監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統的制作方法

本實用新型涉及大型燃煤電站煙氣成份混合取樣測量技術，尤其涉及監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統。

背景技術：

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NOx的還原特性，在催化劑的作用下將NOx還原為對環境無害的N₂和H₂O。在實際運行過程中，噴氨總量的控制至關重要，噴氨不足會造成脫硝效率下降，進而造成NOx排放超標；噴氨過量會造成氨逃逸率超標，進而易造成下游空預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時計算獲取，計算大致方法為“煙氣總量×SCR入口NOx濃度×設定氨氮摩爾比(或脫硝效率)”。因此，提高SCR入口NOx濃度測量的準確性、實時性和可靠性是保證噴氨總量控制品質的關鍵。

然而，受燃燒煤種變化、磨組合方式改變、燃燒器調整等多種因素影響，SCR入口NOx濃度分布不均的現象普遍存在，而且波動較為頻繁。傳統單點NOx濃度測量值并不能代表整個流動截面NOx濃度平均值，這增加了SCR入口NOx濃度測量的難度；相較而言，采用多點混合取樣，并測量混合煙氣中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，相應多點混合取樣系統的實時性和可靠性是設計難點。

當前普遍采用CEMS測量SCR入口NOx濃度，存在取樣代表性差、遲滯時間長以及維護工作量大等問題，本領域技術人員雖然采取了多種復雜的先進算法來彌補上述不足，但先進的軟件系統并不能完全克服硬件系統存在的問題，噴氨總量控制品質不佳的現象仍普遍存在。

技術實現要素：

為了實現SCR入口NOx濃度準確、實時、可靠測量，本實用新型提供監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統。

為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是：

監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，包括SCR入口煙道和SCR出口煙道或空預器出口煙道，還包括樹形多點混合取樣裝置和NOx在線分析儀；樹形多點混合取樣裝置包括依次連通的多點取樣段、過渡連接段和煙氣混合段；多點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出口煙道或空預器出口煙道相連通，多點取樣段上設有兩個以上的取樣孔；NOx在線分析儀布置在煙氣混合段上。

對于燃煤發電機組而言，SCR入口煙道、SCR出口煙道、空預器出口煙道三者在空間上自高而低布置，相應煙氣靜壓由高到低。一般而言，機組滿負荷工況下，SCR入口煙道比SCR出口煙道靜壓高800Pa左右，SCR出口煙道比空預器出口煙道靜壓高1200Pa左右。因此，SCR入口煙氣經多個取樣孔進入樹形多點混合取樣裝置內，將自動從多點取樣段流向煙氣混合段，布置在煙氣混合段的NOx在線分析儀將實時測量煙氣中NOx濃度。由于煙氣在樹形多點混合取樣裝置內以較大傾角向下或垂直向下流動，因此其內部積灰的傾向并不明顯。

上述煙氣混合段可選擇連接SCR出口煙道或空預器出口煙道，系統特性上的主要差別在于，連接空預器出口煙道時，樹形多點混合取樣裝置的兩端壓差更大，其內部煙氣流速更高，有利于減少測量遲滯時間，且更高流速有利于進一步減弱內部積灰傾向。本系統充分利用了鍋爐風煙系統固有的特性，在可靠性方面具有獨到優勢。

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

為了節省布置空間，優選，多點取樣段在SCR入口煙道截面呈雙齒狀布置。也可看成呈雙V狀布置。

為了增強煙氣取樣的代表性，上述多點取樣段需設計得更為復雜，多點取樣段在SCR入口煙道截面呈三齒或四齒狀布置。實際應用中，應結合布置空間大小、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，也即由三個開口向上的V或四個開口向上的V依次拼接形成。

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

為了保證SCR出口煙道壁面的密封性以及留足樹形多點混合取樣裝置的熱位移空間，優選，煙氣混合段與SCR出口煙道壁面的交界面處設動密封裝置。

上述動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。

作為另一優選，SCR出口煙道內加裝有豎直穿過SCR出口煙道的保護套管，保護套管截面尺寸大于煙氣混合段截面尺寸，煙氣混合段經過SCR出口煙道時，從保護套管內穿過，然后再與空預器出口煙道連通。

上述煙氣混合段經過SCR出口煙道時，從保護套管內穿過，與SCR出口煙道煙氣隔離。

一般每臺燃煤發電機組有兩個SCR反應器，業內習慣上稱為A側和B側，每側SCR出口布置一套監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統。

為了提高系統的自動化程度，優選，監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，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。采集與控制模塊實現參照行內現有公知技術。

