鍋爐水冷壁近壁區煙氣分組在線監測系統技術方案

本發明專利技術公開一種鍋爐水冷壁近壁區煙氣分組在線監測系統，它包括煙氣取樣單元、傳輸單元和檢測單元，煙氣取樣單元通過傳輸單元與檢測單元連接；煙氣取樣單元和傳輸單元設置在鍋爐水冷壁保溫層中，煙氣取樣單元設有若干個煙氣取樣裝置，鍋爐水冷壁鰭片上開設有若干與煙氣取樣裝置煙氣進口相適配的取樣口，每個煙氣取樣裝置的煙氣進口由水冷壁鰭片的背火側安裝在該取樣口上。本發明專利技術中高溫光學分析儀實現了H2S和SO2的準確在線監測；解決了煙氣取樣探頭燒損、堵塞的問題；獨特的取樣管伴熱方式、煙氣除塵方式及煙氣取樣孔形狀，提高了系統運行的穩定性；通過多組測量點，實現了多測點單臺儀器短周期測量。

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.

【技術實現步驟摘要】

本申請涉及燃煤電廠鍋爐水冷壁高溫腐蝕監控與防治技術，具體涉及一種燃煤鍋爐爐膛水冷壁近壁區煙氣分組在線監測系統及裝置，屬于電力及動力工程

技術介紹
近年來，伴隨著燃煤電站鍋爐大型化、高參數的發展，鍋爐水冷壁高溫腐蝕問題逐漸凸現。隨著環保要求的日益嚴格，特別是火電廠NOx排放標準的不斷提高，燃煤電站鍋爐為了控制NOx排放均采用低氮燃燒技術。低氮燃燒技術組織形成的爐內強還原區雖可降低NOx的排放，但加劇了鍋爐水冷壁高溫腐蝕。水冷壁發生高溫腐蝕后，壁厚減薄，強度降低，極易發生爆管，造成機組非停，已成為燃煤電站鍋爐低氮改造后的一個頑疾，嚴重影響機組的安全穩定運行。燃煤電站鍋爐水冷壁高溫腐蝕是典型的硫化物腐蝕，是煤粉在特定條件下燃燒形成的H2S和自由態[S]與壁溫350～500oC的水冷壁發生反應造成的。水冷壁近壁區煙氣中H2S和自由態[S]的含量取決于主燃區煤粉燃燒過量空氣系數。若煤粉在富氧條件下燃燒，煤中S元素轉化為SO2，對水冷壁基本沒腐蝕作用。若煤粉在貧氧條件下燃燒，煤中S元素轉化為SO2的同時，生成部分H2S和自由態[S]。一般而言，H2S和自由態[S]的生成量隨著煙氣中氧含量的降低而升高。由此可知，水冷壁壁溫及其近壁區煙氣含氧量是影響高溫腐蝕的兩個關鍵因素。在壁溫設定的條件下，提高近壁區煙氣含氧量是緩解水冷壁高溫腐蝕的有效途徑。實時監測水冷壁近壁區煙氣中O2、CO及腐蝕性氣體H2S的濃度，是提高近壁區氧量的前提，也是開展高溫腐蝕在線監測的基礎。綜上分析可知，實時監測水冷壁近壁區煙氣組分雖對預防和治理水冷壁高溫腐蝕具有重要的意義和價值，但由于爐膛內部煙氣溫度高、組分復雜、含塵量大、水冷壁鰭片寬度小、取樣困難等諸多原因，導致目前已有技術在應用中尚存在以下問題：（1）煙氣取樣探頭（槍、裝置）燒損由于爐膛溫度高、輻射換熱強、煙氣取樣流量小、冷卻效果差等原因，安裝在水冷壁上的煙氣取樣探頭，特別是伸入爐膛內部的探頭，極容易被燒損。煙氣取樣探頭一旦燒損，會導致密封不嚴，出現泄露，致使測量結果失真。另外，燒損的探頭前端發生熔融而變形，會導致前端取樣管道堵塞，而此類堵塞采用常規的反吹等措施無法解決，致使系統無法正常工作。（2）SO2和H2S測不準H2S氣體是與水冷壁發生反應引發高溫腐蝕的主要氣體。準確監測H2S對預測和監控水冷壁高溫腐蝕具有重要的意義。由于SO2和H2S氣體為酸性氣體，易溶于水。若取樣系統中出現水蒸氣冷凝的現象，部分SO2和H2S會被吸收，從而影響測量結果的準確性。現有技術在煙氣分析儀之前均采用多級過濾和冷凝的方式去除煙氣中的水蒸氣，以防其在管道內冷凝堵塞管道，損壞煙氣分析儀。冷凝器雖將冷凝下的水通過蠕動泵排出，但是冷卻在盤管上的水珠在未落入蠕動泵入口前對SO2和H2S還是有很強的吸收作用。因此，現有技術在測量H2S和SO2存在測不準的問題。（3）煙氣取樣孔及取樣管路堵塞現有技術普遍采用鰭片開小孔抽取煙氣的取樣方式。由于水冷壁鰭片尺寸小（一般寬度<20mm），開得孔一般直徑較小，極容易被爐膛中呈熔融態的未燃盡灰渣堵塞。（4）單臺儀器多點測量周期長采用多管路切換取樣系統雖可實現一套儀器多點取樣測量的目的，但是存在測量時間長的問題。以一個布置30個測量點的截面為例，測量完一個截面至少需要90min（每個測點至少3min（主要為取樣時間））。此種方式得到的測量結果無可比性，失去了“場”分布在線監測的意義。