[發明專利]一種煙氣中CO濃度混合取樣式在線監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201911022333.3
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110823833B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 彭志敏;周佩麗;杜艷君;丁艷軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N1/38;G01N1/24;G01N1/26
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種煙氣中CO濃度混合取樣式在線監測裝置及方法，屬于可調諧激光二極管吸收光譜技術領域。該裝置針對煙氣中CO分布不均勻的特點，將省煤器出口煙道分為多個區域，各區域中心位置安裝稀釋取樣探頭，混合后的煙氣進入赫里奧特池后結合波長調制光譜四次諧波與一次諧波比值法實現高精度免標定在線監測。該裝置及方法關鍵在于對多個區域CO濃度平均值進行監測，其結果更具代表性；采用稀釋方式取樣由于降低了煙氣露點無需做除水處理；采用赫里奧特池長光程進行測量提高了檢測精度；采用四次諧波與一次諧波測量方法根據濃度與比值曲線進行免標定測量。該測量裝置及方法解決了目前煙氣CO測量中取樣過程復雜、維護量大、單點測量代表性差等問題。

技術領域

本發明涉及一種煙氣中CO濃度在線測量裝置及方法，特別涉及基于波長調制光譜技術結合稀釋取樣和赫里奧特池長光程方式的煙氣CO濃度混合取樣式在線測量裝置及方法。

背景技術

燃煤電廠爐膛內燃燒過程的優劣直接影響鍋爐效率，導致經濟性問題。隨著我國環保對超低排放要求的提高，燃煤電廠采用低氮燃燒的方式降低氮氧化物排放。脫硝中低氮燃燒采用分級和缺氧方式進行，分級方式將燃燒所需要的空氣分為兩級送入爐膛，主燃燒區和燃盡區。主燃燒區處于富燃料、缺氧狀態，減少了氮氧化物的生成，然而由于不完全燃燒引起CO含量增加；進入燃盡區后，燃盡區屬于富氧區，然而由于燃盡區溫度低，雖然氮氧化物生成量較小，但是主燃燒區大量未燃盡氣體和焦煙由于混合差、溫度低等原因，CO排放濃度很高。CO的排放不僅造成煤炭資源浪費，而且容易造成爐膛管壁高溫氧化、結焦等，提高了電廠的維護成本。

目前燃煤鍋爐主要監測排煙氧量以預估燃料的送風比例是否恰當，燃燒是否完全，然而由于空氣中氧量較大，煙道漏風和儀表漏風會給氧量的測量帶來很大誤差，因此如果能將未完全燃燒產物CO監測與氧量監測結合，將會提高爐膛內燃燒工況監測的準確性和可靠性。此外，CO的在線監測對于磨煤機的安全運行也有重大意義，因此測量煙氣中CO的含量是非常必要性。

燃煤鍋爐中煙氣中CO濃度具有以下特點：含量偏高：運行數據顯示電廠CO濃度約有1/3時間濃度都超過1000ppm，經核算，以一臺600MW機組為例，每年1400小時CO均值為1000ppm，每年大約浪費924噸煤。而且，CO的濃度還與飛灰中碳含量具有正相關性，如果產生1000ppmCO，飛灰含碳量約增加2％，每年約浪費1693噸煤。波動劇烈：CO濃度短時間測量曲線顯示煙氣中CO濃度波動劇烈，濃度變化迅速，兩分鐘內，濃度可由幾十ppm上升至幾千ppm，然后再下降至幾十ppm。分布不均勻：由于爐膛配風不均，爐膛老化，火焰傾斜等原因，雖然氧量分布相對均勻，然而CO分布卻變化很大，因此需要對其進行分布式測量，從而調節配風，更好地控制燃燒。

目前煙氣中CO在線監測主要依靠煙氣在線監測系統(Continuous EmissionMonitoring System,CEMS)實現，該儀表采用非分散紅外原理結合取樣方式進行測量，然而為了確保測量煙氣成分不失真，取樣路徑需要進行伴熱和冷凝處理，取樣過程復雜，還會存在鏡片污染問題，儀表運行維護量大。而且目前所用儀表均采用單點測量方式，測量代表性差，無法適用于CO分布不均勻特點。

發明內容

為了解決目前依靠氧量作為燃燒效率評估依據存在的弊端及目前煙氣CO在線監測中存在的問題，本發明的目的是提供了一種煙氣中CO濃度混合取樣式在線監測裝置及方法。

本發明的技術方案如下：

一種煙氣中CO濃度混合取樣式在線監測裝置，該裝置包括信號發生模塊、激光器驅動模塊、可調諧半導體激光器、準直器、赫里奧特池氣室、光電探測器、稀釋取樣探頭、數據采集處理模塊、干涉儀和示波器；信號發生模塊與激光器驅動模塊通過導線連接，激光器驅動模塊與可調諧半導體激光器通過導線連接；可調諧半導體激光器與準直器通過光纖連接；稀釋取樣探頭與赫里奧特池氣室通過抽氣裝置和管路連接；所述稀釋取樣探頭分別安裝于煙道的不同區域內；光電探測器與數據采集處理模塊通過同軸電纜連接；光電探測器與示波器通過同軸電纜連接。