為了制備方便、節約成本，同時保證取樣的方便性與準確性，優選，樹形多點混合取樣裝置由內徑為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時性，以及防止取樣孔堵灰，優選，多點取樣段由兩根以上等長的取樣管拼接形成鋸齒狀，取樣管上設有圓形取樣孔，取樣孔的內徑為6～18mm，取樣孔沿取樣管的長度方向均勻布置，也即取樣孔將取樣管分為等長度的n+1段，n為取樣孔數量。

進一步優選，取樣管上取樣孔至少有3個、且背氣流設置，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。

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

為了進一步降低上述多點取樣裝置堵灰的可能，監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，還包括熱風反吹子系統，熱風反吹子系統至少包括反吹管路、反吹控制閥和反吹隔離閥，反吹隔離閥設在煙氣混合段上，反吹控制閥設在反吹管路上，反吹管路與煙氣混合段連通、且位于反吹隔離閥上游。當投用熱風反吹子系統時，反吹隔離閥關閉、反吹控制閥打開；而測量系統正常投運時，反吹隔離閥打開、反吹控制閥關閉。

熱風反吹子系統的氣源優選熱一次風。

為了折算基準氧量下NOx濃度分布，監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，還包括O₂在線分析儀，O₂在線分析儀也設在煙氣混合段上。

優選，O₂在線分析儀與NOx在線分析儀集成使用。

為了提高上述監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統工作的可靠性，優選，NOx在線分析儀為直插式，采用半導體陶瓷氣體傳感器。可長期工作在500℃以下的煙氣環境下。

本實用新型未提及的技術均參照現有技術。

本實用新型監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統所公開的技術方案，實為多點混合取樣的一種具體實現方式，尤其適用于SCR入口NOx濃度的測量，可克服傳統測量技術取樣代表性差、遲滯時間長以及維護工作量大等不足。這些不足在SCR出口NOx濃度測量中也存在，本實用新型公開的技術方案，在SCR出口NOx濃度多點混合取樣測量中也同樣適用；本實用新型應用于SCR脫硝系統NOx平均濃度測量，具有準確性高、實時性強、可靠性高的突出優勢，從而顯著提高SCR噴氨控制的品質。

附圖說明

圖1為本實用新型監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統安裝空間示意圖。

圖2為本實用新型實施例1中監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統構成圖。

圖3為本實用新型實施例2中監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統構成圖。

圖4為本實用新型實施例3中監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統構成圖。

圖5為本實用新型實施例4中監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統構成圖。

圖6為本實用新型實施例5中樹形多點混合取樣裝置輪廓示意圖。

圖7為本實用新型實施例6中樹形多點混合取樣裝置輪廓示意圖。

圖8為煙氣橫掠多點取樣段的示意圖。

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

具體實施方式

為了更好地理解本實用新型，下面結合實施例進一步闡明本實用新型的內容，但本實用新型的內容不僅僅局限于下面的實施例。

實施例1

如圖2所示，監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，包括SCR入口煙道和SCR出口煙道，還包括樹形多點混合取樣裝置和NOx在線分析儀；樹形多點混合取樣裝置包括依次連通的多點取樣段、過渡連接段和煙氣混合段；多點取樣段呈雙齒狀(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。

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

取樣管上取樣孔有10個、且背氣流設置，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，采用半導體陶瓷氣體傳感器。

實施例2

如圖3所示，與實施例1基本相同，所不同的是：煙氣混合段連通空預器出口煙道，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動密封裝置。

實施例3

如圖4所示，與實施例2基本相同，所不同的是：SCR出口煙道內加裝有豎直穿過SCR出口煙道的保護套管，保護套管截面尺寸大于煙氣混合段截面尺寸，煙氣混合段經過SCR出口煙道時，從保護套管內穿過，然后再與空預器出口煙道連通。

實施例4

如圖5所示，與實施例1基本相同，所不同的是：監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，還包括熱風反吹子系統，熱風反吹子系統至少包括反吹管路、反吹控制閥和反吹隔離閥，反吹隔離閥設在煙氣混合段上，反吹控制閥設在反吹管路上，反吹管路與煙氣混合段連通、且位于反吹隔離閥上游。

實施例5

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

實施例6

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

實施例7

與實施例1基本相同，所不同的是：監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，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。

實施例8

與實施例1基本相同，所不同的是：監測SCR入口NOx濃度的樹形多點混合取樣測量系統，還包括O₂在線分析儀，O₂在線分析儀也設在煙氣混合段上。

上述各例中的測量系統應用于SCR脫硝系統NOx平均濃度測量，具有準確性高、實時性強、可靠性高的突出優勢，從而顯著提高SCR噴氨控制的品質。