一种燃煤电站烟气中硫酸氢铵的采集装置及方法与流程

[0001]
本发明涉及硫酸氢铵采样领域，具体为一种燃煤电站烟气中硫酸氢铵的采集装置及方法。


背景技术：

[0002]
2014-2015年，《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》和《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等国家级的政策方案相继出台，将我国煤电机组污染排放标准推上了新的高度，部分重点地区so
2
等的排放指标远超欧美标准，成为“世界最严”，so
2
和no
x
的排放浓度必须分别控制在35mg/m
3
和50mg/m
3
以下，大部分电厂已经按照超低排放标准进行环保设备的改造。
[0003]
scr法脱硝是目前超低排放改造中广泛使用的技术，scr技术全称为选择性催化还原技术，由于其脱除效率高、运行稳定的特点，此技术成为目前燃煤电厂普遍采用的脱硝技术。常见scr脱硝装置，采用低尘型布置方式，但电厂运行实际中，由于脱硝流场、喷氨控制等局限，脱硝出口存在一定量氨逃逸。这部分氨与烟气中so
2
、h
2
o作用，生成的粘稠状的硫酸氢铵，导致下游空预器烟气侧积灰明显、阻力增加，影响设备的稳定运行，存在较大隐患。此外，在低负荷脱硝、中低催化剂抗so
2
能力研究中，越来越多的研究人员意识到中低温的研发，抗硫酸盐沉积能力研究至关重要性。因此，研究硫酸氢铵的生成机理，有助于解决超低排放脱硝空预器堵灰问题和中低温催化剂产品研发。
[0004]
目前，控制冷凝法在硫酸氢铵采集中得到了较为广泛地应用，但是同时也暴露出一些缺点，导致其测试精度有限，现有采样设备缺点如下：
[0005]
(1)集成度很低，冷凝温度较高时存在烫伤等风险；
[0006]
(2)临时组装的玻璃仪器工作效率低下，结果可靠性差；
[0007]
(3)自动化程度低，对操作人员要求较高。


