèi)徑為6～18mm，取樣孔沿取樣管的長(zhǎng)度方向均勻布置，也即取樣孔將取樣管分為等長(zhǎng)度的n+1段，n為取樣孔數(shù)量。

進(jìn)一步優(yōu)選，取樣管上取樣孔至少有3個(gè)、且背氣流設(shè)置，取樣管上所有取樣孔的流通面積總和不大于取樣管流通截面積的40％。

上述取樣孔的流通面積也即取樣孔的橫截面面積；取樣管流通截面積也即取樣管的橫截面。

取樣管壁面一側(cè)迎氣流，另一側(cè)背氣流，取樣孔設(shè)置在背氣流一側(cè)，可以盡量減少取樣煙氣的含塵濃度。

為了進(jìn)一步降低上述多點(diǎn)取樣裝置堵灰的可能，監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，還包括熱風(fēng)反吹子系統(tǒng)，熱風(fēng)反吹子系統(tǒng)至少包括反吹管路、反吹控制閥和反吹隔離閥，反吹隔離閥設(shè)在煙氣混合段上，反吹控制閥設(shè)在反吹管路上，反吹管路與煙氣混合段連通、且位于反吹隔離閥上游。當(dāng)投用熱風(fēng)反吹子系統(tǒng)時(shí)，反吹隔離閥關(guān)閉、反吹控制閥打開；而測(cè)量系統(tǒng)正常投運(yùn)時(shí)，反吹隔離閥打開、反吹控制閥關(guān)閉。

熱風(fēng)反吹子系統(tǒng)的氣源優(yōu)選熱一次風(fēng)。

為了折算基準(zhǔn)氧量下NOx濃度分布，監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，還包括O₂在線分析儀，O₂在線分析儀也設(shè)在煙氣混合段上。

優(yōu)選，O₂在線分析儀與NOx在線分析儀集成使用。

為了提高上述監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)工作的可靠性，優(yōu)選，NOx在線分析儀為直插式，采用半導(dǎo)體陶瓷氣體傳感器?？砷L(zhǎng)期工作在500℃以下的煙氣環(huán)境下。

本實(shí)用新型未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。

本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)所公開的技術(shù)方案，實(shí)為多點(diǎn)混合取樣的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，尤其適用于SCR入口NOx濃度的測(cè)量，可克服傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)取樣代表性差、遲滯時(shí)間長(zhǎng)以及維護(hù)工作量大等不足。這些不足在SCR出口NOx濃度測(cè)量中也存在，本實(shí)用新型公開的技術(shù)方案，在SCR出口NOx濃度多點(diǎn)混合取樣測(cè)量中也同樣適用；本實(shí)用新型應(yīng)用于SCR脫硝系統(tǒng)NOx平均濃度測(cè)量，具有準(zhǔn)確性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高的突出優(yōu)勢(shì)，從而顯著提高SCR噴氨控制的品質(zhì)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)安裝空間示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1中監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例2中監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例3中監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例4中監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例5中樹形多點(diǎn)混合取樣裝置輪廓示意圖。

圖7為本實(shí)用新型實(shí)施例6中樹形多點(diǎn)混合取樣裝置輪廓示意圖。

圖8為煙氣橫掠多點(diǎn)取樣段的示意圖。

圖中，1為SCR入口煙道，2為SCR出口煙道，3為空預(yù)器出口煙道，4為樹形多點(diǎn)混合取樣裝置，5為NOx和/或O₂在線分析儀，6為多點(diǎn)取樣段，7為過渡連接段，8為煙氣混合段，9為動(dòng)密封，10為保護(hù)套管，11為反吹管路，12為反吹控制閥，13為反吹隔離閥，14為三齒狀樹形多點(diǎn)混合取樣裝置輪廓，15為四齒狀樹形多點(diǎn)混合取樣裝置輪廓，16為取樣孔，17為煙氣氣流，21為SCR反應(yīng)器，31為空預(yù)器。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的內(nèi)容，但本實(shí)用新型的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖2所示，監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，包括SCR入口煙道和SCR出口煙道，還包括樹形多點(diǎn)混合取樣裝置和NOx在線分析儀；樹形多點(diǎn)混合取樣裝置包括依次連通的多點(diǎn)取樣段、過渡連接段和煙氣混合段；多點(diǎn)取樣段呈雙齒狀(2V狀)布置在SCR入口煙道截面上，煙氣混合段與SCR出口煙道相連通；NOx在線分析儀布置在煙氣混合段上。

樹形多點(diǎn)混合取樣裝置由內(nèi)徑為60mm的圓管制成。多點(diǎn)取樣段由兩根以上等長(zhǎng)的取樣管拼接形成雙齒狀，取樣管上設(shè)有圓形取樣孔，取樣孔的內(nèi)徑為10mm，取樣孔沿取樣管的長(zhǎng)度方向均勻布置。

取樣管上取樣孔有10個(gè)、且背氣流設(shè)置，取樣管上所有取樣孔的流通面積總和不大于取樣管流通截面積的40％。

NOx在線分析儀為直插式，采用半導(dǎo)體陶瓷氣體傳感器。

實(shí)施例2

如圖3所示，與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：煙氣混合段連通空預(yù)器出口煙道，煙氣混合段先穿透SCR出口煙道壁面，然后再與空預(yù)器出口煙道連通，煙氣混合段與SCR出口煙道壁面的交界面處設(shè)動(dòng)密封裝置。

實(shí)施例3

如圖4所示，與實(shí)施例2基本相同，所不同的是：SCR出口煙道內(nèi)加裝有豎直穿過SCR出口煙道的保護(hù)套管，保護(hù)套管截面尺寸大于煙氣混合段截面尺寸，煙氣混合段經(jīng)過SCR出口煙道時(shí)，從保護(hù)套管內(nèi)穿過，然后再與空預(yù)器出口煙道連通。

實(shí)施例4

如圖5所示，與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，還包括熱風(fēng)反吹子系統(tǒng)，熱風(fēng)反吹子系統(tǒng)至少包括反吹管路、反吹控制閥和反吹隔離閥，反吹隔離閥設(shè)在煙氣混合段上，反吹控制閥設(shè)在反吹管路上，反吹管路與煙氣混合段連通、且位于反吹隔離閥上游。

實(shí)施例5

如圖6所示，與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：多點(diǎn)取樣段在SCR入口煙道截面呈三齒狀布置。

實(shí)施例6

如圖7所示，與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：多點(diǎn)取樣段在SCR入口煙道截面呈四齒狀布置。

實(shí)施例7

與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，還包括采集與控制模塊，采集與控制模塊至少接收NOx在線分析儀的傳輸信號(hào)。

實(shí)施例8

與實(shí)施例1基本相同，所不同的是：監(jiān)測(cè)SCR入口NOx濃度的樹形多點(diǎn)混合取樣測(cè)量系統(tǒng)，還包括O₂在線分析儀，O₂在線分析儀也設(shè)在煙氣混合段上。

上述各例中的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用于SCR脫硝系統(tǒng)NOx平均濃度測(cè)量，具有準(zhǔn)確性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高的突出優(yōu)勢(shì)，從而顯著提高SCR噴氨控制的品質(zhì)。