一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置及其测量方法

摘要

本发明公开了一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置，包括排气烟道、样气采集管、第一电磁阀、样气过滤系统、第三电磁阀、第二粉尘存储腔、样气测量气腔、氮氧传感器、压力传感器、第四电磁阀、第五电磁阀、压缩机及气体返回管道；样气采集管连排气烟道，第一电磁阀设在样气采集管上；过滤气体气腔与样气测量气腔连接，多层滤网设在过滤气体气腔内；第二粉尘存储腔、氮氧传感器及压力传感器设在样气测量气腔内，第二粉尘存储腔连气体返回通道，第三电磁阀设在管道上；样气测量气腔通过三通管道与压缩机及气体返回管道连接，第五电磁阀、第四电磁阀设在管道上。本发明实现测量系统内部的自清洁，维护成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及火电厂烟气中氮氧化物的测量技术，尤其涉及一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置及其测量方法。

 

背景技术

我国氮氧化物排放量逐年增加，且火电厂是排放为主。空气的氮氧化物的排放增多，对环境危害很大：形成雾霾天气，形成酸雨。因此一种有效的火电厂尾气氮氧化物的监控和测量技术非常必要。目前电厂尾气脱销广泛应用，脱销技术主要减少尾气中氮氧化物，喷射氨水，将氮氧化物转化成氮气。减少电厂尾气对大气环境的危害。《火电厂大气污染物排放标准》对尾气中组分各含量有严格的规定，因此对尾气的组分(氮氧化物及脱销原料氨气)实时监控，一旦发现排放量过高，需要实时调节脱销过程。

目前我国烟气脱硝机组占全国现役火电机组容量50%。对于脱硝而言，这意味着在今后的5个月中全国仍有约4亿千瓦的火电机组需要改造。再改造的机组和已有机组，都需要进行烟气的监控。

国家对火电厂排放标准越来越严格，对氮氧化物，硫化物等含量均有明确的法规要求。火电厂必须对排放烟气进行后处理，后处理的工艺中，脱销工艺比较普遍。针对严格的排放标准，需要在烟道中对气体组分进行实时监控。主要对氮氧化物，脱销加入化合物逃逸(逃逸氨)，硫化物等等进行实时监控。

火电厂的尾气，温度高，粉尘大，气体组分比较杂。因此监控测量设备需要考虑火电厂尾气的特点，进行测量监控分析。另外监控设备长时间运行，要求监控设备的停机维修保养周期短，保养成本低。满足这些要求的企业有利于火电厂企业节约设备的维护运营成本。

1.   激光测量方法：

国外厂家采用激光测量方法，直接安装在烟道上进行测量监控，对烟道要求比较高，烟道的位置，测量点选择均有严格的要求，此外火电厂的尾气中粉尘含量比较高，激光发射点发射激光，容易产生漫反射，造成信号接收端接收不到正常的信号，或者接受的信号相对比较弱，造成测试数据不准确。另外激光测量方案的测试设备在后期的运行维护成本比较高。

2.   抽出分析方法：

采取从管道抽取样气，发送到实验室内部进行分析。这样设备通常需要很长的管路来输送样本气体，在火力发电过程的尾气中，粉尘含量相对比较高，采用长管道进行输送样本气体进行分析，很容易造成管道堵塞；烟道中气体具有高温大约在200度左右，高温气体在传送需要防护，需要增加设备维护成本。

 

发明内容

本发明的目的：提供一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置及其测量方法，采用控制系统控制压缩机产生压缩空气，引入排气烟道的样气进行测量，由于排气烟道中含有粉尘，在排气烟道气体引入测量系统的同时，粉尘也会进入测量系统，在系统加有多层滤网和粉尘存储腔，当滤网上吸附粉尘影响进气或者粉尘存储箱存储粉尘影响系统是，可以通过切换系统的不同电磁阀，让系统处于粉尘清洁状态，将引入测量系统的粉尘再次吹回烟道中，实现系统的自维护功能。

本发明设备少，布置需要空间小，直接在烟气管道出加上测试点，样本气体在现场采集，现场测量，样本气体测量值通过工业信号(CAN /RS485 /4～20mA)传送给其他系统，实现本地采集，远程监控，在采用过程带入系统的样气的粉尘，控制系统可以实现反吹清洁，保证系统的高效长时间运转。

