一种基于烟道全截面同界面同步测量数据的喷氨测控系统的制作方法

1.本实用新型属于测量技术领域，具体是涉及了一种基于烟道全截面同界面同步测量数据的喷氨测控系统。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本公开相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.目前火力发电厂脱硝系统的烟气流量很大且流速很高，同时，在机组负荷、煤种、给煤量、送风量等因素的共同影响下，烟气在烟道里会出现严重的紊流导致烟气流场不均，导致烟气的流速流量、浓度数据会随机波动，从而给这些数据的精准测量造成很大的影响。
4.目前的脱硝喷氨大多是在基于不同界面也不同时的烟道烟气总量、混合烟气的平均浓度数据控制下进行的，虽然也能采用循环取样的方式得到烟道横截面内某个分区的烟气浓度，但因其采用的流量测量装置不能在烟道同一横截面内同时测得某个分区的流量，存在严重的数据滞后，因而也使循环取样测量得到的浓度值失去测量意义。因此，目前的喷氨控制不能达到精准控制，就会导致后面的喷氨脱硝出现过喷或欠喷。过喷的情况下会产生氨逃逸到大气中、堵塞后面的空预器等问题，欠喷的情况下会导致烟气中的硝基化合物(主要是no)因没有足够的氨与其中和，只能随烟气排放到大气中。
5.目前的烟气脱硝系统喷氨控制装置是通过在烟道中依次设置矩阵式流量计、浓度取样管和分析仪表、以及喷氨格栅(含控制柜和调节阀)进行的，其中矩阵式流量计和浓度取样分析测量装置与控制柜(pc外挂)的输入端通信连接，所述喷氨调节阀与控制柜(pc外挂)的输出端相连接，以便控制喷氨调节阀的开度从而调节布置在喷氨格栅上的喷嘴的喷氨量。但因其采用的流量测量装置不能采集到烟道中某个分区的实时流量，只能采用烟气总流量参与调节，因而是总量控制。
6.发明人发现，现有控制装置存在以下缺点就是:
7.(1)、流量计和浓度取样测量装置布置在烟道内沿烟气流动方向的不同界面(位置)，这样逐层测量得到数据后，控制喷氨。比如烟道横截面上某个分区的烟气在经过流量计布置层后，因烟气的紊流，导致到达浓度取样管布置层相对应的分区时的烟气已经不是同一束烟气，已经混合了来自于其他分区的烟气，此时测得的浓度和流量不属于同一束烟气，流量和浓度失去前后对应性，即便是能测量得到流量，但因浓度数据失去对应性，就使流量和浓度的矩阵测量失去意义。
8.(2)、目前采用的差压测量方法的流量计具有引压管极易堵塞、零点漂移大、线性差、易受振动影响、维护量大等缺点，因而即便采用矩阵布置，也不能稳定、准确地获得全截面的实时流量数据。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种基于烟道全截面同界面同步测量数据的喷氨测控系统，通过该控制系统，可以实现烟气在全截面同界面的流
量和浓度的全时准确测量，由于能同时测量烟道内某一束烟气的流量和浓度，使流量数据和浓度数据建立了精准的一一对应的关系，因而可以达到精确控制喷氨的目的。
10.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
11.本实用新型至少一个实施例提供了一种基于烟道全截面同界面同步测量数据的喷氨测控系统。
12.一种基于烟道全截面同界面同步测量数据的喷氨测控系统，包括设置在垂直于烟道轴线的横截面上、且相互平行的测量层和喷氨格栅层；其特征在于，所述喷氨格栅层包括均匀布满烟道横截面的喷氨格栅，喷氨格栅均匀分成m个呈网格状分布的喷氨分区，每个喷氨分区内均匀设有多个喷嘴，测量层同样均匀分成m 个呈网格状分布的测量分区，每个测量分区内均设有用于检测所述测量分区内气体浓度的取样管，取样管通过浓度分析装置与控制柜相连接，每个取样管沿着其轴线方向的两侧且顺着烟气流动的方向，依次设置两个用于检测烟气中带电粒子的传感器，这两个传感器通过信息处理单元与控制柜相连接，取样管与控制柜与喷氨格栅层的喷氨调节阀相连接。
