一种脱硝装置出口烟气网格法混合采样装置的安装结构的制作方法

本实用新型涉及大型燃煤电站脱硝出口烟气成份测量技术，尤其涉及监测脱硝装置出口烟气中NOx及NH3逃逸浓度的混合采样装置。

背景技术：

当前，为监测燃煤电站锅炉燃烧状况以及下游脱硝装置的运行状况，在脱硝装置出口常装设烟气在线连续分析系统，监测参数包括NOx、氨逃逸、O2浓度等。然而，常规测量技术，都是在脱硝装置出口烟道截面取1～3个测量点，以点带面测量脱硝装置出口烟气参数。事实上，随着燃煤锅炉向大型化发展，脱硝装置容量越来越大，出口烟道截面尺寸也越来越大，传统1～3个测量点浓度已不能代表整个截面平均浓度，造成脱硝装置出口烟气参数测量不准，影响锅炉及相关辅机的运行控制水平。

GB/T 10184-2015公布了《网格法等面积的划分原则及代表点的确定》，其中对于矩形截面的取点，规定“用经纬线将截面分割成若干等面积的接近正方形的矩形，各小矩形对角线的交点即为测点”。大型燃煤电站脱硝装置出口烟道为矩形，矩形截面的长边长L一般达3～15米，按规定测点排数N＝5+[(L-1.5)/0.5]取整，同时补充规定：“对于较大的矩形截面，可适当减少N值，一个截面的总测点数不宜超过36个”。

据此，脱硝出口烟气取样点一般需设计为25～36个，才能满足国家标准推荐要求，现有的测量取样方式亟需升级。

技术实现要素：

为了实现脱硝装置出口烟气参数准确、实时、可靠且满足国家标准推荐要求测量，本实用新型提供一种脱硝装置出口烟气网格法混合采样装置的安装结构。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种脱硝装置出口烟气网格法混合采样装置的安装结构，包括脱硝装置出口烟道和空预器出口烟道，还包括多点取样管、变截面汇合管、取样母管和取样腔体；多点取样管有两根以上，且等间距安装在脱硝装置出口烟道截面上，每根多点取样管上均设有2个以上的取样孔；变截面汇合管安装在脱硝装置出口烟道内，所有多点取样管的底部均与变截面汇合管连通；取样母管一端连通变截面汇合管、另一端连通空预器出口烟道；取样腔体设置在取样母管上。

本申请上中下、顶部、底部等方位词，均指装置正常使用的相对位置。在空间上多点取样管、变截面汇合管、取样母管由上到下依次布置。

为了确保采样装置内，烟气流速的均匀性，变截面汇合管有2～5个不同截面尺寸，变截面汇合管由两端向中间位置截面尺寸逐步增大，且变截面汇合管呈两端对称结构；取样母管与变截面汇合管的中间位置连通。

为了避免堵管，优选，多点取样管和取样母管均竖直或相对水平面大倾角布置，变截面汇合管水平布置，大倾角是指管轴线与水平面的夹角大于45°。

申请人经研究发现，上述通过网格法多点取样的烟气，在水平的变截面汇合管内，能始终保持较高的流速，因此虽然其水平布置，但无积灰倾向，多点取样管和取样母管因竖直或与水平面大倾角布置也无积灰倾向，能够保持长期稳定使用。上述多点取样管和变截面汇合管均布在高温烟道内，无需保温，可靠性高；取样母管和取样腔体虽然设置在脱硝装置出口烟道外，但因沿程较短，通过常规保温即可保证烟气温降小于100℃，因此不会出现烟气冷凝堵管的问题。

对于燃煤发电机组而言，脱硝装置出口烟道、空预器出口烟道在空间上一般呈自高而低的布置，相应烟气静压由高到低。一般而言，机组满负荷工况下，脱硝装置出口烟道比空预器出口烟道静压高1000Pa以上。因此，脱硝装置出口烟气经多个取样孔依次进入多点取样管、变截面汇合管和取样母管，将自动流向空预器出口烟道。

优选，取样腔体上安装有NOx测量仪表或/和NH3逃逸测量仪表。取样腔体的结构根据测量仪表接口要求进行设计。NOx测量仪表或/和NH3逃逸测量仪表若为取样探头式的，优选，取样腔体为管状，取样腔体从取样母管上旁支斜向上伸出，且与取样母管的管轴线夹角为30～60°；NOx测量仪表或/和NH3逃逸测量仪表若为原位激光对射式的，优选，取样腔体为四边形结构，取样腔体的两对角串联在取样母管上，另外两对角分别装设激光探头的发射端和接收端。

为了防止启停机阶段空预器差压低、烟气温度低以及采样装置内烟气流速低导致上述采样装置中出现积灰和冷凝液(冷凝液会进一步导致恶性堵灰)，取样母管上还设有节流器、防堵保护阀、差压变送器和温度测点，其中，节流器位于防堵保护阀的上游，所有的测量仪表位于节流器的上游，差压变送器的正压端连接在节流器上游的取样母管上，差压变送器的负压端连接在防堵保护阀下游的取样母管上。

