Scr脱硝工艺的流场检测系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种SCR脱硝工艺的流场检测系统，包括第一检测装置、第二检测装置和流场分布控制器，其中，第一检测装置包括多个采样头并设置于SCR反应器的入口烟道，第一检测装置的多个采样头分布在入口烟道截面的不同位置，以检测入口烟道不同位置的气体成分数据；第二检测装置包括多个采样头并设置于SCR反应器的出口烟道，第二检测装置的多个采样头分布在各个喷氨支管在出口烟道内所对应的出口区域，以分别检测每个喷氨支管所对应的出口区域内的气体成分数据，第二检测装置将采集到的出口烟道的气体成分数据传输至流场分布控制器，由流场分布控制器来控制入口烟道内部喷氨总管的氨气喷入量和/或各喷氨支管氨气喷入量。
【专利说明】
SCR脱硝工艺的流场检测系统
技术领域
[0001]本申请属于烟气脱硝技术领域，具体地说，涉及一种SCR脱硝工艺流场检测系统。
【背景技术】
[0002]随着现代工业生产的发展和生活水平的提高，大气污染成了人们十分关注的问题。大气污染中存在着一个大问题，氮氧化物NOx的污染问题。NOx在阳光的作用下会引起光化学反应，形成光化学烟雾，从而造成严重的大气污染。NOx的大气污染问题已被日益重视，人们发现:人体健康的伤害、高含量硝酸雨、光化学烟雾、臭氧减少以及其他一些问题均与低浓度NOx有关系，而且其危害性比人们原先设想的要大得多。
[0003]烟气脱硝，是指把已生成的NOx还原为N2,从而脱除烟气中的ΝΟχ，按照治理工艺可分为湿法脱硝和干法脱硝。主要包括:酸吸收法、碱吸收法、选择性催化还原法、选择性非催化还原法、吸附法、离子体活化法等。其中，选择性催化还原法(Selective CatalyticRedUCt1n，SCR)是采用垂直的催化剂反应塔与无水氨，从燃煤燃烧装置及燃煤电厂的烟气中除去氮氧化物。具体为采用氨(NH3)作为反应剂，与锅炉排出的烟气混合后通过催化剂层，在催化剂层，在催化剂的作用下将除去ΝΟχ，还原分解成无害的氮气(N2)和水(H20)。
[0004]目前在SCR工艺中，对于喷氨量的控制只有一个总阀门开度来控制喷氨流量，总阀门后的分支喷氨管路只有手动阀调整开度，无法实现烟气管道分区域的在线精细调控。目前控制策略的主要问题是，依靠单测点作为调节目标，而单测点的精确度和代表性较差，也未考虑整个烟道截面的排放物分布;并且为了达到机组排放限值要求，喷氨量控制采取“宁多勿缺”的方式(为了使排放的NOx浓度达标，喷入尽可能多的氨使更多的NOx被还原分解，使NOx的排放达标)，极易造成局部喷氨过量。虽然SCR出口 NOx的排放浓度达标，但是过多的喷氨量转化为氨逃逸进入空气预热器，与进入空气预热器的酸性介质、水蒸汽反应，生成NH4HSO4等有害物质而堵塞空气预热器，，造成设备损害及机组停运等严重后果。
【实用新型内容】
[0005]有鉴于此，本申请提供了一种SCR脱硝工艺的流场检测系统，用以解决现有技术中检测点的检测数据缺乏代表性，对喷氨量控制的参考价值很低的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请公开了一种SCR脱硝工艺的流场检测系统，包括第一检测装置、第二检测装置和流场分布控制器，其中，所述第一检测装置包括多个采样头并设置于SCR反应器的入口烟道，所述第一检测装置的多个采样头分布在所述入口烟道截面的不同位置，以检测所述入口烟道不同位置的气体成分数据，所述第一检测装置将采集到的所述入口烟道的气体成分数据传输至所述流场分布控制器，由所述流场分布控制器来控制所述入口烟道内部喷氨支管的氨气喷入量;所述第二检测装置包括多个采样头并设置于SCR反应器的出口烟道，所述第二检测装置的多个采样头分布在所述各个喷氨支管在所述出口烟道内所对应的出口区域，以分别检测每个所述喷氨支管所对应的出口区域内的气体成分数据，所述第二检测装置将采集到的所述出口烟道的气体成分数据传输至所述流场分布控制器，由所述流场分布控制器来控制所述入口烟道内部喷氨总管的氨气喷入量和/或各喷氨支管氨气喷入量。