13.进一步地，每根取样管的取样口设置在相对应的测量分区的中心位置。
14.进一步地，每根取样管均与烟道外的取样母管连接，所述母管与浓度分析装置连接，所述浓度分析装置与控制柜相连接。
15.进一步地，所述传感器垂直于烟道轴线并迎着取样管插入烟道的方向插入到烟道内，并通过支座固定在烟道的内壁上，每两只传感器对应一个取样口。
16.进一步地，在所述取样管的取样口位置，沿着烟道内烟气流动方向，在取样口的两侧布置的两只传感器相距200mm。
17.进一步地，所述取样口的开口朝向与烟道内气体流动的方向相同。
18.进一步地，所述控制柜(pc外挂)固定布置于烟道外。
19.进一步地，喷氨分区数量等于测量分区的数量，且每个喷氨分区的面积等于与之相对应的测量分区的面积。
20.进一步地，喷氨格栅层的每个喷氨分区内的多个喷嘴通过同一管路连接到烟道外的喷氨调节支阀。
21.进一步地，每个喷氨调节支阀通过管路连接到喷氨总阀。
22.进一步地，喷氨总阀和喷氨支阀均与控制柜连接。
23.与现有技术相比，本实用新型具有的优点和积极效果是：
24.(1)、本实用新型实施例提供的精准喷氨控制装置通过在烟道中测量层上各个分区内的一对传感器检测得到流过该分区内的烟气实时流量，同时结合同属同一分区、同一界面内、同一烟束的烟气浓度，进而精准控制喷氨格栅层相对应分区内的喷氨量，不会过喷或欠喷。
25.(2)、本实施例在测量层上每个分区内设置一对传感器和一个取样口，所述一对传感器用于检测某个分区内的烟气流量，所述一个取样口用于检测同一个分区内的烟气浓度。由于测得的数据属于同一分区同一界面，因而具有精准的一一对应关系，因此测量的数据无限接近于实时数据。相比于现有的，分别设置流量检测层和浓度检测层，无论是检测精度还是检测时效，都得到大幅度提高，控制喷氨的精准度也得到大幅度提高。
附图说明
26.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
27.图1为本实用新型实施例提供的一种基于烟道全截面同界面全时测量数据的喷氨控制装置的结构图；
28.图2为本实用新型实施例提供的烟道内喷氨格栅层全截面分区的俯视图；
29.图3为本实用新型实施例提供的烟道内测量层全截面分区的俯视图；
30.图4为本实用新型实施例提供的烟道内测量层流量和浓度测量装置的安装侧视图。
31.图中：100、烟气入口；200、测量层；201、第一取样管；202、第二取样管；203、第三取样管；204、取样管支座；205、浓度分析仪表；206、控制柜(pc外挂)；210、第一信息处理单元；211、第二信息处理单元；213、第一组传感器；214、第二组传感器；215、第三组传感器；208、前传感器；209、后传感器；216、测量分区；217、取样管；240、喷氨格栅；241、喷氨分区； 242、喷嘴；300、喷氨格栅层；400、scr反应器；500、催化层。
具体实施方式
32.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
33.为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
34.如图1所示，本实施例提供了一种基于烟道全截面同界面全时测量数据的喷氨控制装置，该装置主要包括设置在烟道内的喷氨格栅层300以及设置在喷氨格栅一侧的用于检测烟气的流量和浓度的测量层200。当炉内产生的烟气从烟气进口100进入的时候，通过烟道内的流量和浓度测量装置200测量烟气的实时流量和浓度，进而控制喷氨格栅300上的喷嘴实现精准喷氨，最终反应后的烟气进入scr 反应器400内通过催化层500进一步的催化。
35.需要说明的就是，本实施例中的测量层200和喷氨格栅层300不仅仅限于分布在图中的竖向管道中，也可以设置在竖向管道与scr反应器400相连接的横向管道中，或者是设置在scr反应器400内部即可。
