本发明属于气体取样检测技术领域，具体涉及一种快速检测烟气中氮氧化物浓度及其空间分布的方法及装置。
背景技术：
随着环保意识的提高，脱硝系统已成为各种工业锅炉的必备系统。目前的脱硝系统广泛采用选择性催化还原（scr）技术，原理是以nh3为还原剂，将烟气中的nox选择催化还原为无害的n2和h2o，实现脱硝的目的。在脱硝的过程中，如果施加nh3的量较少，则不能彻底催化还原烟气中的nox，使得脱硝效率低下，烟气排放不达标；如果施加nh3的量较多，则又会造成nh3过量，一方面增加成本，另一方面再次造成空气污染，并且过量的nh3容易与烟气中的so3反应生成硫酸氢铵等铵盐，铵盐产生沉积易堵塞和腐蚀催化剂及设备，进一步降低脱硝率。可见，脱硝系统中的喷氨控制水平关系到系统的经济、环保和生产安全等多方效益。
现有的脱硝系统，一般在脱硝反应器出气口端的烟道上设置采样管，由采样管将样气传送给检测仪表柜内进行检测，作为喷氨量的调节依据。由于脱硝反应器的有效反应温度在320℃～400℃之间，为了维持烟气较高的温度，一般除尘之前进行脱硝，故样气中含有大量烟尘。需要在采样管上设置滤芯做除尘和脱水处理后再送给精密的氮氧化物浓度检测仪，以维持其较高的检测精度和使用寿命。
此种结构的脱硝检测系统，取样的风量越大，滤芯越容易被烟尘堵塞，需要频繁清理，而在清理和清理后的恢复期内均中断送样。而样气所需要的量比较小，可以通过降低样气的流量来减少滤芯清理的频率，但这样使得送样检测时间更加滞后，滞后时间一般在5分钟以上，而烟气的成分随锅炉瞬息万变的燃烧情况变化，使得总喷氨量的调节节奏无法跟上烟气成分变化的步伐。
现实中，由于烟道较为宽阔，脱硝反应器截面较大，因此采用多点喷氨，而上述测量方式只是对烟道某一点氮氧化物浓度的测量，无法反映氮氧化物浓度在烟道截面内的分布情况，也就无法实现各点喷氨量的调节。使得目前的脱硝处理有时出现氮氧化物排放超标，有时氨逃逸严重，控制效果不佳。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速检测烟气中氮氧化物浓度及其空间分布的方法及装置，能够快速检测烟气中的氮氧化物浓度，并监测氮氧化物的空间分布情况。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：设计一种快速检测烟气中氮氧化物浓度及其空间分布的方法，其特征在于：包括基准采样管路和多点空间采样管路，基准采样管路和多点空间采样管路中均设置快速通道，多点空间采样管路中快速通道的前端连接多根取样支管，取样支管上设置开关阀，检测步骤依次如下：
（1）开通基准采样管路，将烟气通过快速通道取出，然后从快速通道上取样并检测，作为调整喷氨量的依据；
（2）监测空间分布时，开通多点空间采样管路，通过取样支管将烟道中一点的烟气送至快速通道，从快速通道上取出样气，基准采样管路与多点空间采样管路交替送样，通过开关阀切换多点空间采样管路的取样点，直至多点空间采样管将所管各点轮测完毕；
（3）循环执行步骤（1）和（2），直至停止检测。
优选的，将空间采样管路中各点的送样检测值与各自前邻基准采样管路的检测值做相对值计算。
优选的，还包括净烟气中氮氧化物的浓度检测，将空间采样管路中各点的送样检测值与各采样点脱硫后的检测值做相对值计算。
本发明还提供了一种实现上述快速检测烟气中氮氧化物浓度及其空间分布方法的装置，包括送样管，其特征在于：所述送样管上并行连接有基准采样管路和多点空间采样管路，基准采样管路和多点空间采样管路中均设置快速通道，多点空间采样管路中的快速通道前端连接多根取样支管，取样支管上安装第一开关阀；
