一种大烟道全尺寸烟气成分测量装置技术领域
本发明涉及烟气成分测量技术领域，具体涉及一种大烟道全尺寸烟气成分测量装置。
背景技术
对于火电厂烟气成分的测量，主要针对烟气中的污染物(SO2、NOx等)、氧量、水分以及
脱硝未反应的氨等。火电厂环保设施的投运状态，需根据上述烟气成分的在线测量结果进行
实时调整，以便达到最佳的排放控制水平。随着我国对大气污染物排放水平的控制越来越严
格，烟气成分的测量正逐渐受到重视。
目前，现有烟气成分在线测量手段存在一些缺点，包括：测点布置仅靠近烟道一侧，且
伸入烟道内部的取样部分太短，无法测量烟道中心及对侧的烟气成分，不具有代表性；测点
太少，往往用一两个测点的测量结果来代替整个烟道截面的实际值，使得测试数据随测点位
置处的烟气成分波动而波动，造成了测试结果的不准确性以及测试结果的剧烈波动。因此，
随着火电厂机组规模越来越大、烟道截面逐渐增大，上述缺点就更加明显，现有的烟气成分
在线测量手段已无法满足现阶段对于准确测量烟道中烟气成分的要求。
发明内容
针对现有在线烟气成分测量手段存在的不足，本发明的目的是提供一种大烟道全尺寸烟
气成分测量装置，能够实现烟气成分的精确测量，为烟气排放控制及烟气处理的工艺调整提
供可靠依据。
为达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种大烟道全尺寸烟气成分测量装置，用以测量一烟道内烟气成分；包括：
至少一烟气成分收集测量单元；
至少部分伸入所述烟道内部的至少一取样管路；
所述取样管路包括与所述烟气成分收集测量单元连通的一主管路；均匀布置在所述烟道
的一横截面内与所述主管路连通的多根分管路；所述多根分管路上开设有均布于前述横截面
内的多个取样孔。
进一步地，所述取样孔的开口方向与所述烟道内烟气流向一致。
进一步地，所述多个取样孔阵列均布或者环形均布于所述横截面。
进一步地，所述烟道的截面面积大于等于0.3m2。
进一步地，所述烟气成分收集测量单元用以测量烟道中污染物的含量。
进一步地，所述分管路为等截面管，各所述取样孔的开口面积之间的比例关系满足：各
所述取样孔内的烟气流速相同。
进一步地，所述分管路为阶梯管，包括任一分管路上设置的取样孔的数量对应的多节管
段，各节管段的截面面积之间的比例关系满足：所述横截面内各取样孔内的烟气流速相同。
进一步地，所述烟道为矩形管道，所述取样孔阵列均布于所述横截面内，所述横截面分
为与所述取样孔数量和位置对应的多个等面积的矩形区域，所述矩形区域的面积为0.08-1.0
m2。
进一步地，所述烟道为圆形管道，所述取样孔环形均布于所述横截面内，所述横截面分
为与所述取样孔数量和位置对应的多个等面积的环形或扇形区域，所述环形或扇形区域的面
积为0.1-1.57m2。
进一步地，所述烟气成分收集测量单元位于所述烟道外部。
通过采取上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
(1)通过采用多根分管路设计，每根分管路上设置有多个取样孔，可以做到对烟道截面
的全覆盖，面积覆盖程度较现有技术大幅度提高。
(2)烟气经过的取样孔、分管路、主管路，汇总流入烟道外布置的烟气成分收集测量单
元，烟气成分的测量结果为多取样孔获取的烟气的平均结果，即整个烟道截面上的平均结果，
且上述平均结果是实时平均，而非数学平均(数学平均即可认为多次对一个测点进行测量，
最后再将多次测量结果取平均值；或者使用同一测量装置分别测量多个测点后，再将多次测
量结果取平均值。由于烟道内烟气流速并非均一的，烟气分布也是实时变化，这样非常可能
会导致测量结果不准确)，有效避免了个别取样孔处烟气成分波动而造成的测量结果波动，测
量结果更为准确、更具代表性。
(3)整个装置加工安装方便，适应性强。在工程应用中，可根据实际情况灵活调整取样
孔、取样管的布置数量，也可采用分区布置的方法，适应性强。
附图说明