[0007]所述第一检测装置的多个采样头分布在所述入口烟道内部各个喷氨支管的覆盖区域，以分别检测每个所述喷氨支管的覆盖区域内的气体成分数据。
[0008]所述第一检测装置和第二检测装置还包括:烟气分析仪和至少与喷氨支管数量相当的采样管;所述采样头一端开孔并设置于烟道内，另一端与所述采样管连通，所述采样管与所述烟气分析仪的阀门连通，使采集到的烟气经所述采样管进入所述烟气分析仪。
[0009]每根所述采样管与预设数量的所述采样头连通。
[0010]每个所述采样头与分别与一根独立的采样管连通。
[0011]所述采样管平行于烟道截面方向设置;所述采样头和采样管通过支架固定安装在烟道内，或者，安装在步进设备的支架上，所述步进设备带动所述采样管行进至所述烟道的不同深度。
[0012]所述采样管垂直于烟道截面方向设置;所述采样头和采样管通过支架固定安装在烟道内，或者，安装在步进设备的支架上，所述步进设备带动所述采样管行进至所述烟道的不同深度。
[0013]将耙式吹灰器改造为所述步进设备以及固定所述采样管和采样头的支架;所述耙式吹灰器包括喷嘴、耙管、中心管和齿轮行走箱;将所述耙管做为固定所述采样管的支架，并与所述中心管连通;将所述喷嘴做为采样头，将所述齿轮行走箱做为步进设备;所述中心管和耙管在齿轮行走箱的带动下行进至所述烟道的不同深度，通过所述设置在所述耙管上的喷嘴采集烟气。
[0014]所述采样管经电磁阀连通至测量气室，所述测量气室外设有吹扫栗和抽气栗，实现针对各采样管的吹扫和烟气样本抽取;所述烟气分析仪对抽取的烟气样本进行检测，并将检测数据传输至集散控制系统。
[0015]与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果:通过入口烟道的第一检测装置和出口烟道的第二检测装置从多个位置检测入口烟道的气体成分数据，根据检测结果调整每个喷氨支管的喷氨量，提高了检测数据的参考价值，对喷氨量的控制更加准确有效。
[0016]当然，实施本申请的任一产品必不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
[0017]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:
[0018]图1是本申请实施例提供的一种SCR脱硝工艺的流场检测系统的框图；
[0019]图2是本申请实施例的第一检测装置和第二检测装置的框图；
[0020]图3是本申请实施例利用耙式吹灰器改造为第一检测装置的结构示意图；
[0021]图4是本申请实施例的第一检测装置和第二检测装置的辅助回路示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
[0023]本申请实施例提供了一种SCR脱硝工艺的流场检测系统，在入口烟道设置的第一检测装置和在出口烟道的第二检测装置均包括多个采样头，多个采样头分布在入口烟道截面以及出口烟道截面的不同位置，来检测不同位置的气体成分数据并将检测结果返回至流场分布控制器，由流场分布控制器来控制入口烟道内部喷氨支管的氨气喷入量，提高了检测数据的代表性，对氨气喷入量的控制更加精确，效率更高。
[0024]图1是本申请实施例提供的一种SCR脱硝工艺的流场检测系统，包括第一检测装置20、流场分布控制器21和第二检测装置22。第一检测装置20被设置于SCR反应器的入口烟道，包括多个采样头，这些采样头分布在入口烟道的不同位置，从入口烟道的多个不同位置来采集入口烟道内的烟气并进行检测。第一检测装置20与流场分布控制器21通信连接，将检测到的气体成分数据发送到流场分布控制器21。流场分布控制器根据气体成分数据调节喷氨支管的阀门开度，达到调节氨气喷入量的目的。
[0025]气体成分数据包括氨气浓度、氮氧化物浓度、氧量等数据，根据气体成分数据来判断整个烟道截面的氨氮摩尔比分布是否均衡。以烟道内氨氮摩尔比分布均衡为原则，既保证有足够的氨气与氮氧化物进行反应，还控制氨气量不要过多，防止出现过多的氨逃逸，因为氨气进入空气预热器后，会与进入空气预热器的酸性介质、水蒸汽反应，生成NH4HSO4等有害物质而堵塞空气预热器。