快速通道上连通采样管，采样管的管径小于快速通道的管径，采样管上设置烟气过滤器，烟气过滤器后端的采样管通过三通阀连通送样管，三通阀的进气口连通烟气过滤器的出气口、一出气口连通送样管、另一出气口连通排放通道，送样管为氮氧化物浓度检测仪提供样气。
优选的，所述快速通道上设置旋风烟尘分离器，采样管设置在旋风烟尘分离器的低尘出口上。
优选的，所述采样管上还设置烟气取样泵，烟气取样泵位于三通阀的前端。
优选的，所述烟气取样泵位于烟气过滤器和三通阀之间，烟气取样泵和烟气过滤器之间的采样管上加设第三开关阀，烟气过滤器通过第四开关阀连通压缩气源。
优选的，所述压缩气源通过第四开关阀连通烟气过滤器的底壁和侧壁。
优选的，快速通道的后段连通汇流管，汇流管上安装排烟泵。
优选的，所述采样管后端的快速通道上设置第二开关阀，基准采样管路中快速通道的前端安装第一开关阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、由于设置了快速通道，可用大流量的快速通道将烟气输送至检测设备间后再从快速通道上取样并检测，减短了采样管的长度，大大缩短了检测滞后时间，在此基础上需要监测空间分布时，则由多点空间采样管路与基准采样管路交替送样，通过开关阀切换多点空间采样管路的取样点，完成空间各点的轮测，同时维持了基准采样管路的送样，维持了喷氨总量的持续稳定控制。
2、将空间采样管路中各点的送样检测值与各自前邻基准采样管路的检测值做相对比较，或者与各采样点脱硫后的检测值做相对比较，以随时间变化的基准采样管路的检测值或者净烟气的检测值做参照，降低了时间变化对空间内各点检测的影响，为后续各点喷氨量的调节提供更为精确的依据。
3、在不进行监测氮氧化物空间分布时，基准采样管路和多点空间采样管路可以互为备份，只需将各根采样管路的开关阀都打开，不再对其进行切换即可，这样即可在送样的同时，进行另一管道的清理工作。
4、由于快速通道上还设置了旋风烟尘分离器，可以依靠快速通道内较高的风量产生较大的离心力，将烟尘甩向周壁，从旋风烟尘分离器出气端的中心部位抽取烟尘很少的烟气，延长烟气过滤器的有效使用时间，降低其清理频次，从而可以加大其它输气处理设备的清理时间，利于增强清理效果。
5、由于快速通道后段连通汇流管，仅在汇流管上安装排烟泵，一方面了简化了系统结构，多余的烟气通过汇流管集中返回烟道；另一方面只在汇流管上安装排烟泵就可以增大快速通道中烟气的流量，更加缩短样气的流通时间，还减少了排烟泵的安装数量。
6、由于采样管后端的快速通道上设置第二开关阀，可以配合第一开关阀，实现快速通道的分段式反吹清理，能够增强反吹气流的压力，使清理更加彻底。
7、由于快速通道和采样管上均设置保温层，便于维持烟气的高温状态，避免烟气中的成分出现露点现象，为便于清理烟气过滤器提供保障。
8、由于采样管上还设置烟气取样泵，烟气取样泵位于烟气过滤器和三通阀之间，一方面能够加大样气的输送速度，减少流通时间；另一方面尽可能将备测状态时的无效烟气排放彻底，同时缩短管路的系统恢复时间，以便及时为送样管提供有效样气。
9、由于压缩气源通过第四开关阀连通烟气过滤器的底壁和侧壁，使得烟气过滤器在进行反吹清理时，能够从底部和侧壁方向进行反吹，使得清理更加彻底。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是各检测点在烟道截面内的分布示意图。