本发明除了自维护，还实现系统监控功能，在样气测量气腔内装有压力传感器，监控系统内部压力是否正常，以此确定过滤设备是否通畅或者粉尘存储腔内粉尘存储量过多，影响正常进气，此时需要设备本身实现自维护，当系统自维护不能清除粉尘时，提醒操作人员进行滤网更换。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置，包括排气烟道、样气采集管、第一电磁阀、样气过滤系统、第三电磁阀、第二粉尘存储腔、样气测量气腔、氮氧传感器、压力传感器、第四电磁阀、第五电磁阀、压缩机及气体返回管道；所述的样气采集管的一端与所述的排气烟道连通，所述的样气采集管与所述的排气烟道垂直，所述的第一电磁阀设置在所述的样气采集管上；所述的样气过滤系统包括第二电磁阀、第一粉尘存储腔、过滤气体气腔及多层滤网，所述的样气采集管的另一端与所述的过滤气体气腔连通，所述的第一粉尘存储腔及第二粉尘存储腔是上宽下窄的梯形结构，所述的第一粉尘存储腔设置在所述的过滤气体气腔的底部，所述的第一粉尘存储腔通过管道与所述的气体返回通道连通，所述的第二电磁阀设置在所述的第一粉尘存储腔与所述的气体返回通道之间的管道上；所述的过滤气体气腔通过管道与所述的样气测量气腔连接，所述的多层滤网设置在所述的过滤气体气腔与所述的管道的连接处；所述的第二粉尘存储腔设置在所述的样气测量气腔的底部，所述的第二粉尘存储腔通过管道与所述的气体返回通道连通，所述的第三电磁阀设置在所述的第二粉尘存储腔与所述的气体返回通道之间的管道上，所述的氮氧传感器及压力传感器分别设置在所述的样气测量气腔的顶部；所述的样气测量气腔通过三通管道与所述的压缩机及气体返回管道连接，所述的第五电磁阀设置在所述的样气测量气腔与所述的压缩机之间的管道上，所述的第四电磁阀设置在所述的样气测量气腔与所述的气体返回管道之间的管道上，所述的气体返回管道与所述的排气烟道连通。

上述的火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置，其中，还包括控制系统，所述的控制系统分别与所述的第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、氮氧传感器、压力传感器、第四电磁阀、第五电磁阀及压缩机连接。

1、上述的火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置的测量方法，其中，至少包括以下步骤：

S1：从所述的排气烟道将样气引入所述的样气采集管，进行采样测量。

S1.1：所述的压缩机产生压缩空气，所述的第一电磁阀、第四电磁阀及第五电磁阀打开，所述的第二电磁阀及第三电磁阀关闭，所述的压缩机的压缩空气通过所述的第五电磁阀，经所述的第四电磁阀进入所述的气体返回管道。

S1.2：气体的流动使所述的样气测量气腔内部产生负压，所述的排气烟道内的气体经所述的样气采集管、第一电磁阀及样气过滤系统进入所述的样气测量气腔。

S2：所述的控制系统对多层滤网进行清洁。

S2.1：所述的压缩机产生压缩空气，第一电磁阀及第五电磁阀打开，所述的所述的第二电磁阀、第三电磁阀及第四电磁阀关闭。

S2.2：所述的压缩机的压缩空气通过所述的第五电磁阀，经所述的样气测量气腔、样气过滤系统、第一电磁阀及样气采集管返回到所述的排气烟道中。

S3：所述的控制系统对所述的第一粉尘存储腔及第二粉尘存储腔进行清洁。

S3.1：所述的压缩机产生压缩空气，所述的第二电磁阀、第三电磁阀及第五电磁阀打开，所述的第一电磁阀及第四电磁阀关闭。

S3.2：所述的压缩机的压缩空气通过所述的第五电磁阀，经所述的样气测量气腔及样气过滤系统，压缩空气进入所述的第一粉尘存储腔及第二粉尘存储腔，并通过所述的第二电磁阀及第三电磁阀进入所述的气体返回管道中。