图1为本发明一实施例中的大烟道全尺寸烟气成分测量装置的结构示意图。
图2为本发明一实施例中的等截面管形式的分管路的结构示意图。
图3为本发明另一实施例中的阶梯管形式的分管路的结构示意图。
图4为本发明一实施例中的大烟道全尺寸烟气成分测量装置的布置示意图。
图5为本发明又一实施例中的大烟道全尺寸烟气成分测量装置的结构示意图。
图6为本发明又一实施例中的大烟道全尺寸烟气成分测量装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说
明如下。
如图1及图4所示，在一实施例中，提供了一种大烟道全尺寸烟气成分测量装置，用以
测量一烟道1内烟气成分；包括：烟气成分收集测量单元4；部分伸入烟道1内部的取样管
路2；取样管路2包括与烟气成分收集测量单元4连通的一主管路；均匀布置在烟道1的一
横截面内与主管路连通的多根分管路；在多根分管路上开设有均布于前述横截面内的多个取
样孔3。烟气成分收集测量单元4用以测量烟气中各种污染物的含量，为目前公知仪器，例
如烟气成分分析仪，在实际应用中，可根据不同流量选取其相应规格。其具体结构和功能为
本领域技术人员所习知，且在目前对烟气成分进行测量、分析的实际工程中广泛应用，在此
不再赘述。
烟气成分收集测量单元4布置于烟道1外，取样孔3为背向烟气来流布置，即其开口方
向与所述烟道1内烟气流向一致。取样管路2中，尤其是分管路，可根据实际需要采取等截
面管或阶梯管两种形式。例如，如图2所示，在一些实施例中，分管路5为等截面管，其截
面为规则的矩形、圆形或类圆形。在开设取样孔3时，保证各取样孔3的开口面积之间的比
例关系满足：各取样孔3内的烟气流速相同。可使进入每个取样孔3的烟气量保持一致。
又例如，如图3所示，在另一实施例中，分管路6为阶梯管，包括任一分管路上设置的
取样孔3的数量对应的多节管段，各节管段的截面面积之间的比例关系满足：该分管路上的
各取样孔3内的烟气流速相同，使进入每个取样孔3的烟气量保持一致。
前述实施例中，一套取样管路2及其上设置的取样孔3可将烟道1完整分区。实际应用
中，取样管路2的数目根据烟道截面积合理设置，取样孔3同样根据烟道截面积合理设置。
例如，在另外的是实施例中，当烟道1长宽比较大时，则将取样管路进行分区布置。具体遵
循如下规则：长宽比小于1.5时，则仅布置一套烟气成分收集测量单元及取样管路；如图5
所示，长宽比为1.5至2.5时，则将烟道的横截面分为两个分区，布置两套烟气成分收集测
量单元4及取样管路2，只要保证取样孔3是均布在烟道1的一个横截面内即可；如果长宽
比大于2.5，则相应地布置三套烟气成分收集测量单元及取样管路。根据烟道长宽比，选择
是否对取样管路进行分区布置，使测量结果更具有代表性，且能够反映烟道同一横截面不同
分区的烟气成分差别。
装置在使用时，烟气经取样孔3、取样管路2，汇总流入烟气成分收集测量单元4进行分
析测量。烟气成分的测量结果为多取样孔的实时平均结果，即整个烟道截面上的平均结果，
有效避免了个别取样孔处烟气成分波动而造成的测量结果波动，测量结果更为准确、更具代
表性。
下表为使用现有取样方法和本装置的取样方法对SCR反应器入口氮氧化物的测量结果，
从表中可以看出，由于现有取样方法只对特定位置点处的烟气成分进行测量，无法消除烟气
成分的波动性，造成测量结果的不稳定；采用图1所示的实施例中的装置进行烟气成分测量，
由于测量结果为多取样孔的实时平均结果，即整个烟道截面上的平均结果，规避了单个取样
点烟气成分波动对测量结果的影响，测量结果更稳定、更准确。
测量时间
NOx浓度mg/Nm3
10:05
398
10:10
356
10:15
420
10:20
370
表1现有取样方法测量结果(测量位置：SCR反应器入口)
测量时间
NOx浓度mg/Nm3
11:05
385
11:10
392
11:15
390
11:20
386