图中标记：1、烟道；2、第一开关阀；3、快速通道；4、旋风烟尘分离器；5、汇流管；6、第二开关阀；7、烟气过滤器；8、第三开关阀；9、取样泵；10、三通阀；11、第四开关阀；12、压缩气源；13、烟气脱水器；14、氮氧化物检测仪；15、取样支管；16、外排通道17、排烟泵。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明参照烟气自前至后的流通方向，将烟气的进入端定义为前端、相应地将烟气的流出端定义为后端。
本发明的主旨思想是：在送样管上并联设置基准采样管路和多点空间采样管路，基准采样管路和多点空间采样管路中均设置快速通道，多点空间采样管路中快速通道的前端连接多根取样支管，取样支管上设置开关阀，在只进行氮氧化物浓度检测时，可以只开启基准采样管路或者多点空间采样管路，使二者互为备份，以确保管道清理时不中断送样，此时只需将多点空间采样管路上的取样支管全部开通或者不再切换即可。
如果需要监测氮氧化物的空间分布情况时，则使基准采样管路和多点空间采样管路均投入运行状态，基准采样管路将烟气通过快速通道取出，然后从快速通道上取样并检测，作为调整喷氨量的依据；而多点空间采样管路则与基准采样管路交替送样，并通过开关阀切换多点空间采样管路的取样点，直至多点空间采样管将所管各点轮测完毕。由于多点空间采样管路则与基准采样管路之间的切换时间很短，则可以维持基准采样管路的检测值不变，维持了喷氨总量的持续稳定控制。
将空间采样管路中各点的送样检测值与各自前邻基准采样管路的检测值做比值或者差值，或者各采样点脱硫后的检测值做比值或者差值，即以随时间变化的基准采样管路的检测值或者净烟气的检测值做参照，以二者间的相对关系降低了时间对空间内各点检测的影响，以更好地掌握氮氧化物分布的均匀性，为后续各点喷氨量的调节提供更为精确的依据。
具体装置如图1所示，本实施例中在送样管上并行设置了基准采样管路和多点空间采样管路，基准采样管路与多点空间采样管路的主体结构相同，只是基准采样管路采用单点采用方式，而多点空间采样管路中则设置了12根取样支管，取样支管上安装第一开关阀2。为便于描述，将基准采样管路形成的气体通路称为a通道，将多点空间采样管路形成的气体通路称为b通道，其各取样支管的在烟道1内的设置如图2所示。由于二者的主体结构相同，以a通道为例，对其具体结构进行说明。
a通道中设置快速通道3，快速通道3上连接采样管，采样管的管径小于快速通道3的管径。快速通道3上设置旋风烟尘分离器4，旋风烟尘分离器4的出气口的中央部位设置烟气过滤器7的进气口，烟气过滤器7的出气口通过第三开关阀8连接取样泵9，取样泵9的出气口连接三通阀10的进气口，三通阀10的一出气口连通送样管、另一出气口连通外排通道16。旋风烟尘分离器4出气口中多余的烟气进入快速通道3的后段。
为了简化系统结构，并在增大烟气流量的同时尽可能减少排烟泵17的数量，将a通道和b通道中快速通道3的后段均连接在汇流管5上，汇流管5上安装排烟泵17。
为了实现氧气过滤器的清理，烟气过滤器7的底部和侧壁通过第四开关阀11连通压缩气源12，可通过控制第四开关阀11的工作状态，实现烟气过滤器7的反吹清理，并且能够从底部和侧壁方向进行反吹，使得清理更加彻底。
为了实现快速通道3的分段反吹清理并防止烟气的串扰，在旋风烟尘分离器4后端的快速通道3上还设置了第二开关阀6，并在a通道中快速通道的前端安装第一开关阀2，使得第二开关阀6与第一开关阀2相互配合，实现快速通道3的分段式反吹清理，能够增强反吹气流的压力，使清理更加彻底。还在快速通道3和采样管上均设置保温层，以维持烟气的高温状态，避免烟气中的成分出现露点现象，为便于清理烟气过滤器7提供保障。
