一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪及取样系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪及取样系统。本发明专利技术烟气取样枪通过孔径比控制和内置导气管设计，使烟气取样枪上的各个进气孔的进气流量基本相等。在进气孔外部设置除尘罩对烟气中的颗粒物进行一级过滤。烟气取样枪采用非均匀网格法布置，不同网格中的烟气取样枪通过孔径比不同来控制烟气流量，从而采集更具代表性的烟气样。部分均匀混合后的烟气被烟气分析仪采集，多余的烟气通过回气管道被送回至烟道内，避免直接排放造成大气污染。所有烟道外部管路全部安装在烟道保温层下，不需要额外进行管路伴热。本发明专利技术解决了非均匀浓度场平均气体浓度测量困难或设备复杂的问题，能够低成本实现非均匀浓度场气体浓度的精准测量。体浓度的精准测量。体浓度的精准测量。

【技术实现步骤摘要】
一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪及取样系统


[0001]本专利技术涉及烟气成分测量
，具体涉及一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪及取样系统。

技术介绍

[0002]锅炉效率计算及燃烧优化控制等，都离不开锅炉烟气参数的精准测量。由于锅炉的燃烧、换热、流动等过程的动态变化，导致烟道内气体浓度分布存在一定的不均匀性，因此，烟气参数的实时精准测量，对燃烧优化调整及智能化技术实施具有重要意义。
[0003]尤其是前后墙对冲燃烧锅炉，尾部烟道气体如CO、O2等分布非常不均匀，以及受烟道内流场波动的影响，气体浓度沿烟道呈两边高中间低的特征明显且差异巨大，一般的单点式或均布网格式气体浓度测量存在较大偏差或波动，导致锅炉化学不完全燃烧损失偏大却不易得到重视。
[0004]过去电厂采用的烟气成分连续监测系统，只能对单一点进行测量，受烟道尺寸大、流场分布不均匀等影响，采用单点测量难以保证在全工况下反映烟气中各成分的真实平均浓度，导致测量数据与实际数据有一定偏差，取样点不具有代表性。目前许多改进后的系统采用多点式网格法取样的烟气成分测量装置，例如专利《一种多点式网格法烟气混合取样装置》，采用多组由多根单点取样管以不同深度平行安装的方式进行网格法取样，但这种系统设备复杂安装不便，且流动阻力不同导致抽气流量较难控制均匀；也有专利采用多根开设有多个进气孔的管路均匀布置实现网格法取样，例如《一种非均匀流场的烟气成分测量装置》，理论上让各进气孔进气量相等，总体上实现均匀网格取样。对于电厂锅炉而言，烟气分布是非线性不均匀的，主要表现为烟道两侧的浓度场在较小范围内快速大幅变化，所以采用均匀网格法很难实现真正的气体均匀取样。
[0005]另外，在一根取样管上开设多个进气孔，看似实现了取样管轴向的均匀取样，但是，对于电厂烟道等包含颗粒物的流场，为避免进气孔堵塞问题，实践中一般开孔较大，此时从物理结构上貌似实现了等速取样，然而从流体力学角度，由于流动阻力的差异，各进气孔进气量存在一定的甚至很大的差异，因此并未实现真正意义上的等量取样。
[0006]为解决取样管进气孔进气均匀性问题，部分管束式烟气成分测量装置布置众多阀门以调节和平衡抽气流量，既增大了系统复杂度，使设备造价和维修成本大大增加，同时在实际应用中容易存在较大的变数而难以实时监控。
[0007]所以设计一种符合流体力学原理、契合锅炉尾部烟道流场特征、应用简单可靠的烟气成分取样装置，对锅炉燃烧及脱硝系统的优化控制具有重要意义。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题及类似场景测量问题，本专利技术提供了一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪及取样系统，根据流体力学原理设计取样管和进气孔以实现一根取样管上的多个进气孔同流量进气，通过局部加密的非均布网格法将多个取样管合理分布以获得整
