[发明专利]锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统

说明书

本发明公开一种锅炉水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统，它包括烟气取样单元、传输单元和检测单元，烟气取样单元通过传输单元与检测单元连接；烟气取样单元和传输单元设置在锅炉水冷壁保温层中，烟气取样单元设有若干个烟气取样装置，锅炉水冷壁鳍片上开设有若干与烟气取样装置烟气进口相适配的取样口，每个烟气取样装置的烟气进口由水冷壁鳍片的背火侧安装在该取样口上。本发明中高温光学分析仪实现了Hsubgt;2/subgt;S和SOsubgt;2/subgt;的准确在线监测；解决了烟气取样探头烧损、堵塞的问题；独特的取样管伴热方式、烟气除尘方式及烟气取样孔形状，提高了系统运行的稳定性；通过多组测量点，实现了多测点单台仪器短周期测量。

技术领域

本申请涉及燃煤电厂锅炉水冷壁高温腐蚀监控与防治技术，具体涉及一种燃煤锅炉炉膛水冷壁近壁区烟气分组在线监测系统及装置，属于电力及动力工程技术领域。

背景技术

近年来，伴随着燃煤电站锅炉大型化、高参数的发展，锅炉水冷壁高温腐蚀问题逐渐凸现。随着环保要求的日益严格，特别是火电厂NOx排放标准的不断提高，燃煤电站锅炉为了控制NOx排放均采用低氮燃烧技术。低氮燃烧技术组织形成的炉内强还原区虽可降低NOx的排放，但加剧了锅炉水冷壁高温腐蚀。水冷壁发生高温腐蚀后，壁厚减薄，强度降低，极易发生爆管，造成机组非停，已成为燃煤电站锅炉低氮改造后的一个顽疾，严重影响机组的安全稳定运行。

燃煤电站锅炉水冷壁高温腐蚀是典型的硫化物腐蚀，是煤粉在特定条件下燃烧形成的H₂S和自由态[S]与壁温350～500^oC的水冷壁发生反应造成的。水冷壁近壁区烟气中H₂S和自由态[S]的含量取决于主燃区煤粉燃烧过量空气系数。若煤粉在富氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO₂，对水冷壁基本没腐蚀作用。若煤粉在贫氧条件下燃烧，煤中S元素转化为SO₂的同时，生成部分H₂S和自由态[S]。一般而言，H₂S和自由态[S]的生成量随着烟气中氧含量的降低而升高。由此可知，水冷壁壁温及其近壁区烟气含氧量是影响高温腐蚀的两个关键因素。在壁温设定的条件下，提高近壁区烟气含氧量是缓解水冷壁高温腐蚀的有效途径。实时监测水冷壁近壁区烟气中O₂、CO及腐蚀性气体H₂S的浓度，是提高近壁区氧量的前提，也是开展高温腐蚀在线监测的基础。

综上分析可知，实时监测水冷壁近壁区烟气组分虽对预防和治理水冷壁高温腐蚀具有重要的意义和价值，但由于炉膛内部烟气温度高、组分复杂、含尘量大、水冷壁鳍片宽度小、取样困难等诸多原因，导致目前已有技术在应用中尚存在以下问题：

（1）烟气取样探头（枪、装置）烧损

由于炉膛温度高、辐射换热强、烟气取样流量小、冷却效果差等原因，安装在水冷壁上的烟气取样探头，特别是伸入炉膛内部的探头，极容易被烧损。烟气取样探头一旦烧损，会导致密封不严，出现泄露，致使测量结果失真。另外，烧损的探头前端发生熔融而变形，会导致前端取样管道堵塞，而此类堵塞采用常规的反吹等措施无法解决，致使系统无法正常工作。

（2）SO₂和H₂S测不准

H₂S气体是与水冷壁发生反应引发高温腐蚀的主要气体。准确监测H₂S对预测和监控水冷壁高温腐蚀具有重要的意义。由于SO₂和H₂S气体为酸性气体，易溶于水。若取样系统中出现水蒸气冷凝的现象，部分SO₂和H₂S会被吸收，从而影响测量结果的准确性。现有技术在烟气分析仪之前均采用多级过滤和冷凝的方式去除烟气中的水蒸气，以防其在管道内冷凝堵塞管道，损坏烟气分析仪。冷凝器虽将冷凝下的水通过蠕动泵排出，但是冷却在盘管上的水珠在未落入蠕动泵入口前对SO₂和H₂S还是有很强的吸收作用。因此，现有技术在测量H₂S和SO₂存在测不准的问题。