锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统技术方案

本发明专利技术公开一种锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统，它包括烟气取样单元、传输单元和检测单元，烟气取样单元通过传输单元与检测单元连接；烟气取样单元和传输单元设置在锅炉水冷壁保温层中，烟气取样单元设有若干个烟气取样装置，锅炉水冷壁鳍片上开设有若干与烟气取样装置烟气进口相适配的取样口，每个烟气取样装置的烟气进口由水冷壁鳍片的背火侧安装在该取样口上。本发明专利技术中高温光学分析仪实现了H2S和SO2的准确在线监测；解决了烟气取样探头烧损、堵塞的问题；独特的取样管伴热方式、烟气除尘方式及烟气取样孔形状，提高了系统运行的稳定性；通过多组测量点，实现了多测点单台仪器短周期测量。

On line monitoring system of flue gas grouping in boiler water wall near wall

A packet of online monitoring system of the invention discloses a boiler water wall flue gas in the near wall region, which includes the flue gas sampling unit, transmission unit and a detection unit, the flue gas sampling unit through the transmission unit is connected with the detection unit; flue gas sampling unit and a transmission unit is arranged in the boiler water wall insulation, flue gas sampling unit is provided with a plurality of flue gas sampling device, fin water wall is arranged on the sampling number and the flue gas sampling device is matched with the import export, the flue gas inlet flue gas sampling device of each fire water wall by the back side of the fin mounted on the sampling port. The invention realizes accurate high temperature optical analyzer on-line monitoring H2S and SO2; to solve the congestion problem, burning flue gas sampling probe; unique sampling tube heat tracing method, flue gas dedusting method and flue gas sampling hole shape, improves the stability of the system operation; through multiple sets of measurement points, the single measuring point short period measurement instrument.

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及燃煤电厂锅炉水冷壁高温腐蚀监控与防治技术，具体涉及一种燃煤锅炉炉膛水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统及装置，属于电力及动力工程