上述节流器的作用是就是在其前后产生压差，通过测得相应的压差达到测量流量的目的，进而能获得取样母管内的流速，优选，取样母管内的烟气流速不小于5m/s。

当同时满足以下三个判定条件时：①防堵保护阀完全关闭状态下，差压变送器的数值大于300Pa，②防堵保护阀完全开启状态下，稳态下温度测点获取的烟气温度大于200℃，③防堵保护阀完全开启状态下，差压变送器的数值大于30Pa，才允许上述防堵保护阀处于正常开位，否则关闭防堵保护阀或报警提示运行人员存在堵灰风险。也即通过前述结构实现了静压差、温度以及流量信号的监测，满足一定的差压条件、温度条件以及流量条件，才允许采样装置投运，这样有效防止了采样装置中堵灰的发生。

优选，温度测点设在取样母管上所有测量仪表的下游。温度测点与其它部件的相对位置不作限定。

优选，差压变送器的正压端连接在节流器上游、所有测量仪表下游的取样母管上。

为了方便控制，上述安装结构还包括控制模块，防堵保护阀、差压变送器和温度测点均分别与控制模块连接。控制模块根据前述判定条件自动控制防堵保护阀。本申请控制模块选用能实现前述功能的任何现有控制模块都可以，优选为西门子s7-300控制模块。

采用上述技术方案，可保证采样装置不产生堵灰问题，但作为进一步优选，仍需考虑部分功能失效后不可预测的堵灰风险；为了增强上述采样装置堵灰后的可维护性，优选，在多点取样管顶端设置第一清灰堵头，在变截面汇合管两端设置第二清灰堵头，第一清灰堵头和第二清灰堵头均延伸至脱硝装置出口烟道外。上述第一清灰堵头和第二清灰堵头打开，可向多点取样管和变截面汇合管内捅入清灰杆，清除堵灰。

为了防止烟气冷凝，取样母管和取样腔体均包覆有保温层。

优选，多点取样管有3～9根，每根多点取样管上等间距设有3～9个取样孔。

为了兼顾烟气取样的代表性和实时性，以及防止取样孔堵灰，优选，多点取样管上设置的取样孔直径不小于10mm，且背气流设置。

上述多点取样管壁面一侧迎气流，另一侧背气流，取样孔设置在背气流一侧，可以尽量减少取样烟气的含尘浓度。

为尽量延长上述采样装置的使用寿命，在多点取样段的迎气流一侧，设有防磨层或防磨结构。

本实用新型未提及的技术均参照现有技术。

本实用新型一种脱硝装置出口烟气网格法混合采样装置的安装结构，实为多点混合取样的一种具体实现方式，尤其适用于脱硝装置出口NOx和/或氨逃逸浓度的混合采样测量，采样方式符合国家推荐标准；利用脱硝装置出口烟道和空预器出口烟道的压差，可使所采集的烟气样快速自动进入测量仪表，测量实时性好，采样稳定可靠，具有成本低、维护工作量少等显著优势。

附图说明

图1为本实用新型脱硝装置出口烟气网格法混合采样装置的安装空间示意图。

图2为本实用新型实施例1中网格法混合采样装置的安装结构示意图。

图3为本实用新型实施例2中网格法混合采样装置的安装结构示意图。

图4为本实用新型实施例3中网格法混合采样装置的安装结构示意图。

图5为本实用新型实施例5中网格法混合采样装置的安装结构示意图。

图6为本实用新型实施例6中网格法混合采样装置的安装结构示意图。

图中，1为脱硝装置出口烟道，2为空预器出口烟道，3为多点取样管，4为变截面汇合管，5为取样母管，6为NOx测量仪表取样腔体，7为NH3逃逸测量仪表取样腔体，8为节流器，9为防堵保护阀，10为差压变送器，11为温度测点，12为取样探头，13为NOx测量仪表，14为NH3逃逸测量仪表发射端，15为NH3逃逸测量仪表接收端，16为第一清灰堵头，17为第二清灰堵头；20为脱硝装置，21为空预器。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图2所示，一种脱硝装置出口烟气网格法混合采样装置的安装结构，包括脱硝装置出口烟道和空预器出口烟道，还包括多点取样管、变截面汇合管、取样母管和NOx测量仪表取样腔体；多点取样管有5根，且等间距竖直安装在脱硝装置出口烟道截面上，每根多点取样管上均设有5个取样孔；变截面汇合管有2个不同截面尺寸，由两端向中间位置截面尺寸逐步增大，且变截面汇合管呈两端对称结构；变截面汇合管安装在脱硝装置出口烟道内水平布置，所有多点取样管的底部均与变截面汇合管连通；取样母管布置在脱硝装置出口烟道外，取样母管一端与变截面汇合管的中间位置连通、另一端连通空预器出口烟道；在空间上多点取样管、变截面汇合管、取样母管由上到下依次布置；取样母管和取样腔体均包覆有保温层；NOx测量仪表取样腔体设置在取样母管上；NOx测量仪表取样腔体上安装有NOx测量仪表，NOx测量仪表为取样探头式的，NOx测量仪表取样腔体为管状，NOx测量仪表取样腔体从取样母管上旁支斜向上伸出，且与取样母管的管轴线夹角为35°。