技术实现要素：

[0008]
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃煤电站烟气中硫酸氢铵的采集装置及方法，集成度高，变量控制精度高，自动化程度高，易于操作。
[0009]
本发明是通过以下技术方案来实现：
[0010]
一种燃煤电站烟气中硫酸氢铵的采集装置，包括烟气采集管路、热风管束和烟气排出管路，以及冲洗收集回路和温度反馈控制系统；
[0011]
所述的热风管束的输入端经气体分布器连接烟气采集管路，输出端连接扩容器输入端；扩容器的气体出口连接烟气排出管路；
[0012]
所述的冲洗收集回路包括吸收液罐，吸收液罐的输出端与烟气采集管路并联在热风管束的输入端，吸收液罐的输入端连接扩容器的液体出口；
[0013]
所述的温度反馈控制系统包括风扇控制器，设置在热风管束内的温度传感器，依次设置在热风管束一侧的变频风扇和电加热管；风扇控制器的输入端连接温度传感器，输
出端分别连接变频风扇和电加热管。
[0014]
进一步的，所述的热风管束包括多根并联的风冷管，每根风冷管采用金属制成，其内部均设置有温度传感器；所述的热风管束至少为一组，每组热风管束均竖直安装，且相邻两组热风管束呈并列层叠布置。
[0015]
进一步的，所述的扩容器内部设置有沿烟气流向排布的折板。
[0016]
进一步的，扩容器输出端连接有三通，三通的一个出口为气体出口，另外一个出口为液体出口。
[0017]
进一步的，所述的烟气采集管路上依次设置有烟气入口电动插板门、过滤式除尘器和气体流量计。
[0018]
进一步的，所述的烟气排出管路上依次设置有抽吸泵和尾气吸收装置。
[0019]
进一步的，所述的吸收液罐输出端设置有吸收液入口电动门。
[0020]
进一步的，所述的温度反馈控制系统还包括连接在风扇控制器输出端的控制面板，控制面板设置有温度显示器。
[0021]
一种燃煤电站烟气中硫酸氢铵的采集方法，包括如下步骤，
[0022]
s1.将烟气采集管路与采样点连接，通过烟气排出管路调节热风管束内的气流速度；
[0023]
s2.启动变频风扇和电加热管，风扇控制器根据设定的冷凝温度控制变频风扇和电加热管的挡位，控制温度达到冷凝温度区间，采集气体流量；
[0024]
s3.达到冷凝设定时间后，断开烟气采集管路和烟气排出管；打开冲洗收集回路，开始冲洗热风管束，冲洗完毕后收集吸收液用于后续分析。
[0025]
进一步的，冲洗完毕后，将吸收液罐内的吸收液替换为去离子水，并冲洗热风管束和扩容器至少3次。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0027]
本发明系统通过将烟气采集管路和烟气排出管路连接在热风管束上，利用冷凝法将烟气中的硫酸氢铵全部冷凝附着于热风管束的内壁、扩容器表面和扩容器底部上，并通过吸收液充分吸收冷凝的硫酸氢铵液滴，待后续分析获得硫酸氢铵含量；而且，采用热风管束提供硫酸氢铵冷凝的环境温度，一方面便与精确控制冷凝温度，另一方面减小冷凝装置体积；同时，应用吸收液冲洗冷凝产物有利于提高吸收效率，提高测量精度；由于采用温度反馈调节控制系统无需频繁手动操作，系统集成化程度高，仅需采集样液即可，大大提高系统的自动化运行程度；本发明系统克服了传统采样设备系统结构复杂、操作繁琐、系统稳定性低的缺点，实现了硫酸氢铵取样的精确、高效作业，对研究scr脱硝设备的硫酸氢铵浓度具有现实意义。
[0028]
进一步，本发明系统中热风管束的冷风管材质采用传热效果良好的金属材料制成，同时，热风管束包括多根并联的风冷管且热风管束至少为一组，有效保证冷凝效果。
[0029]
进一步，本发明系统采用扩容器用以减缓烟气与烟气携带的冷凝的液滴(晶体)流速，且通过在扩容器内部设置有沿烟气流向排布的折板，可以使得液滴(晶体)被截留，实现气液(固)分离，从而有效提高了冷凝效果。
[0030]
进一步，本发明系统采用在扩容器输出端设置三通的方式，能便捷的实现烟气路与吸收液路的切换，方便收集吸收液，提高工作效率。
[0031]
进一步，本发明系统通过在烟气采集管路上设置过滤式除尘器，用以分离烟气中的飞灰；同时还通过设置气体流量计，能够检测气体流量，使操作人员能够随时根据实际情况调整冷凝速度，并记录所采集烟气的流量、体积等参数。
[0032]
进一步，本发明系统采用在烟气排出管路上依次设置有抽吸泵和尾气吸收装置，加快烟气的排出和有效进行吸收处理。
[0033]
进一步，本发明系统在吸收液罐输出端设置有吸收液入口电动门，提高自动化程度，操作便捷。
[0034]
进一步，本发明系统采用温度反馈控制系统与电加热管连接，并将温度信息传输给控制面板上的温度显示器，结果通过控制面板上显示屏显示，便于操作人员在必要时手动控制调整冷凝过程，能实时获取相关采样数据。
[0035]
本发明方法集成化程度较高，能够实现自动控制，避免传统采样方法中玻璃仪器易损坏、装置气密性较低及水浴加热操作复杂、危险等因素影响，能够实现精确、高效的硫酸氢铵采样作业。
附图说明
[0036]
图1为本发明实施例中的结构示意图。
[0037]
图2为本发明热风管束组、变频风扇和电加热管位置布置示意图。
[0038]
图3为本发明热风管束剖面结构示意图。
[0039]
图中：1.烟气入口电动插板门，2.过滤式除尘器，3.气体流量计，4.气体分布器，5.热风管束，6.变频风扇，7.温度传感器，8.折板，9.扩容器，10.抽气泵，11.吸收液入口电动门，12.风扇控制器，13.控制面板，14.电加热管，15.尾气吸收装置，16.吸收液罐，17.温度显示器。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
[0041]
本发明一种燃煤电站烟气中硫酸氢铵的采集装置，如图1和图2所示，包括烟气采集管路、热风管束5和烟气排出管路，以及冲洗收集回路和温度反馈控制系统；具体包括烟气入口电动插板门1、过滤式除尘器2、气体流量计3、气体分布器4、热风管束5、变频风扇6、温度传感器7、折板8、扩容器9、抽气泵10、风扇控制器12、控制面板13、电加热管14、温度显示器17、烟气排出管路、尾气吸收装置15、吸收液罐16和吸收液入口电动阀11；
