一种指导各支管喷氨量调整的烟气取样结构的制作方法

本发明涉及一种指导各支管喷氨量调整的烟气取样结构，属烟气取样结构设计领域，尤其适用于燃煤电厂scr出口烟道截面烟气监测，其结构特性实现监测值能指导各支管喷氨量的调整，特别是涉及特性取样点的划分原理和独立取样、吹扫的控制结构与方式。

背景技术：

随着单台锅炉机组容量的增加，烟气流量也显著增加，导致烟道截面显著增大。连接锅炉与各个环保设施的烟道经过弯曲、扩张与变形后，导致烟气在整个烟道中的分布不均匀。在烟道截面大、烟气量与组分分布不均匀的情况下，给在线自动监测带来了非常不利的麻烦——监测点位不具备代表性，使在线自动监测不能起到监测烟气排放与设备运行状况的功能。

尤其在烟气scr系统中，烟道从锅炉省煤器出来后变形为两通道，又有连续的90°弯曲与横向倾斜扩张，导致烟气流场不均，进而容易导致区域喷氨量与nox量不符，经过催化剂层净化反应后，最终导致在出口烟道内有些区域nox浓度超标，有些区域nh3逃逸率高的情况。同时，在超低排放——氮氧化物≤50mg/m³与nh3逃逸率≤3ppm等指标的要求下，任何工况与负荷都需要对区域喷氨量进行精准调节。为提高scr系统运行的效率与稳定性，多数专家更加关注对scr装置结构与催化剂的研究，对监测取样研究的重点也是在混合取样上，而对于依据喷氨支管结构与功能特性建立的多点独立取样结构研究缺乏关注，导致无法实现监测值为喷氨量分布的调整提供直接、对应性的依据。

目前，scr出口烟道cems采用单点监测或2-3个监测点位分别抽取烟气组成混合样来对出口烟气组分进行监测，喷氨自动控制系统依据cems监测值来对总的喷氨量进行调整。因此，当监测点位烟气的cems监测数值不能代表整个烟道烟气组分时，喷氨自动控制系统做出的调整策略反而会加重scr系统的异常运行——烟气中nox的持续超标排放与部分区域nh3逃逸率变高引起的空预器快速堵塞加重。

中国实用新型专利cn204359574u解决“scr烟道出口cems监测数值不能代表烟气组分”的难题，即在scr烟道出口处设置多个采样点，分别抽取烟气组成混合样来对出口烟气组分进行监测，监测烟气混合样能真实反应烟气中nox的浓度。但这种技术不能反应烟道内哪些区域nox浓度高、哪些区域nh3逃逸率高，即对区域喷氨调整不能提供任何指导意见，也不能预防或减轻nh3逃逸高所引起的空预器堵塞等问题。

在上述条件下，如果要在scr出口烟道内实现nox浓度分布均一、达标且nh3逃逸率合格，就必须借助便携式烟气测试仪，通过人工现场测试的方式来对喷氨支管的区域喷氨量进行手动调整。对电厂而言，整个调整过程复杂、工作量大，需邀请专业队伍来操作，且短时间内的调整效果难以保证长时间、多负荷下的运行需求，缺乏实用性与经济性。因此，最好的方式是使安装在烟道出口的cems能对监测断面上特性区域的烟气组分进行分别监测，并实现监测值为喷氨量分布的调整提供直接、对应性的依据，且新系统不需要增加新的监测主机，只需在旧cems系统的基础上对取样结构进行改造就能实现上述功能。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种指导各支管喷氨量调整的烟气取样结构，该取样结构能帮助cems系统只用一台分析仪就能实现对整个烟道截面上特性区域的烟气组分进行监测，并为调整支管喷氨量提供直接、对应性的依据，且能在现有cems系统基础上，依据实际需求实现升级改造，便于推广。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种指导各支管喷氨量调整的烟气取样结构，其特征在于，包括

—ʌ型固定杆，其两端固定在烟道壁上，

—长取样枪与短取样枪，不同长度的取样枪按序固定在ʌ型固定杆中，特性取样点的位置、数目、编号与喷氨格栅支管的结构、功能特性相对应，

—取样电磁阀，其用于自动控制抽取任意特性取样点的烟气，阻断取样时不同特性取样点烟气混合，以及用于取代其作用的

—移动管与快速接头，其用于手动控制抽取任意特性取样点的烟气，

—cems连接管，其固定在大流量取样泵出口管的内上壁区域。

由此，依据脱硝系统各喷氨支管的结构与功能特性，在出口烟道截面上分别确定其喷氨量分布的主要区域，在各喷氨支管所喷nh3浓度分布的中心位置上设置与该喷氨支管相对应的特性取样点。大流量抽气泵通过取样主管、联通横管与各个取样支管连接，取样支管上的取样电磁阀控制大流量抽气泵能单独抽取任意特性取样点的烟气。当特性取样点更换时，大流量抽气泵能快速置换取样管与取样枪中的原气体，并通过出口管排出，尽量缩短cems柜中抽气泵通过cems连接管抽取不合格烟气的时间。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