申请人经研究发现，上述通过网格法多点取样的烟气，在水平的变截面汇合管内，能始终保持较高的流速，因此虽然其水平布置，但无积灰倾向，多点取样管和取样母管因竖直或与水平面大倾角布置也无积灰倾向，能够保持长期稳定使用。上述多点取样管和变截面汇合管均布在高温烟道内，无需保温，可靠性高；取样母管和取样腔体虽然设置在脱硝装置出口烟道外，但因沿程较短，通过常规保温即可保证烟气温降小于100℃，因此不会出现烟气冷凝堵管的问题。

如图1所示，对于燃煤发电机组而言，脱硝装置出口烟道、空预器出口烟道在空间上一般呈自高而低的布置，相应烟气静压由高到低。一般而言，机组满负荷工况下，脱硝装置出口烟道比空预器出口烟道静压高1000Pa以上。因此，脱硝装置出口烟气经多个取样孔依次进入多点取样管、变截面汇合管和取样母管，将自动流向空预器出口烟道。

实施例2

如图3所示，与实施例1基本相同，所不同的是：取样母管上还设有NH3逃逸测量仪表取样腔体，NH3逃逸测量仪表取样腔体位于NOx测量仪表取样腔体下游，NH3逃逸测量仪表取样腔体为四边形结构，取样腔体的两对角串联在取样母管上，另外两对角分别装设激光探头的发射端和接收端。

实施例3

如图4所示，与实施例2基本相同，所不同的是：为了防止启停机阶段空预器差压低、烟气温度低以及采样装置内烟气流速低导致上述采样装置中出现积灰和冷凝液(冷凝液会进一步导致恶性堵灰)，取样母管上还设有节流器、防堵保护阀、差压变送器和温度测点，其中，节流器位于防堵保护阀的上游，所有的测量仪表位于节流器的上游，差压变送器的正压端连接在节流器上游、NH3逃逸测量仪表取样腔体下游的取样母管上，差压变送器的负压端连接在防堵保护阀下游的取样母管上；温度测点设在取样母管上NH3逃逸测量仪表取样腔体的下游。

上述节流器的作用是就是在其前后产生压差，通过测得相应的压差达到测量流量的目的，进而能获得取样母管内的流速，取样母管内的烟气流速不小于5m/s。当同时满足以下三个判定条件时：①防堵保护阀完全关闭状态下，差压变送器的数值大于300Pa，②防堵保护阀完全开启状态下，稳态下温度测点获取的烟气温度大于200℃，③防堵保护阀完全开启状态下，差压变送器的数值大于30Pa，才允许上述防堵保护阀处于正常开位，否则关闭防堵保护阀或报警提示运行人员存在堵灰风险。也即通过前述结构实现了静压差、温度以及流量信号的监测，满足一定的差压条件、温度条件以及流量条件，才允许采样装置投运，这样有效防止了采样装置中堵灰的发生。

实施例4

与实施例3基本相同，所不同的是：为了方便控制，上述安装结构还包括控制模块，防堵保护阀、差压变送器和温度测点均分别与控制模块连接。控制模块根据前述判定条件自动控制防堵保护阀。控制模块为西门子s7-300控制模块。

实施例5

如图5所示，与实施例3基本相同，所不同的是：为了增强上述采样装置堵灰后的可维护性，在多点取样管顶端设置第一清灰堵头，在变截面汇合管两端设置第二清灰堵头，第一清灰堵头和第二清灰堵头均延伸至脱硝装置出口烟道外。上述第一清灰堵头和第二清灰堵头打开，可向多点取样管和变截面汇合管内捅入清灰杆，清除堵灰。

实施例6

如图6所示，与实施例3基本相同，所不同的是：多点取样管有7根，每根多点取样管上均设有4个取样孔；变截面汇合管有3个不同截面尺寸，由两端向中间位置截面尺寸逐步增大，且变截面汇合管呈两端对称结构，取样母管与变截面汇合管的中间位置连通。

实施例7

与实施例1基本相同，所不同的是：多点取样管和取样母管均相对水平面大倾角布置，变截面汇合管水平布置，大倾角是指管轴线与水平面的夹角为75°。为了兼顾烟气取样的代表性和实时性，以及防止取样孔堵灰，多点取样管上设置的取样孔直径不小于10mm，且背气流设置；为尽量延长上述采样装置的使用寿命，在多点取样段的迎气流一侧，设有防磨层或防磨结构。