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對上述不足，提供一種能夠多點實時測量、防止取樣管路堵塞的新型鍋爐水冷壁近壁區煙氣分組在線監測系統。為實現上述目的，本專利技術的具體技術方案如下：一種鍋爐水冷壁近壁區煙氣分組在線監測系統，包括煙氣取樣單元、傳輸單元和檢測單元，煙氣取樣單元通過傳輸單元與檢測單元連接；煙氣取樣單元和傳輸單元設置在鍋爐水冷壁背火側保溫層中，煙氣取樣單元設有若干個煙氣取樣裝置，鍋爐水冷壁鰭片上開對應每個煙氣取樣裝置設有與煙氣進口適配的取樣口，每個煙氣取樣裝置的煙氣進口由水冷壁背火側安裝在相應取樣口上；傳輸單元包括控制閥和取樣管，每個煙氣取樣裝置的煙氣出口經一路取樣管和控制閥與檢測單元連通。本專利技術的進一步設計還在于：傳輸單元中各控制閥匯總集成兩路輸出分別與兩路檢測單元連接，每個檢測單元中高溫光學分析池、煙氣冷凝器和煙氣取樣泵依次連接，兩路的煙氣取樣泵均設有兩支路，一個支路連接排空管，另一支路共同連接一臺煙氣分析儀。在鍋爐水冷壁管本鄰或相間的多個鰭片上開設取樣口，一組鰭片上開設一個或多個取樣口，每個取樣口對應安裝一個煙氣取樣裝置。傳輸單元與檢測單元高溫光學分析池的連接管路上，伸出鍋爐水冷壁保溫層部分設有伴熱帶。煙氣取樣裝置設有殼體，殼體的內腔為煙氣通道，煙氣通道兩側分別設置煙氣進口和煙氣出口，煙氣出口與傳輸單元的取樣管相連，煙氣進口采用矩形口并安裝在取樣口上與鍋爐連通。煙氣通道內還設有煙塵過濾片，煙塵過濾片設置在煙氣進口與煙氣出口之間。煙塵過濾片為片狀多孔濾芯。煙氣進口設置在殼體下部，煙氣出口設置在與其相對側殼體上部，殼體底面采用沿著煙氣進口向上傾斜的斜面結構。（體底面與水冷壁鰭片夾角a可取135°~170°）煙氣通道下部與煙氣進口連接部分采用漸擴式結構。殼體對應煙氣通道下部與煙氣進口連接部除底部的斜面結構外，其余部分采用弧形結構，該弧形結構與底部斜面共同形成煙氣通道下部的漸擴式結構。在煙氣出口位置的上部設有壓縮空氣接口，對應該壓縮空氣接口相應在殼內設置均氣結構，殼體底部與煙氣進口位置相對側設有反吹壓縮空氣接口；殼體上還設有檢修口。該均氣結構的空氣出口正對煙塵過濾片，用于接入壓縮空氣時對煙塵過濾片進行吹掃；反吹縮空氣接口沿著殼體底面斜坡方向延伸并連通煙氣通道，用于接入壓縮空氣，對殼體底部斜坡面進行吹掃。本專利技術相比現有技術具有如下有益效果：1、本專利技術設計水冷壁近壁區煙氣組分在線監測系統利于保持煙氣溫度，防止冷凝，并通過高溫光學分析儀實現了H2S和SO2的準確在線監測。2、本專利技術通過多組測量點，實現了多測點單臺儀器短周期測量，與現有技術相比測量周期大大縮短。3、系統中采用矩形煙氣入口及焊接連接方式，并采用漸擴式結構，并通過壓縮空氣接口反吹清潔的方式，解決了煙氣取樣探頭燒損、堵塞的問題，相比現有技術中的煙氣取樣探頭使用壽命更長。4、本專利技術中獨特的取樣管伴熱方式、煙氣除塵方式及煙氣取樣孔形狀，提高了系統運行的穩定性。附圖說明圖1是本專利技術提出的水冷壁近壁區煙氣組分在線監測系統構成示意圖；圖2為本專利技術水冷壁鰭片上取樣口的排布示意圖；圖3是本專利技術提出的煙氣取樣裝置安裝示意圖（側視圖）；圖4是本專利技術提出的煙氣取樣裝置安裝示意圖（正視圖）；圖5是煙氣取樣裝置與水冷壁鰭片連接方式示意圖。圖中：1.膜式水冷壁；1-1.膜式水冷壁管；1-2.膜式水冷壁鰭片；3.鍋爐保溫層；4.（矩形）取樣口；5.煙氣取樣裝置；5-1.殼體；5-2.（取樣孔）反吹壓縮空氣接口；5-3.檢修口；5-4.煙氣出口；5-5.(濾片反吹)壓縮空氣接口；5-6.煙塵過濾片；6.高溫三通電磁閥；7.煙氣取樣聯箱；8.伴熱帶；9-1.（上側氣路H2S和SO2）高溫光學池；9-2.（下側氣路H2S和SO2）高溫光學池；10-1.（上側氣路煙本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鍋爐水冷壁近壁區煙氣分組在線監測系統，包括煙氣取樣單元、傳輸單元和檢測單元，煙氣取樣單元通過傳輸單元與檢測單元連接；其特征是：煙氣取樣單元和傳輸單元設置在鍋爐水冷壁背火側保溫層中，煙氣取樣單元設有若干個煙氣取樣裝置，鍋爐水冷壁鰭片上開對應每個煙氣取樣裝置設有與煙氣進口適配的取樣口，每個煙氣取樣裝置的煙氣進口由水冷壁背火側安裝在相應取樣口上；傳輸單元包括控制閥和取樣管，每個煙氣取樣裝置的煙氣出口經一路取樣管和控制閥與檢測單元連通。