本发明的工作过程如下：
使用时，将a、b两通道中快速通道3的前端均连接在烟道1上、后端通过汇流管5集中连接在烟道1上，b通道前端的取样支管15连接在烟道1同一截面上的不同部位、经快速通道3后通过汇流管5集中连接在烟道1上。将送样管依次连接烟气脱水器13和氮氧化物检测仪14。
互为备份工作状态：假定a通道即将进入送样工作状态，开启第一开关阀2、第二开关阀6、第三开关阀8、排烟泵17和取样泵9，使三通阀10连通外排通道16，使其处于备测状态。利用其快速通道3的较大内径实现烟气的大风量传输，快速传至检测仪表间经旋风除尘后再进行烟气取样，样气进入烟气过滤器7经二级除尘后，由取样泵9送出，工作一段时间后，烟道1中的烟气从三通阀10中排出时，将三通阀10切换至送样管，为氮氧化物检测仪14输送检测样气。
等工作一段时间，需要清理烟气过滤器7上的灰尘时，先将b通道的第一开关阀2和第二开关阀6打开，三通阀10接通外排通道16，使其进入备测状态，备测状态结束后，将三通阀10切换至送样管，由备测状态转换到送样状态，此时关闭a通道的第三开关阀8、排烟泵17和取样泵9，打开第四开关阀11，将压缩气源12的压缩空气进入烟气过滤器7，对烟气过滤器7从底部和侧壁进行反吹，将烟尘反吹回烟道1内，在反吹的过程中，可以通过开关第一开关阀2和第二开关阀6实现快速通道3的分段反吹，使烟尘清理更加彻底。如此依次工作于备测、送样和反吹清理工作状态，依靠与b通道交替，使得系统总有样气输出，避免了现有技术中的中断问题。
监测氮氧化物空间分布时，打开a、b通道中的第一开关阀2、第二开关阀6、第三开关阀8、排烟泵17和取样泵9，接通b通道中的b1检测点，使三通阀10连通外排通道16，使其处于备测状态。待烟道1中的烟气从三通阀10中排出时，将a通道的三通阀10切换至送样管，为氮氧化物检测仪14输送检测样气，测定值为a1，此时b通道仍处于备测状态。待a通道的样气检测完，将其通道中的三通阀10连通外排通道16，使其处于备测状态；此时将b通道的三通阀10切换至送样管，测定b1检测点的浓度值为b1。将a通道的三通阀10切换至送样管，再次送样，测定值为a2，同时将关闭b通道中的b1检测点，开启b2检测点，使其处于备测状态。待b2检测点的样气从三通阀10中排出时，再次将a通道切换至备测状态，将b通道中的三通阀10切换至送样状态，检测b2检测点的样气，测定值为b2。如此，a通道与b通道交替送样，且在交替的过程中完成b通道中12个检测点间的切换，使其各点轮测完毕，从而测得ai和bi，ai为a通道的第i个检测值，bi为b通道的第i个检测值，i取值1～12中的自然数。
在检测b通道中各检测点时，由于b通道的样气从其三通阀10中流出时才切换，时间非常短，完全可以忽略，认定a通道的检测值仍为切换前的检测值，控制总喷氨量的调节。并计算bi/ai，或者计算bi-ai，以减少时间对氮氧化物浓度的影响。还可以通过检测净烟气中氮氧化物的浓度，将空间采样管路中各点的送样检测值与各采样点脱硫后的检测值做比值或者差值，也可以是其它反应二者相对关系的算法，来减少时间对氮氧化物浓度的影响。
上述所述的净烟气是指脱硫或/和除尘后待排放的烟气。
当然，还可以在a通道的进气端设置多根取样支管15，通过第一开关阀2的工作状态，实现采样点的切换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。