[0042]
所述的过滤式除尘器2在烟气入口电动插板门1下游与气体流量计3相连接；所述的热风管束5的输入端经气体分布器4连接烟气采集管路；所述气体流量计3后的烟气采集管路和吸收液罐16的输出端并连在热风管束5的输入端；所述扩容器9输入端与热风管束5输出端相连，扩容器9输出端与三通连接，三通的一个出口为气体出口，另外一个出口为液体出口；所述折板8位于扩容器9内部；所述抽气泵10与三通的气体出口连接；所述尾气吸收装置15与抽气泵10相连；所述吸收液罐16的输入端连接三通的液体出口；所述吸收液入口电动阀11与吸收液罐16通过管路连接；所述温度传感器7分别设置于热风管束5的多根风冷管内部，通过导线与风扇控制器12输入端相连；如图2所示，所述变频风扇6位于热风管束5
侧边，通过导线与风扇控制器12输出端相连，电加热管14位于变频风扇6相对于热风管束5的另一侧；所述控制面板13通过导线与风扇控制器12输出端相连。
[0043]
其中，所述的烟气采集管路的烟气进口管束所在通路上设置气体流量计3能够检测气体流量，使操作人员能够随时根据实际情况调整冷凝速度，并记录所采集烟气的流量、体积等参数。
[0044]
其中，所述的温度传感器7、风扇控制器12和变频风扇6构成的温度反馈控制系统，将热风管束5内温度信息传输给风扇指令器12处理并控制变频风扇6转速及电加热管14的温度，最终控制热风管束5的温度。具体的，温度传感器7与风扇控制器12输入端连接，温度传感器7将热风管束5内温度信息转化为电信号传输给风扇控制器12，风扇控制器12将反馈的温度信号与设置温度对比，控制变频风扇6转速，从而将热风管束5内温度控制在设定温度，从而使得本实施例集成化程度较高，能实现自动控制，避免传统采样方法中操作复杂、精度低等缺点，实现精确、高效的硫酸氢铵采样作业。
[0045]
其中，所述的热风管束5至少为一组，每一组为竖直装载，相邻两组为水平横向排列布置；热风管束5的冷风管材质为传热效果良好的金属材料。
[0046]
其中，如图3所示，所述热风管束5能提供五条烟气通路，增大烟气与金属的接触面积，提高换热效率，提高冷凝效率；同时，热风管束组及变频风扇6能提供200℃左右恒温环境，从而实现有选择性的稳定冷凝。
[0047]
其中，所述的变频风扇6通过控制面板13及温度反馈控制系统调整其电流大小从而实现温度可调。
[0048]
其中，所述的吸收液罐16、吸收液入口电动门11、三通，可将热风管束5内冷凝产物冲洗并收集。具体的，冲洗收集回路上设置吸收液罐16与吸收液入口电动门11，从而能在冷凝完成后对热风管束5进行冲洗，吸收冷凝产物，扩容器9底部三通能实现烟气路与吸收液路的切换。
[0049]
其中，所述的抽气泵10设置在烟气排出管路后端，能够克服烟道负压将样气抽出并控制样气在冷凝通路中的流动速度，保证冷凝效果。
[0050]
在实际应用中，使用本实施例面向电厂烟气的硫酸氢铵采样时包括如下操作步骤：
[0051]
s1.采样装置仪器通电自检；
[0052]
s2.将采样装置烟气采集管路与采样点连接，打开烟气入口电动插板门1，启动抽气泵10，并调整抽气泵10功率，进而实现气流速度调节；
[0053]
s3.启动变频风扇6和电加热管14，设定冷凝温度及电加热管14挡位，待温度达到冷凝温度区间，启动气体流量计3；
[0054]
s4.开始采样，采样结束后，关闭烟气入口电动插板门1，随后依次关闭抽气泵10、气体流量计3；变频风扇6调至冷风挡位，采样管温度降低后，打开吸收液入口电动门11，开始冲洗，冲洗完毕后切换三通至液体出口，收集吸收液待后续分析；
[0055]
s5.采样完成后，将吸收液罐16内的吸收液替换为去离子水，并冲洗采样回路至少3次。
[0056]
在上述步骤s1中，自检项目包括电气短路、对气体流量计3进行标定及各元器件是否正常运行；所述的元器件主要包括变频风扇6、抽气泵10、吸收液入口电动门11、烟气入口
电动插板门1、风扇控制器12、控制面板13、温度显示器17、气体流量计3和温度传感器7等。
[0057]
综上所述，本发明将冷凝管通路设置于热风管束5中，且上端与烟气采集管路的进气管相连，利用对流换热原理使得热风管束5内烟气达到硫酸氢铵的冷凝温度；烟气采集管路的进口管上设置过滤式除尘器2，用以分离烟气中的飞灰；装置内部设置吸收液罐16，用以储存吸收液，待冷凝结束后可将冷凝管壁上冷凝产物冲出方便检测硫酸氢铵含量；扩容器9用以减缓烟气与烟气携带的冷凝的液滴(晶体)流速，扩容器9内折板8可以使得液滴(晶体)被截留，实现气液(固)分离；三通可以切换通路，方便收集吸收液；风扇控制器12作为温度反馈控制系统的处理器，接受温度传感器7信号与控制变频风扇6的转速；温度反馈控制系统与电加热管14连接，并将温度信息传输给控制面板13上的温度显示器17，结果通过控制面板13上显示屏显示，便于操作人员在必要时手动控制调整冷凝过程。本发明自动化程度高、测量精度高，也会推进硫酸氢铵研究相关的工程应用。
[0058]
在以上装置的基础上，本发明还提供一种燃煤电站烟气中硫酸氢铵的采集方法，包括如下步骤，
[0059]
s1.将烟气采集管路与采样点连接，通过烟气排出管路调节热风管束5内的气流速度；
[0060]
s2.启动变频风扇6和电加热管14，风扇控制器12根据设定的冷凝温度控制变频风扇6和电加热管14的挡位，控制温度达到冷凝温度区间，采集气体流量；
[0061]
s3.达到冷凝设定时间后，断开烟气采集管路和烟气排出管；打开冲洗收集回路，开始冲洗热风管束5，冲洗完毕后收集吸收液用于后续分析。
[0062]
其中，冲洗完毕后，将吸收液罐16内的吸收液替换为去离子水，并冲洗热风管束5和扩容器9至少3次。
[0063]
最后，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。