[0026]流场分布控制器21可以被单独集成，也可以被集成在集散控制系统(DistributedControl System，DCS)中。
[0027]流场检测系统的第二检测装置22也包括多个采样头，被设置于SCR反应器的出口烟道。该第二检测装置22的多个采样头分布在各个喷氨支管在出口烟道内所对应的出口区域，以分别检测每个喷氨支管所对应的出口区域内的气体成分数据。即每个采样头分别对应一个喷氨支管，同时将出口烟道也划分为多个分区，每个喷氨支管除了在入口烟道对应一个分区之外，在出口烟道也对应一个分区。第二检测装置的每个采样头检测其在出口烟道所对应分区的气体成分数据，以确定各个分区内的氮氧化物浓度是否达到环保标准，以及氨气浓度是否超过预设标准，将检测结果返回至流场分布控制器21。流场分布控制器21根据每个采样头返回的检测结果，控制与采样头对应的喷氨支管的阀门开度，达到控制出口烟道对应分区内的氨气浓度的目的，实现了对每个喷氨支管的氨气喷入量及其对应分区内的氨气浓度的精确控制。对每个喷氨支管的阀门开度的控制是以第一检测装置和第二检测装置的检测结果为共同依据的，以兼顾出口烟道排放的气体符合预设标准同时入口烟道截面的氨氮摩尔比分布均衡。
[0028]由设置在出口烟道的第二检测装置22采集出口烟道各气体成分的分布数据，流场分布控制器21确定排放气体的氮氧化物浓度是否达到环保标准。当氮氧化物的浓度未达到环保标准时，增大喷氨总管的阀门开度，增加氨气的喷入总量，使有更多的氨气参与脱硝反应，达到降低排放气体的氮氧化物浓度的目的。当氮氧化物的浓度已达到环保标准，而氨气浓度大于预设标准时，会减小喷氨总管的阀门开度，达到降低氨气喷入总量的效果。
[0029]在一个实施例中，第一检测装置20的多个采样头分布在入口烟道内部各个喷氨支管的覆盖区域，以分别检测每个喷氨支管的覆盖区域内的气体成分数据。即第一检测装置20的采样头与喷氨支管对应设置，每个采样头负责采集其对应的喷氨支管所覆盖区域的气体成分数据。根据喷氨支管所覆盖各区域的有效范围，将SCR入口烟道划分为若干分区，并获得这些分区内的氮氧化物、氨气、氧气等成分浓度的在线数据。流场分布控制器21根据每个采样头采集的气体成分数据来控制其对应的喷氨支管的阀门开度，实现喷氨量在线分区精确控制。
[0030]上述实施例中的第一检测装置和第二检测装置如图2所示，包括多个采样头10，采样头的一端101开口，另一端102与采样管11连通，采样管11与烟气分析仪12的阀门连通。采样头开口的一端101设置于烟道内，烟气从开口进入采样头10并经过采样管11到达烟气分析仪12，由烟气分析仪12对烟气的成分浓度进行分析。米样头10在米样管11上的分布可以是均匀或不均匀分布，采样管11可以从炉墙引出，连通至烟气分析仪12。
[0031]在SCR脱硝工艺中，该烟气检测装置可以用于检测采样头10所在位置的氨气、氮氧化物、氧量、一氧化碳(CO)等成分浓度，以辅助集散控制系统(Distributed ControlSyStem，DCS)控制向SCR反应器内的氨气喷入总量以及每个喷氨支管的氨气喷入量。
[0032]在一个实施例中，每根所述采样管与预设数量的采样头连通，该预设数量大于一。例如，每根采样管与十个采样头连通，即该采样管上设置有十个采样头来分别从不同位置采集烟气样本，如果该检测装置共有三根采样管，该检测装置可从烟道截面的三十个不同位置来采集样本。采样管的数量可至少与SCR反应器入口烟道的喷氨支管数量相当，以便于采集不同喷氨支管所覆盖的区域。因此，可根据烟道截面的大小来设置采样管的数量和每根采样管连通的采样头的数量。可以将所有采样头均匀的分布在采样管上，对烟道内部烟气数据的采集更加均衡。
[0033]这种连通方式可以被称为多路混合型，即多个采样头采集的烟气样本混合在一起，经同一根采样管进入烟气分析仪，更适用于检测点较少，需要获取平均值数据的检测场景，增加采集数据的代表性。
[0034]此外，另一连通方式被称为独立采样型，即每个采样头采集的烟气经过独立的采样管进入进入烟气分析仪，更适用于检测点多，需要获取各分区详尽数据的检测场景。例如，针对每个喷氨支管所覆盖的区域分别设置独立的检测点，从而可以独立地检测每个喷氨支管所覆盖区域内的氨气浓度或氮氧化物浓度。