技术介绍
近年来，伴随着燃煤电站锅炉大型化、高参数的发展，锅炉水冷壁高温腐蚀问题逐渐凸现。随着环保要求的日益严格，特别是火电厂NOx排放标准的不断提高，燃煤电站锅炉为了控制NOx排放均采用低氮燃烧技术。低氮燃烧技术组织形成的炉内强还原区虽可降低NOx的排放，但加剧了锅炉水冷壁高温腐蚀。水冷壁发生高温腐蚀后，壁厚减薄，强度降低，极易发生爆管，造成机组非停，已成为燃煤电站锅炉低氮改造后的一个顽疾，严重影响机组的安全稳定运行。燃煤电站锅炉水冷壁高温腐蚀是典型的硫化物腐蚀，是煤粉在特定条件下燃烧形成的H2S和自由态[S]与壁温350～500oC的水冷壁发生反应造成的。水冷壁近壁区烟气中H2S和自由态[S]的含量取决于主燃区煤粉燃烧过量空气系数。若煤粉在富氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO2，对水冷壁基本没腐蚀作用。若煤粉在贫氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO2的同时，生成部分H2S和自由态[S]。一般而言，H2S和自由态[S]的生成量随着烟气中氧含量的降低而升高。由此可知，水冷壁壁温及其近壁区烟气含氧量是影响高温腐蚀的两个关键因素。在壁温设定的条件下，提高近壁区烟气含氧量是缓解水冷壁高温腐蚀的有效途径。实时监测水冷壁近壁区烟气中O2、CO及腐蚀性气体H2S的浓度，是提高近壁区氧量的前提，也是开展高温腐蚀在线监测的基础。综上分析可知，实时监测水冷壁近壁区烟气组分虽对预防和治理水冷壁高温腐蚀具有重要的意义和价值，但由于炉膛内部烟气温度高、组分复杂、含尘量大、水冷壁鳍片宽度小、取样困难等诸多原因，导致目前已有技术在应用中尚存在以下问题：（1）烟气取样探头（枪、装置）烧损由于炉膛温度高、辐射换热强、烟气取样流量小、冷却效果差等原因，安装在水冷壁上的烟气取样探头，特别是伸入炉膛内部的探头，极容易被烧损。烟气取样探头一旦烧损，会导致密封不严，出现泄露，致使测量结果失真。另外，烧损的探头前端发生熔融而变形，会导致前端取样管道堵塞，而此类堵塞采用常规的反吹等措施无法解决，致使系统无法正常工作。（2）SO2和H2S测不准H2S气体是与水冷壁发生反应引发高温腐蚀的主要气体。准确监测H2S对预测和监控水冷壁高温腐蚀具有重要的意义。由于SO2和H2S气体为酸性气体，易溶于水。若取样系统中出现水蒸气冷凝的现象，部分SO2和H2S会被吸收，从而影响测量结果的准确性。现有技术在烟气分析仪之前均采用多级过滤和冷凝的方式去除烟气中的水蒸气，以防其在管道内冷凝堵塞管道，损坏烟气分析仪。冷凝器虽将冷凝下的水通过蠕动泵排出，但是冷却在盘管上的水珠在未落入蠕动泵入口前对SO2和H2S还是有很强的吸收作用。因此，现有技术在测量H2S和SO2存在测不准的问题。（3）烟气取样孔及取样管路堵塞现有技术普遍采用鳍片开小孔抽取烟气的取样方式。由于水冷壁鳍片尺寸小（一般宽度<20mm），开得孔一般直径较小，极容易被炉膛中呈熔融态的未燃尽灰渣堵塞。（4）单台仪器多点测量周期长采用多管路切换取样系统虽可实现一套仪器多点取样测量的目的，但是存在测量时间长的问题。以一个布置30个测量点的截面为例，测量完一个截面至少需要90min（每个测点至少3min（主要为取样时间））。此种方式得到的测量结果无可比性，失去了“场”分布在线监测的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述不足，提供一种能够多点实时测量、防止取样管路堵塞的新型锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统。为实现上述目的，本专利技术的具体技术方案如下：一种锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统，包括烟气取样单元、传输单元和检测单元，烟气取样单元通过传输单元与检测单元连接；烟气取样单元和传输单元设置在锅炉水冷壁背火侧保温层中，烟气取样单元设有若干个烟气取样装置，锅炉水冷壁鳍片上开对应每个烟气取样装置设有与烟气进口适配的取样口，每个烟气取样装置的烟气进口由水冷壁背火侧安装在相应取样口上；传输单元包括控制阀和取样管，每个烟气取样装置的烟气出口经一路取样管和控制阀与检测单元连通。本专利技术的进一步设计还在于：传输单元中各控制阀汇总集成两路输出分别与两路检测单元连接，每个检测单元中高温光学分析池、烟气冷凝器和烟气取样泵依次连接，两路的烟气取样泵均设有两支路，一个支路连接排空管，另一支路共同连接一台烟气分析仪。在锅炉水冷壁管本邻或相间的多个鳍片上开设取样口，一组鳍片上开设一个或多个取样口，每个取样口对应安装一个烟气取样装置。传输单元与检测单元高温光学分析池的连接管路上，伸出锅炉水冷壁保温层部分设有伴热带。烟气取样装置设有壳体，壳体的内腔为烟气通道，烟气通道两侧分别设置烟气进口和烟气出口，烟气出口与传输单元的取样管相连，烟气进口采用矩形口并安装在取样口上与锅炉连通。烟气通道内还设有烟尘过滤片，烟尘过滤片设置在烟气进口与烟气出口之间。烟尘过滤片为片状多孔滤芯。烟气进口设置在壳体下部，烟气出口设置在与其相对侧壳体上部，壳体底面采用沿着烟气进口向上倾斜的斜面结构。（体底面与水冷壁鳍片夹角a可取135°~170°）烟气通道下部与烟气进口连接部分采用渐扩式结构。壳体对应烟气通道下部与烟气进口连接部除底部的斜面结构外，其余部分采用弧形结构，该弧形结构与底部斜面共同形成烟气通道下部的渐扩式结构。在烟气出口位置的上部设有压缩空气接口，对应该压缩空气接口相应在壳内设置均气结构，壳体底部与烟气进口位置相对侧设有反吹压缩空气接口；壳体上还设有检修口。该均气结构的空气出口正对烟尘过滤片，用于接入压缩空气时对烟尘过滤片进行吹扫；反吹缩空气接口沿着壳体底面斜坡方向延伸并连通烟气通道，用于接入压缩空气，对壳体底部斜坡面进行吹扫。本专利技术相比现有技术具有如下有益效果：1、本专利技术设计水冷壁近壁区烟气组分在线监测系统利于保持烟气温度，防止冷凝，并通过高温光学分析仪实现了H2S和SO2的准确在线监测。2、本专利技术通过多组测量点，实现了多测点单台仪器短周期测量，与现有技术相比测量周期大大缩短。3、系统中采用矩形烟气入口及焊接连接方式，并采用渐扩式结构，并通过压缩空气接口反吹清洁的方式，解决了烟气取样探头烧损、堵塞的问题，相比现有技术中的烟气取样探头使用寿命更长。4、本专利技术中独特的取样管伴热方式、烟气除尘方式及烟气取样孔形状，提高了系统运行的稳定性。附图说明图1是本专利技术提出的水冷壁近壁区烟气组分在线监测系统构成示意图；图2为本专利技术水冷壁鳍片上取样口的排布示意图；图3是本专利技术提出的烟气取样装置安装示意图（侧视图）；图4是本专利技术提出的烟气取样装置安装示意图（正视图）；图5是烟气取样装置与水冷壁鳍片连接方式示意图。图中：1.膜式水冷壁；1-1.膜式水冷壁管；1-2.膜式水冷壁鳍片；3.锅炉保温层；4.（矩形）取样口；5.烟气取样装置；5-1.壳体；5-2.（取样孔）反吹压缩空气接口；5-3.检修口；5-4.烟气出口；5-5.(滤片反吹)压缩空气接口；5-6.烟尘过滤片；6.高温三通电磁阀；7.烟气取样联箱；8.伴热带；9-1.（上侧气路H2S和SO2）高温光学池；9-2.（下侧气路H2S和SO2）高温光学池；10-1.（上侧气路烟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统，包括烟气取样单元、传输单元和检测单元，烟气取样单元通过传输单元与检测单元连接；其特征是：烟气取样单元和传输单元设置在锅炉水冷壁背火侧保温层中，烟气取样单元设有若干个烟气取样装置，锅炉水冷壁鳍片上开对应每个烟气取样装置设有与烟气进口适配的取样口，每个烟气取样装置的烟气进口由水冷壁背火侧安装在相应取样口上；传输单元包括控制阀和取样管，每个烟气取样装置的烟气出口经一路取样管和控制阀与检测单元连通。