表2本图1所示的实施例中的装置测量结果(测量位置：SCR反应器入口)
如图6所示，在又一实施例中，测量装置布置于圆形烟道时，则取样孔3采用环形均布
的布置方式，取样管路2深入烟道内的分管路为圆弧形，能够有效覆盖烟道截面，提高测量
准确性。
实际工程中，取样孔直径及数量、取样管路直径及数量、取样管路布置方式可根据数值
模拟结果、物模试验结果及现场实际情况选取。
取样孔在烟道中的具体布置规格如下：
1)矩形或方形烟道
将烟道截面分成适当数量的等面积区域，以各区域的中心为测点。在测点处布置取样孔。
等面积区域的数量按表3选取，一般测点不超过20个。
烟道截面面积m2
等面积区域长边长度m
测点总数
0.5～1.0
<0.50
4～6
1.0～4.0
<0.67
6～9
4.0～9.0
<0.75
9～16
>9.0
≤1.0
≤20
表3矩(方)形烟道的等面积区域规格和测点数
2)圆形烟道
将烟道截面分成适当数量的等面积同心环形或扇形区域，各测点选在各等面积中心线与
呈垂直相交的两条直线的交点上，其中一条直径线应在预期浓度变化最大的平面内。在测点
处布置取样孔或对应取样孔的投影位置。不同直径的圆形烟道的等面积环数、测量直径数及
测点数见表4，一般测点不超过20个。
烟道直径m
等面积区域数
测量直径数
测点数
0.3～0.6
1～2
1～2
2～8
0.6～1.0
2～3
1～2
4～12
1.0～2.0
3～4
1～2
6～16
2.0～4.0
4～5
1～2
8～20
>4.0
5
1～2
10～20
表4圆形烟道分环及测点数
如前所述，可根据取样烟气量选择等截面分管路或阶梯管分管路，分管路截面与取样孔
开口面积的关系以如下的实施例具体进行描述：
1、分管路等截面，取样孔开口不同
某矩形烟道，长宽均为2m，布置有烟气成分测量装置(其具体结构参照前述各实施例)，
设置分管路，该分管路数量为4根，均匀布置，分管路为等截面的圆形管，直径为0.1m。每
根分管路设置有4个取样孔，取样孔沿分管路管均匀布置(实质上取样孔是均匀分布在取样
管路所在横截面)，取样孔开口面积。从距离烟气成分收集测量单元最远的取样孔，至最近
的取样孔，取样孔直径依次为0.062m、0.055m、0.05m、0.044m。按照此参数进行布置，可
保证进入每个取样孔的烟气流量保持一致。
2、分管路变截面，取样孔开口相同
某矩形烟道，长宽均为2m，布置有烟气成分测量装置(其具体结构参照前述各实施例)，
设置有分管路，分管路的数量为4根，均匀布置，每根分管路设置有4个取样孔，取样孔沿
分管路均匀布置(实质上取样孔是均匀分布在取样管路所在横截面)，各取样孔直径均为
0.05m。分管路则按长度方向均匀分为4段，每段直径不同，从距离烟气成分收集测量单元最
远的管段，至最近的管段，直径依次为0.115m、0.11m、0.105m、0.1m。按照此参数进行布
置，可保证进入每个取样孔的烟气流量保持一致。
3、取样管变截面，取样孔开口不同
某矩形烟道，长宽均为2m，布置有烟气成分测量装置(其具体结构参照前述各实施例)，
设置有分管路，分管路的数量为4根，均匀布置，每根分管路设置有4个取样孔，分管路按
长度方向均匀分为4个管段，每段直径不同。每根分管路设置有4个取样孔，取样孔沿分管
路均匀布置。从距离烟气成分收集测量单元最远的管段，至最近的管段，直径依次为0.11m、
0.106m、0.103m、0.1m。从距离烟气成分收集测量单元最远的取样孔，至最近的取样孔，取
样孔直径依次为0.055m、0.052m、0.05m、0.047m。按照此参数进行布置，可保证进入每个
取样孔的烟气流量保持一致。
需说明的是，以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根
据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本
发明技术方案的保护范围内。