[0035]检测装置的采样管可以平行于烟道截面设置，或者垂直于烟道截面设置。当采样管平行于烟道截面设置时，适合采用固定式安装方式，采样头和采样管通过支架固定安装在烟道内，适用于需要对固定位置进行长期检测的场景，并可以对其采用在线控制模式。
[0036]当采样管垂直于烟道截面设置时，适合采用移动式(便携式)安装方式，采样管和采样头安装在步进设备的支架上，可以以特定时间、深度等可控方式在烟道中进行移动测量，适用于临时测量、优化试验等场合。由于插入烟道的深度可控，通过增加不同深度的测量次数，可以得到多于采样头数目整数倍的测量结果，所以可在需要更精确分区浓度信息时使用。考虑到临时性、移动式的测量需求，采样管采用纵向布置以方便机组运行时采样管通过临时检测孔插入被测烟道。
[0037]对于SCR反应器而言，在其入口烟道采用移动式(便携式)的检测装置，即第一检测装置优选为移动式(便携式)的检测装置，从而可以对每个喷氨支管的覆盖区域分别进行检测，并且可以获取整个烟气截面在不同烟道深度的多组测量值，对每个喷氨支管喷氨量的控制更加精确，使整个烟道截面的氨氮摩尔比分布更加均衡。而在其出口烟道可采用固定式的检测装置，即第二检测装置优选为固定式的检测装置，利于在特定位置确定SCR反应的后的氮氧化物浓度是否符合环保标准，并根据检测结果调节喷氨总管的喷氨总量。
[0038]在一个实施例中，移动式(便携式)安装方式中的步进设备以及固定采样管和采样头的支架可通过改造耙式吹灰器来实现。耙式吹灰器主要用于清洁鳍片式受热面、空气预热器烟气侧受热面以及SCR反应器。吹灰元件是一根吹灰耙，由中心管和若干根装有多个特殊喷嘴的支管组成。从喷嘴中射出的气流可将覆盖的空间吹扫干净。吹灰耙的中心管后端与外管连接。外管由在大梁上移动的齿轮行走箱带动运动。吹灰器阀门通过固定的内管向吹灰管提供吹扫介质。耙式吹灰器如图3所示，目前多数电厂由于考虑催化剂安全运行，配置的耙式吹灰器并未投入使用，该设备的网格式耙管，可以经过适当改造后，作为检测装置的网格式采样管的支架使用，也可以设计独立支架支撑采样管;而其齿轮行走箱带动中心管和耙管向烟道内不同深度行进的特性，可以实现对SCR入口烟道截面不同位置的氮氧化物的浓度测量。耙式吹灰器包括喷嘴、耙管、中心管和齿轮行走箱;将喷嘴做为采样头并在耙管内设置采样管，耙管和中心管连通，中心管在齿轮行走箱的带动下行进至烟道的不同深度。
[0039]通过对耙管的改造，在一个横向耙管上可以设计若干个采样管，同时(以巡测方式)完成一个插入深度下多个采样点的烟气采样和测量。同一深度下的几个量值测量完成后，由齿轮行走箱带动整个检测探头向另一深度行进，到位后重新采样测量所有采样点的烟气成分浓度。如此，可以获取整个烟道截面上多于采样管整数倍的分区成分浓度测量值。
[0040]整个检测装置的行进深度、检测时间等功能细节，可以由控制系统编程完成，使整个检测装置更加合理高效运行。
[0041]采样管与烟气分析仪通过阀门连通，每根采样管均安装电磁阀，可以实现独立采样回路管道的通、断控制。所有采样管的电磁阀可封装于一个电磁阀箱之内，如图4所示，所有采样管经电磁阀箱连通至测量气室。测量气室外设计抽气栗、吹扫栗，实现各采样管的吹扫、测量气室的吹扫以及采样管路的烟气抽取引出。
[0042]例如，该检测装置的控制流程如下:
[0043](I)系统启动后，进行初始吹扫:所有采样管电磁阀打开，吹扫阀打开，吹扫栗运行I分钟，进行吹扫；
[0044](2)取样:关闭所有采样管电磁阀；关闭吹扫栗;打开第X路采样管的电磁阀，启动抽气栗，完成第X路采样管的烟气取样；
[0045](3)测量:打开烟气分析仪的测量阀，测量表头与X路取样装置接通，待读数稳定后完成取样的测量;测量信号送入DCS;
[0046](4)反吹:停抽气栗，关闭抽气阀;开吹扫阀，启动吹扫栗，吹扫30秒；
[0047](5)循环取样、测量:返回步骤(2);
[0048](6)停止运行:开启所有采样管电磁阀，停抽气栗关抽气阀，开启吹扫阀，启动吹扫栗(热备用，一直吹扫防止堵塞)。