个烟道内更具代表性的平均气体浓度，实现烟气成分更精准、更稳定的实时监测效果。
[0009]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0010]本专利技术包括烟气取样枪、连接支管、烟气混合器、烟气汇总管、烟气分析仪取样口、抽气泵、回气管道、压缩空气管道、烟气汇总管电磁阀、烟气取样枪电磁阀、压缩空气电磁阀。
[0011]所述的烟气取样枪，为核心组件，包括取样枪主管、进气孔装置组件、反吹逆止阀、内置导气管、安装法兰。
[0012]所述的进气孔装置组件，包括主管连接对丝、进气孔、除尘罩。
[0013]所述的主管连接对丝，为一段内螺纹对丝，对丝两端螺纹长度根据相关螺纹标准设计，两端对丝中间有约5mm左右的无螺纹段。
[0014]所述的进气孔，为在主管连接对丝中间的一个圆孔，圆孔直径一方面需满足抽气流量需求，另一方面需与取样枪主管内径协调匹配，使得孔径比(取样枪主管内径与圆孔直径之比)大于5，优选孔径比大于10，可使进气孔间的流量偏差稳定在3％左右。
[0015]所述的除尘罩，通过颗粒物的自然沉降特性对烟气中的颗粒物进行一级过滤。除尘罩采用焊接或螺纹连接等方式固定在主管连接对丝外部，除尘罩内壁面与主管连接对丝外壁面之间的间隙在1mm到5mm之间，可以根据除尘罩的长度和抽气流量确定，间隙过小会导致除尘罩内流速过大而不利于除尘，在除尘罩较短的情况下间隙过大容易在除尘罩内形成涡流而不利于除尘。
[0016]所述的取样枪主管，为耐磨耐腐蚀的标准不锈钢管，两端有外丝螺纹，螺纹规格与主管连接对丝匹配。取样枪主管长度根据烟道插入深度和进气孔数量来设计，每根烟气取样枪在烟道流通截面上等间距地布置有3到10个进气孔装置组件。
[0017]所述的内置导气管，用于进一步提升烟气取样枪各进气孔的进气量均匀性。内置导气管布置于烟气取样枪内，一端位于烟气取样枪中心，另一端位于安装法兰外部。
[0018]所述的安装法兰，用于烟气取样枪的现场应用安装，安装方式不限于法兰，根据现场实际需求，亦可采用管帽、堵头等型式。与安装法兰相连接的取样枪主管通过焊接或螺纹与安装法兰内壁面密封连接，内置导气管穿过安装法兰与安装法兰密封焊接。
[0019]所述的反吹逆止阀，布置于烟气取样枪末端，可采用标准止回阀，其内部弹簧的压力范围按照小于反吹系统所用压缩空气压力的标准选取。例如可采用说明书附图中的止回阀，压缩空气的压力作用在止回盖板上，使弹簧压缩，止回盖板打开，积灰从排灰口吹入烟道内。
[0020]所述的烟气取样枪，分为内侧烟气取样枪和外侧烟气取样枪，用于非均匀网格法布置时的流量控制，在相同抽气流量下，外侧烟气取样枪的阻力是内侧烟气取样枪的2倍，即相同抽气动力下，内侧烟气取样枪的抽气流量是外侧烟气取样枪的2倍。内侧烟气取样枪和外侧烟气取样枪差异在于通过进气孔的大小实现阻力设计。
[0021]进一步的，所述的烟气取样枪，根据烟道尺寸和对应的网格布置需求，安装在烟道上，通过法兰或其它连接方式密封安装。以根据烟道宽度均等网格法需要布置4个烟气取样测点为例，本专利技术将两侧网格加密，即均等一分为二，形成4个小网格和2个大网格共6个网格，在4个小网格中心分别安装1个外侧烟气取样枪，在2个大网格中心分别安装1个内侧烟气取样枪，共安装6个烟气取样枪。
[0022]进一步的，所述的烟气取样枪通过连接支管与烟气混合器相连，每根连接支管的长度相等，以使各连接支管内的烟气流动阻力相等，连接支管宜采用316L不锈钢管，亦可采用其它耐酸腐蚀管。由于各连接支管长度相等，但安装位置与烟气混合器的距离不等，过长的管路可绕圈处理，但需避免过小的弯曲半径以防止导致局部阻力过大。