本发明对既有的烟道改造比较少，对烟道的走向横向、纵向布置没有特别的要求，且该组分测量采用技术可以实现测量系统内部的自清洁，大大减少停机维护的时间，可以实现火电厂长时间测量采集，长时间运营后的维护成本主要集中过滤设备滤网上，维护成本低。

 

附图说明

图1是本发明一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置及其测量方法的主视图。

 

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

请参见附图1所示，一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置，包括排气烟道1、样气采集管2、第一电磁阀3、样气过滤系统、第三电磁阀8、第二粉尘存储腔9、样气测量气腔10、氮氧传感器11、压力传感器12、第四电磁阀13、第五电磁阀14、压缩机15及气体返回管道16；烟气从排气烟道1通过，烟气的流向如箭头所示，所述的样气采集管2的一端与所述的排气烟道1连通，所述的样气采集管2与所述的排气烟道1垂直，当下游气体产生负压，排气烟道1的气体通过样气采集管2进入下游采样系统，所述的第一电磁阀3设置在所述的样气采集管2上，用于控制样气采集管2的通断；所述的样气过滤系统包括第二电磁阀4、第一粉尘存储腔5、过滤气体气腔6及多层滤网7，第二电磁阀4在设备自维护阶段接通，第一粉尘存储腔5中的粉尘会有后续气体吹入排气烟道1中，实现控制系统自维护，第一粉尘存储腔5用于在设备运行期间存储粉尘，第一粉尘存储腔5中的粉尘来自两种工作状态，当样气采集时，样气碰到多层滤网7由于重力作用，会存储在第一粉尘存储腔5的区域，此外，设备在吹多层滤网7阶段，原本吸附在多层滤网7的粉尘，由于气体的反吹，粉尘部分落在第一粉尘存储腔5内，过滤气体气腔6为过滤气体的气腔，多层滤网7根据火电厂的实际情况选择滤网的规格，在实际使用情况下，优选多层滤网，所述的样气采集管2的另一端与所述的过滤气体气腔6连通，所述的第一粉尘存储腔5及第二粉尘存储腔9是上宽下窄的梯形结构，所述的第一粉尘存储腔5设置在所述的过滤气体气腔6的底部，所述的第一粉尘存储腔5通过管道与所述的气体返回通道16连通，所述的第二电磁阀4设置在所述的第一粉尘存储腔5与所述的气体返回通道16之间的管道上；所述的过滤气体气腔6通过管道与所述的样气测量气腔10连接，所述的多层滤网7设置在所述的过滤气体气腔6与所述的管道的连接处；所述的第二粉尘存储腔9设置在所述的样气测量气腔10的底部，所述的第二粉尘存储腔9通过管道与所述的气体返回通道16连通，所述的第三电磁阀8设置在所述的第二粉尘存储腔9与所述的气体返回通道16之间的管道上，第二粉尘存储腔9存储样气测量气腔10内的粉尘，当达到一定量时影响系统测量采集时，控制系统会控制进入自维护状态，第三电磁阀8打开，第二粉尘存储腔9中的粉尘会通过第三电磁阀8返回到排气烟道1中去，所述的氮氧传感器11及压力传感器12分别设置在所述的样气测量气腔10的顶部；所述的样气测量气腔10通过三通管道与所述的压缩机15及气体返回管道16连接，所述的第五电磁阀14设置在所述的样气测量气腔10与所述的压缩机15之间的管道上，所述的第四电磁阀13设置在所述的样气测量气腔10与所述的气体返回管道16之间的管道上，所述的气体返回管道16与所述的排气烟道1连通，气体返回管道16将测量系统尾气返回火电厂排气烟道1。

还包括控制系统17，所述的控制系统17分别与所述的第一电磁阀3、第二电磁阀4、第三电磁阀8、氮氧传感器11、压力传感器12、第四电磁阀13、第五电磁阀14及压缩机15连接。在设备运行期间，控制系统17控制氮氧传感器11和压力传感器12的信息，同时控制第一电磁阀3、第二电磁阀4、第三电磁阀8、第四电磁阀13及第五电磁阀14，实现运行在样气采集状态，过滤设备清洁状态，和设备自维护状态，控制系统17控制第四电磁阀13及第五电磁阀14进入测量设备进入不同的状态。氮氧传感器11采集样本气体中的氮氧化物的含量，将采集的信号传输到控制系统17中，压力传感器12测试样气测量气腔10内的气体压力，并将采集的信号传输到控制系统17中。控制系统17控制压缩机15产生系统需要的压缩空气，压缩空气是整个系统的动力源，可以进行样气的引入和系统的自维护和自清洁。控制系统17可以将采集的信号已经系统的状态传递到火电厂的脱销系统中，供脱销系统参考，控制系统17可以实现多种信号传递方式：CAN信号传输，RS485传输或者4～20mA电流信号传送。