[0049]以上控制过程可以用DCS完成控制，也可以用PLC或现场嵌入式设备进行控制，视不同应用场合、安装方式而定。在检测数据完成DCS回传后，可以在操作员站实现脱硝系统在线流场分布数据的实时显示功能，如SCR入口烟道氨气浓度分区检测数据、SCR入口烟道氮氧化物浓度分区检测数据、SCR出口烟道氮氧化物浓度分区检测数据、SCR出口烟道氨气浓度分区检测数据以及其他气体成分(如氧气、一氧化碳等)检测数据的显示。
[0050]如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0051]还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0052]上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种SCR脱硝工艺的流场检测系统，其特征在于，包括第一检测装置、第二检测装置和流场分布控制器，其中，所述第一检测装置包括多个采样头并设置于SCR反应器的入口烟道，所述第一检测装置的多个采样头分布在所述入口烟道截面的不同位置，以检测所述入口烟道不同位置的气体成分数据，所述第一检测装置将采集到的所述入口烟道的气体成分数据传输至所述流场分布控制器，由所述流场分布控制器来控制所述入口烟道内部喷氨支管的氨气喷入量； 所述第二检测装置的多个采样头分布在所述各个喷氨支管在所述出口烟道内所对应的出口区域，以分别检测每个所述喷氨支管所对应的出口区域内的气体成分数据，所述第二检测装置将采集到的所述出口烟道的气体成分数据传输至所述流场分布控制器，由所述流场分布控制器来控制所述入口烟道内部喷氨总管的氨气喷入量和/或各喷氨支管氨气喷入量。2.根据权利要求1所述的流场检测系统，其特征在于，所述第一检测装置的多个采样头分布在所述入口烟道内部各个喷氨支管的覆盖区域，以分别检测每个所述喷氨支管的覆盖区域内的气体成分数据。3.根据权利要求1所述的流场检测系统，其特征在于，所述第一检测装置和第二检测装置还包括:烟气分析仪和至少与喷氨支管数量相当的采样管;所述采样头一端开孔并设置于烟道内，另一端与所述采样管连通，所述采样管与所述烟气分析仪的阀门连通，使采集到的烟气经所述采样管进入所述烟气分析仪。4.根据权利要求3所述的流场检测系统，其特征在于，每根所述采样管与预设数量的所述采样头连通。5.根据权利要求3所述的流场检测系统，其特征在于，每个所述采样头分别与一根独立的采样管连通。6.根据权利要求3所述的流场检测系统，其特征在于，所述采样管平行于烟道截面方向设置;所述采样头和采样管通过支架固定安装在烟道内，或者，安装在步进设备的支架上，所述步进设备带动所述采样管行进至所述烟道的不同深度。7.根据权利要求3所述的流场检测系统，其特征在于，所述采样管垂直于烟道截面方向设置;所述采样头和采样管通过支架固定安装在烟道内，或者，安装在步进设备的支架上，所述步进设备带动所述采样管行进至所述烟道的不同深度。8.根据权利要求6或7所述的流场检测系统，其特征在于，将耙式吹灰器改造为所述步进设备以及固定所述采样管和采样头的支架； 所述耙式吹灰器包括喷嘴、耙管、中心管和齿轮行走箱； 将所述耙管做为固定所述采样管的支架，并与所述中心管连通;将所述喷嘴做为采样头，将所述齿轮行走箱做为步进设备;所述中心管和耙管在齿轮行走箱的带动下行进至所述烟道的不同深度，通过所述设置在所述耙管上的喷嘴采集烟气。9.根据权利要求3所述的流场检测系统，其特征在于，所述采样管经电磁阀连通至测量气室，所述测量气室外设有吹扫栗和抽气栗，实现针对各采样管的吹扫和烟气样本抽取;所述烟气分析仪对抽取的烟气样本进行检测，并将检测数据传输至集散控制系统。
【文档编号】G01N33/00GK205679585SQ201620516722
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月31日 公开号201620516722.7, CN 201620516722, CN 205679585 U, CN 205679585U, CN-U-205679585, CN201620516722, CN201620516722.7, CN205679585 U, CN205679585U
【发明人】邢红涛, 刘楹, 胡凤玺, 程子矜
【申请人】邢红涛