36.具体的，如图2所示，本实施例喷氨格栅240在垂直于烟道轴线的横截面上将喷氨格栅分成多个喷氨分区241。现以图2实施例中的12个喷氨分区241为例进行说明，本实施例中的每个喷氨分区内设有多个喷嘴242，且每个喷氨分区内的喷嘴通过同一个管路连接到同一个喷氨调节支阀上，这样总共12个喷氨调节支阀，同时这12个喷氨调节支阀通过一个管道连接到一个喷氨总阀上。
37.需要说明的就是，喷氨分区241的数量需要根据烟道的截面面积确定，也有可能少
于或者多于12个，如果将所述烟道按照a行b列进行分区的话，那么分区的数量就为axb个，这axb个喷氨分区就组成一个网格化区域。
38.同时，所述喷氨分区241内的喷嘴的数量也根据喷氨分区241内的面积确定，但是这些喷嘴的数量需要在每个喷氨分区内均匀分布，比如按照矩形阵列分布或者圆形阵列分布，这样才能均匀的对流经到每个喷氨分区内的烟气进行均匀的喷氨。
39.如图3所示，在所述烟道内测量层200所在的烟道截面内也分成12个测量分区 216，这12个测量分区分别与喷氨格栅对应的12个喷氨分区241相对应。且两个相对应的测量分区面积和喷氨分区的面积优选为相等。
40.进一步地，以图3为例，在本实施例在垂直于烟道轴线方向上每3个纵向排列的测量分区为一组，以图中最左侧的一组为例，每一组并列设置三根取样管，分别为第一取样管201、第二取样管202以及第三取样管203，这三根取样管是用于测量在烟道水平截面上对应测量分区内流动烟气的浓度，第一取样管201用于测量最下部测量分区内的烟气浓度，第二取样管202用于测量中间测量分区内的烟气浓度，第三取样管203用于测量顶部测量分区内的烟气浓度。
41.需要说明的就是，本实施例中的这三根取样管的取样口的吸气方向与烟气流动的方向相同，且每个取样管的取样口设置在相对应的测量分区的中心位置上。
42.作为优选地，本实施例中所述三根取样管均焊接在同一个取样管底座204上，所述取样管底座204安装在烟道的外壁面上，然后通过一根母管道连接到浓度分析仪表205上，该浓度分析仪表205用来分析每个取样管上取样口抽取的烟气的浓度，最后分析仪表连接到控制柜(pc外挂)206上。
43.所述控制柜(pc外挂)设置在烟道的外面。
44.其中说明的就是，上述浓度分析仪表205属于现有技术，主要是用来分析烟气的浓度，这里就不在做过多的赘述。
45.如图3所示，本实施例在烟道截面最左侧的网格分区内的三根取样管长度不一样长，此时这三根取样管的端部取样口分别位于不同的分区内，这样可以通过每个取样口测量烟气流经对应的分区内的烟气的浓度。
46.最后，本实用新型位于测量层的取样管，不仅仅限于图3中设置的12根取样管217，如果将烟道全截面分成的更多的测量分区的话，可以增加取样管217的数量，只要实现一个取样管对应一个测量分区分区即可，分得越多，越能提高控制精度，但是不管分成多少个测量分区，测量层的测量分区的数量都要与喷氨格栅层的喷氨分区的数量相同，以便实现精准对应喷氨。
47.进一步地，如图4所示，本实施例在测量层内每个取样管217沿着烟道轴线方向的两侧分别设置一个用于检测烟气中颗粒电核的传感器，分别为前传感器208 和后传感器209，这两个传感器为一组，这两个传感器迎着取样管插入烟道的方向插入到烟道内，并通过支座固定在烟道的内壁上，每两只传感器对应一个取样管的取样口。
48.具体参照图3中最左侧网格分区内的三个取样管，其中每个取样管对应一对检测传感器，具体地，第一组传感器213对应第一取样管201，第二组传感器214 对应第二取样管202，第三组传感器215对应第三取样管203，而且这三组传感器的固定支座均对应设置在三个取样管固定支座的对面。
49.这两个(一对)传感器垂直于烟道轴线插在烟道内，且通过支座固定在烟道上，同时需要说明，这两个(一对)传感器的伸入烟道内的长度以到达相对应的取样口的位置为准。