一种火电厂发电尾气氮氧化物组分测量装置的测量方法，该方法至少包括以下步骤：

S1：从所述的排气烟道1将样气引入所述的样气采集管2，进行采样测量。

S1.1：所述的压缩机15产生稳定的压缩空气，所述的第一电磁阀3、第四电磁阀13及第五电磁阀14打开，所述的第二电磁阀4及第三电磁阀8关闭，所述的压缩机15的压缩空气通过所述的第五电磁阀14，经所述的第四电磁阀13进入所述的气体返回管道16。

S1.2：由于气体的流动，所述的样气测量气腔10内部产生负压，所述的排气烟道1内的气体经所述的样气采集管2、第一电磁阀3及样气过滤系统进入所述的样气测量气腔10，当系统在这种状态保持数秒后，样气测量气腔10中的样气的流量，压力稳定，此时采集的数据有效；气体由图示的方向流经测量腔，在测量内部完成气体。样气采集过程中，排气烟道1的粉尘会进入系统，粉尘会吸附在多层滤网7上，或是存储在第一粉尘存储腔5和第二粉尘存储腔9中。长时间运行设备后，吸附在多层滤网7中的粉尘和第一粉尘存储腔5和第二粉尘存储腔9中的粉尘会影响气道的通道，影响样气测量气腔10中压力和流量。

S2：所述的控制系统17对多层滤网7进行清洁；系统运行一段时间后，过滤气体气腔6中的多层滤网7吸附了大量的粉尘，为保证气体正常通畅进入样气测量气腔10中，控制系统17需要对组件7过滤设备进行清洁。

S2.1：所述的压缩机15产生稳定的压缩空气，第一电磁阀3及第五电磁阀14打开，所述的所述的第二电磁阀4、第三电磁阀8及第四电磁阀13关闭。

S2.2：所述的压缩机15的压缩空气通过所述的第五电磁阀14，经所述的样气测量气腔10、样气过滤系统、第一电磁阀3及样气采集管2返回到所述的排气烟道1中；气体由图示的方向流经样气过滤系统和多层滤网7上的粉尘由于压缩气体的反向吹动会离开样气过滤系统和多层滤网7，返回到排气烟道1中或者存储在第一粉尘存储腔5内。

S3：所述的控制系统17对所述的第一粉尘存储腔5及第二粉尘存储腔9进行清洁；系统运行一段时间后，第一粉尘存储腔5及第二粉尘存储腔9存储了大量的粉尘，为保证气体正常通畅进入样气测量气腔10中，控制系统需要对第一粉尘存储腔5及第二粉尘存储腔9进行清洁。

S3.1：所述的压缩机15产生稳定的压缩空气，所述的第二电磁阀4、第三电磁阀8及第五电磁阀14打开，所述的第一电磁阀3及第四电磁阀13关闭。

S3.2：所述的压缩机15的压缩空气通过所述的第五电磁阀14，经所述的样气测量气腔10及样气过滤系统，压缩空气进入所述的第一粉尘存储腔5及第二粉尘存储腔9，并通过所述的第二电磁阀4及第三电磁阀8进入所述的气体返回管道16中。气体由图示的第一粉尘存储腔5及第二粉尘存储腔9，第一粉尘存储腔5及第二粉尘存储腔9中的粉尘被气流吹入排气烟道1中实现系统自维护。

综上所述，本发明对既有的烟道改造比较少，对烟道的走向横向、纵向布置没有特别的要求，且该组分测量采用技术可以实现测量系统内部的自清洁，大大减少停机维护的时间，可以实现火电厂长时间测量采集，长时间运营后的维护成本主要集中过滤设备滤网上，维护成本低。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。