【技術特征摘要】
1.一種鍋爐水冷壁近壁區煙氣分組在線監測系統，包括煙氣取樣單元、傳輸單元和檢測單元，煙氣取樣單元通過傳輸單元與檢測單元連接；其特征是：煙氣取樣單元和傳輸單元設置在鍋爐水冷壁背火側保溫層中，煙氣取樣單元設有若干個煙氣取樣裝置，鍋爐水冷壁鰭片上開對應每個煙氣取樣裝置設有與煙氣進口適配的取樣口，每個煙氣取樣裝置的煙氣進口由水冷壁背火側安裝在相應取樣口上；傳輸單元包括控制閥和取樣管，每個煙氣取樣裝置的煙氣出口經一路取樣管和控制閥與檢測單元連通。2.傳輸單元中各控制閥匯總集成兩路輸出分別與兩路檢測單元連接，每路檢測單元中高溫光學分析池、煙氣冷凝器和煙氣取樣泵依次連接，兩路的煙氣取樣泵均設有兩支路，一個支路連接排空管，另一支路共同連接一臺煙氣分析儀。3.根據權利要求2所述在線監測系統，其特征是：在鍋爐水冷壁管本鄰或相間的多個鰭片上開設取樣口，一組鰭片上開設一個或多個取樣口，每個取樣口對應安裝一個煙氣取樣裝置。4.根據權利要求3所述在線監測系統，其特征是：傳輸單元與檢測單元高溫光學分析池的連接管路上，伸出鍋爐水冷壁保溫層部分設有伴熱帶。5.根據權利要求1-4任一所述在線監測系統，其特征是：煙氣取樣裝置設有殼體，殼體的內腔為煙氣通道，煙氣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳國慶，劉建民，黃啟龍，李永生，劉銘媛，時偉，陳連軍，
申請(專利權)人：國電科學技術研究院，南京電力設備質量性能檢驗中心，
類型：發明
國別省市：江蘇;32