优选地，监测截面上特性取样点是依据各喷氨支管所喷nh3在出口监测截面上浓度分布区域的中心来确定的，并使特性取样点的编号与喷氨支管调节阀编号一一对应。

优选地，ʌ型固定杆的张角α为30-60°，两端固定在烟道壁上，材料选用耐磨损的不锈钢，厚度为4-6mm。

优选地，取样枪端头带有向下弯曲90°的取样嘴，避免取样时大量粉尘进入取样枪，取样嘴超出ʌ型固定杆2-5cm。

优选地，取样电磁阀的编号与特性取样点的编号一致，即与喷氨支管调节阀的编号一一对应，相同长度取样枪所对应的取样电磁阀固定在集聚箱中的同一高度上，取样枪越长，所对应的取样电磁阀固定位置越高，便于识别与控制。

优选地，针对需采用自动控制对不同特性取样点取样的情况，采用联通横管连接各个取样支管与取样主管，采用取样电磁阀控制取样，采用反吹电磁阀控制反吹，由于scr出口烟道内有很强的负压（-1640—-1660pa），所以没有专门设置反吹泵。

针对需采用手动控制对不同特性取样点取样的情况，采用可弯曲的移动管与手动球阀，以及移动管与取样支管端头的快速接头手动控制不同特性取样点的取样，同时，采用手动球阀控制反吹。

优选地，大流量抽气泵的安装位置尽量靠近cems柜，其流量为20-40l/min，能在2-4s内快速置换取样主管、取样支管与取样枪中的原气体，并通过出口管排出，cems连接管伸入出口管的长度l为0.5-1m。

优选地，取样主管、取样支管与取样枪的r1为4-5mm，r2为5-8mm；cems连接管的r3为3-4mm，r4为4-5mm；出口管的r5为10-18mm，r6为12-20mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)特性取样点代表区域的喷氨量受相对应喷氨支管的控制，特性取样点的编号与喷氨支管调节阀的编号一一对应，当某特性取样点nox监测值出现异常时，就能直接通过调节相对应的支管调节阀来对相关区域的喷氨量进行调整。

(2)联通横管与取样电磁阀能实现自动控制对不同特性取样点进行单独取样；移动管与快速接头能实现手动控制对不同特性取样点进行单独取样，两种结构都能在一台cems分析仪上实现对整个监测断面上不同区域烟气组分的监测。

(3)由于scr出口烟道内有很强的负压（-1640—-1660pa），所以结构中不需要设反吹泵，而是分别直接利用反吹电磁阀与手动球阀控制两种结构的反吹功能。

(4)靠近cems柜安装的大流量抽气泵能使取样主管、取样支管与取样枪中的原气体快速被特性取样点的烟气置换，使更换特性取样点时，cems监测值失真的时间大大缩短，由于出口管中烟气速度远大于cems连接管的抽气速度，且cems连接管伸入出口管0.5-1m，能使cems泵抽气时避免外界空气的进入。

(5)自动控制采样结构既能实现单点采样监测，又能实现多点混合采样监测，还能实现多点单独轮流采样监测；手动控制采样结构既能实现单点采样监测，又能实现多点单独轮流采样监测。

附图说明

图1为本发明一种自动控制实施例的结构布置图；

图2为本发明一种手动控制实施例的结构布置图；

图3为本发明一种取样嘴结构图；

图4为图1与图2中a-a截面结构示意图；

图5为图1与图2中b-b截面结构示意图；

在图中：1、ʌ型固定杆；2、特性取样点；3、长取样枪；4、烟道壁；5、短取样枪；6、辅助分割线；7、取样支管；8、反吹支管；9、集聚箱；10、取样电磁阀；11、反吹电磁阀；12、cems连接管；13、联通横管；14、取样主管；15出口管；16、大流量取样泵；17、快速接头；18、移动管；19、手动球阀；20、取样嘴。

具体实施方式

针对需自动控制对不同特性取样点2取样的情况，一种指导各支管喷氨量调整的烟气取样结构，如图1所示，其包括两端固定在烟道壁4上的ʌ型固定杆1，固定在ʌ型固定杆1内的长取样枪3与短取样枪5，长取样枪3与短取样枪5的一端装有向下弯曲90°的取样嘴20，一端连接取样支管7，集聚箱9用于汇集并固定所有的取样支管7、反吹支管8、反吹电磁阀11、取样电磁阀10、联通横管13以及取样主管14，取样主管14一端连接大流量取样泵16，cesm连接管12伸进大流量取样泵16的出口管15中。所述集聚箱9安装在出口烟道监测截面处，取样支管7依据对应特性取样点2的编号从左向右排列，反吹电磁阀11的固定位置高于取样电磁阀10，所有长取样枪3所对应的取样电磁阀10固定在相同高度上，且高于所有短取样枪5所对应的取样电磁阀10所固定的同一高度。所述大流量取样泵16的安装位置靠近cems分析仪，其流量为20-40l/min，cems连接管12伸入出口管15的长度为0.5-1m，并固定在出口管的内上壁区域。