[0023]进一步的，所述的烟气混合器，混合均匀后的烟气进入烟气汇总管，再经过抽气泵后，烟气通过回气管道被送回至烟道内，避免直接排放造成大气污染。所述的烟气汇总管、回气管道宜采用316L不锈钢管或其它耐酸腐蚀管。
[0024]所述的烟气汇总管电磁阀，根据实际现场情况安装于烟气汇总管的合适位置，用于反吹扫时隔离。
[0025]所述的烟气分析仪取样口，布置于烟气汇总管上的烟气汇总管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪，其特征在于该烟气取样枪包括取样枪主管(1)、进气孔装置组件(2)、反吹逆止阀(3)、内置导气管(4)、安装法兰(5)；取样枪主管(1)在烟道流通截面上等间距地布置有3到10个进气孔装置组件(2)；内置导气管(4)部分布置在取样枪主管(1)内，内置导气管(4)的一端位于取样枪主管(1)中心，另一端穿过安装法兰(5)后位于取样枪主管(1)外部；安装法兰(5)安装在取样枪主管(1)一端，且通过焊接或螺纹与安装法兰(5)内壁面密封连接，内置导气管(4)穿过安装法兰(5)与安装法兰(5)密封焊接；取样枪主管(1)另一端安装有反吹逆止阀(3)。2.根据权利要求1所述的一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪，其特征在于进气孔装置组件(2)包括主管连接对丝(2
‑
1)、进气孔(2
‑
2)、除尘罩(2
‑
3)。3.根据权利要求2所述的一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪，其特征在于所述的主管连接对丝(2
‑
1)为一段内螺纹对丝，主管连接对丝(2
‑
1)两端螺纹长度根据相关螺纹标准设计，且主管连接对丝(2
‑
1)中间位置有5mm的无螺纹段；所述的进气孔(2
‑
2)是主管连接对丝(2
‑
1)中间的一个圆孔，圆孔直径一方面需满足抽气流量需求，另一方面需与取样枪主管(1)内径协调匹配，使得取样枪主管(1)内径与圆孔直径的孔径比大于5。4.根据权利要求2所述的一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪，其特征在于所述的除尘罩(2
‑
3)固定在主管连接对丝(2
‑
1)外部，除尘罩(2
‑
3)内壁面与主管连接对丝(2
‑
1)外壁面之间的间隙在1mm到5mm之间。5.根据权利要求2所述的一种非均匀浓度场气氛在线监测烟气取样枪，其特征在于所述的反吹逆止阀(3)包括止回盖板(3
‑
1)、弹簧(3
‑
2)、排灰口(3
‑
3)；压缩空气的压力作用在止回盖板(3
‑
1)上，使弹簧(3
‑
2)压缩，止回盖板(3
‑
1)打开，积灰从排灰口(3
‑
3)吹入烟道内。6.一种非均匀浓度场气氛在线监测取样系统，其特征在于包括烟气取样枪、连接支管(8)、烟气混合器(9)、烟气汇总管(10)、烟气分析仪取样口(11)、抽气泵(12)、回气管道(13)、烟气汇总管电磁阀(14)、烟气取样枪电磁阀(15)、压缩空气电磁阀(16)、压缩空气管道(17)；所述的烟气取样枪，分为内侧烟气取样枪(6)和外侧烟气取样枪(7)，用于非均匀网格法布置时的流量控制，在相同抽气流量下...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，何志瞧，魏国歌，李敏，崔庆伟，吴哲鹏，崔科杰，吴可泽，卢得勇，梁银河，寿奎原，林腾蟠，
申请(专利权)人：浙江浙能兰溪发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：