【技术特征摘要】
1.一种锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统，包括烟气取样单元、传输单元和检测单元，烟气取样单元通过传输单元与检测单元连接；其特征是：烟气取样单元和传输单元设置在锅炉水冷壁背火侧保温层中，烟气取样单元设有若干个烟气取样装置，锅炉水冷壁鳍片上开对应每个烟气取样装置设有与烟气进口适配的取样口，每个烟气取样装置的烟气进口由水冷壁背火侧安装在相应取样口上；传输单元包括控制阀和取样管，每个烟气取样装置的烟气出口经一路取样管和控制阀与检测单元连通。2.传输单元中各控制阀汇总集成两路输出分别与两路检测单元连接，每路检测单元中高温光学分析池、烟气冷凝器和烟气取样泵依次连接，两路的烟气取样泵均设有两支路，一个支路连接排空管，另一支路共同连接一台烟气分析仪。3.根据权利要求2所述在线监测系统，其特征是：在锅炉水冷壁管本邻或相间的多个鳍片上开设取样口，一组鳍片上开设一个或多个取样口，每个取样口对应安装一个烟气取样装置。4.根据权利要求3所述在线监测系统，其特征是：传输单元与检测单元高温光学分析池的连接管路上，伸出锅炉水冷壁保温层部分设有伴热带。5.根据权利要求1-4任一所述在线监测系统，其特征是：烟气取样装置设有壳体，壳体的内腔为烟气通道，烟气...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国庆，刘建民，黄启龙，李永生，刘铭媛，时伟，陈连军，
申请(专利权)人：国电科学技术研究院，南京电力设备质量性能检验中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32