针对需手动控制对不同特性取样点2取样的情况，一种指导各支管喷氨量调整的烟气取样结构，如图2所示，其包括安装在取样支管7上的手动球阀19，固定在集聚箱9上的取样主管14一端连接移动管18，在移动管18与取样支管7的端头上装有快速接头17。所述取样支管7依据对应特性取样点2的编号从左向右排列固定在集聚箱9中，在集聚箱9中取样支管7的长度与取样枪的长度一致，即长取样枪3连接的取样支管7较长，短取样枪5连接的取样支管7较短。同时，在集聚箱9中，较长取样支管7上手动球阀19的固定位置高于较短取样支管7上手动球阀19的固定位置。所述移动管18的长度可连接任意取样支管上的快速接头17。

工作时，自动控制结构中，大流量取样泵16通过取样主管14、联通横管13、取样支管7、取样枪3（或取样枪5）与取样嘴20抽取某特性取样点2的烟气。打开某个取样电磁阀10抽取对应特性取样点2的烟气，同时关闭该取样支管7上的反吹电磁阀11与其他取样电磁阀10，实现对某特性取样点2的单独取样，其它反吹电磁11可依据所连接的取样支管7是否需要反吹来决定是否打开。cems取样泵通过cems连接管12从出口管15中抽取烟气。

在不变动特性取样点2的情况下，此时结构实现单点采样监测功能。可依据监测的nox浓度值对相对应喷氨支管的喷氨量进行单独调整，实现scr出口烟道处nox浓度在线监测值与总排处nox浓度在线监测值的一致性；

同时打开多个取样电磁阀10，并关闭与它们相对应的反吹电磁阀11和其它取样电磁阀10，此时结构实现多点混合采样监测功能。但不能对喷氨支管喷氨量的调整提供直接、对应性的指导；

当结构正对某一个特性取样点2进行单独采样，并计划想对下一特性取样点2取样的时，首先打开下一特性取样点2所对应取样支管7上的反吹电磁阀11，对该取样支管7与取样枪3（或取样枪5）进行吹扫，1-2min后关闭该反吹电磁阀11。然后打开该取样支管7上的取样电磁阀10，同时关闭上一个特性取样点2所对应的取样电磁阀10，至此实现对特性取样点2的快速变换。可根据需要决定是否打开上一个特性取样点2所对应的反吹电磁阀11，1-2min后再关闭，实现对上一个特性取样点2所对应的取样支管7与取样枪3（或取样枪5）的吹扫。在所有特性取样点2间重复上述过程，此时结构实现多点单独轮流采样监测功能，在此过程中，可依据监测的nox浓度值对相对应喷氨支管的喷氨量进行单独调整，实现scr出口烟道处nox浓度在线监测值与总排处nox浓度在线监测值的一致性。一个周期后，实现scr出口烟道处nox浓度分布的均一性。

手动控制结构中，大流量取样泵16通过取样主管14、移动管18、取样支管7、取样枪3（或取样枪5）与取样嘴20抽取某特性取样点2的烟气。移动管18上的快速接头17与某个取样支管7上的快速接头17连接，同时打开该取样支管7上的手动球阀19，实现对某一特性取样点2的取样，其它手动球阀19可依据所连接的取样支管7是否需要反吹来决定是否打开。cems取样泵通过cems连接管12从出口管15中抽取烟气。

在不变动特性取样点2的情况下，此时结构实现单点采样功能。可依据监测的nox浓度值对相对应喷氨支管的喷氨量进行单独调整，实现scr出口烟道处nox浓度在线监测值与总排处nox浓度在线监测值的一致性；

当结构正对某一个特性取样点2进行单独采样，并计划想对下一特性取样点2取样的时，首先打开下一个特性取样点2所对应取样支管7上的手动球阀19，对该取样支管7与取样枪3（或取样枪5）进行吹扫，1-2min后断开移动管18与上一取样支管7上的快速接头17，同时快速连接下一特性取样点2所对应取样支管7与移动管18上的快速接头17，至此实现对特性取样点2的快速变换。1-2min后关闭上一取样支管7上的手动球阀19，实现对上一个特性取样点2所对应的取样支管7与取样枪3（或取样枪5）的吹扫。在所有特性取样点2间重复上述过程，此时结构实现多点单独轮流采样监测功能，在此过程中，可依据监测的nox浓度值对相对应喷氨支管的喷氨量进行单独调整，实现scr出口烟道处nox浓度在线监测值与总排处nox浓度在线监测值的一致性。一个周期后，实现scr出口烟道处nox浓度分布的均一性。

本发明的工作原理如下：

依据烟气在scr烟道与装置内的流动特性，在出口烟道监测截面上分别确定各喷氨支管所喷氨的主要分布区域，在其nh3浓度分布的中心位置上设置与各喷氨支管相对应的特性取样点，特性取样点的nox浓度监测值能反应与其相对应喷氨支管的喷氨量是否精确，并能为各喷氨支管实现精确的喷氨量调整提供直接、对应性的依据。大流量取样泵的功率以及出口管与cems连接管的连接特性能尽量缩短特性取样点转换时取样管道中气体的置换时间，并快速从出口管排出，从而缩短cems柜中取样泵抽取不合格烟气的时间。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。