50.进一步地，所述前传感器208和后传感器209均连接在第一级信号处理单元 210上，通过这两个传感器检测的信息分析得到烟气的流量，具体计算过程如下：烟气中的颗粒物在烟道中高速运动的时候，通过碰撞和摩擦，产生带电粒子，当带电粒子经过一对传感器的时候，传感器上的探头会产生与带电粒子等量的感应电，并传送到信号处理器。
51.所以，对于测量层测量分区216内的烟气流速满足下述公式：
[0052][0053]
其中v为烟气的流速；l为两个所述传感器之间的距离；δt为信号处理器接受到感应信号的时间差。
[0054]
由于两个传感器之间的距离为l，该l在安装传感器的时候就已经确定了，δt 为前传感器和后传感器器检测到的感应信号的时间差，这样就可以得出来在这个特定的分区内的烟气的流动速度。
[0055]
进一步地，根据在对应的分区的横截面积，我们就知道该分区内的烟气流量。
[0056]
对于每个测量分区216的横截面积，可以通过烟道整个横截面积求得，如果烟道的横截面积为s，那么每个网格分区内的面积就s1等于
[0057][0058]
其中axb为均匀分成测量分区216的数量。
[0059]
作为优选地，本实施例中的取样管上下两侧的传感器之间的距离优选为 200mm，需要说明的就是，当一部分烟气中颗粒经过后传感器209的时候，由于两个前后传感器的距离比较靠近，所以基本上流经后传感器的烟气颗粒会大部分经过前传感器208，所以通过这两个传感器的感应信号的时间差代表烟气颗粒运动的时间。
[0060]
进一步，作为优选地，本实施例中一组检测传感器分别连接一个第一级信号处理单元210，多个第一级信号处理单元210连接到第二信号处理单元211上，然后第二信号处理单元211连接到控制柜206(pc外挂)上。
[0061]
最后，每个测量分区216内的两个传感器检测的信息经信息处理单元处理后，传到控制柜(pc外挂)上，所述控制柜(pc外挂)根据测量分区216内的烟气浓度和烟气流量控制对应的喷氨格栅层喷氨分区241内的喷嘴喷氨。由于该装置的全截面同界面全时的精准测量和控制，就能够避免喷氨不均、甚至过喷、欠喷的不良后果，同时也提高了烟气脱硝的效率。
[0062]
最后需要说明的就是，本实施例中的测量层的布置要尽可能的靠近喷氨格栅层，这样当烟气可以尽可能短的时间通过测量层和喷氨格栅层，以便尽可能使这两个层面上相对应分区内的烟气流束保持一致，也就是说，喷氨格栅层上的每个喷氨分区的喷嘴的喷氨量可以高度精准快地对测量层的测量数据做出反应，最大限度地达到精准喷氨。
[0063]
下面详细说明一下基于上述喷氨控制装置的喷氨控制装置的工作方法：
[0064]
本实用新型提供的喷氨控制装置为例，
[0065]
(1)、首先把喷氨格栅在垂直于烟道轴线的烟道截面上均匀分成12个喷氨分区241，然后再在喷氨格栅的一侧在垂直于烟道轴线的烟道截面上均匀分成12 个与喷氨分区相对应12个测量分区216；
[0066]
(2)、在12个测量分区216的每一个网格内布置一对测量烟气流量的传感器和一个检测烟气浓度的取样管，在同一网格内同时进行流量和浓度测量；
[0067]
(3)、由于每个网格内布置一对(二只)传感器，可以得到流量测量数据，烟气浓度测量则是釆用循环抽取每个网格内的烟气样品，然后依次通过取样母管送到分析仪表，依次得到各个网格内的烟气在某个时间点的浓度，然后与各网格内的流量数据通过控制柜(pc外挂)共同控制喷氨总阀和支阀，进而控制相对应网格的喷氨量，每个循环的时间可根据现场要求设定。
[0068]
理论上，每个循环取样间隔的时间越短，则越接近得到烟气的实时浓度，则越更精确地控制喷氨量。
[0069]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0070]
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。