CN100557408C - 烟气排放在线连续检测系统采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种烟气排放在线连续检测系统采样装置,其特征在于采样装置,由取样除灰机构、控制器和取样泵组成。所述取样除灰机构用于采集样气并清除气体中的粉尘,由主体结构、反吹控制器、反吹气管、清扫控制器、烟气样气出口、除尘滤芯、清扫执行器组成。所述控制器由变频器、微机、烟气流速采样接口、控制输出接口、变频器输出接口,供电导线接口组成,所述微机控制取样除灰机构取样除灰;同时控制取样泵的取样速度,实现采样的同步性。所述取样泵由控制线接口、风机、烟气检测样气入口、多余样气出口构成。本发明解决了采样堵塞、同步取样、负压取样难题,既可在恶劣环境下,为控制生产过程的气体检测取样,也适用于在各种气体环保检测采样。
Description
技术领域
本发明属于检测设备技术领域,具体涉及一种烟气排放在线连续检测系统采样装置,应用于冶金、水泥、火力发电等行业的烟气排放检测。
背景技术
随着现代能源的紧缺,和国外企业逐步进入中国市场,要求我们的企业,特别是一些能源开采型企业必须加大能源节约力度和提高生产效率。要对工业生产过程进行最优化生产控制,必须选择合适的、能反映生产反应过程的表征量,这些表征量可能是化学反应的产物,或者是反应的反应条件。例如在冶金(氧化铝、铁矿石焙烧、钼矿石焙烧等)生产过程中,以反应生成物为反应冶金效率的一个重要指标。但是在生产过程中,要瞬时检测固体成份在目前技术条件下难度较大(甚至不可能)。而对化学反应所生成的气体进行检测还相对容易实现。近期,在国际上对气体成分的在线分析已日趋成熟,美国、法国、日本等发达国家已有成熟的产品出售。由于气体检测能实现很好的在线性,针对气体的检测手段也比较成熟,比如利用光谱法(根据Lambert-Beer基本定律)对生产过程气(通常以烟气的形式排出)进行检测,在化工烟气检测设备中得到了很好的应用。
要对工业烟气进行检测,首要的工作是对烟气取样。取样的好环直接关系到后端仪器的检测效果。还有一种可能,在某些恶劣环境下取样设备无法为后端检测仪器取到样气,即取样装置出现了堵塞,这就要求有一个很好的烟气在线排放连续检测系统的取样设备(又称采样探头)。现在国内外常见测采样探头主要针对非常洁净的取样环境进行采样。探头的机构较为简单,比如德国A+公司的Genie采样探头,Axiom分析仪器公司的光谱传输探头等等([美]罗伯特E·谢尔曼 著 冯秉耘 高长春 译 过程分析仪样品处理系统技术.化学工业出版社2004年)。这些探头在洁净环境下能很好的工作,但是,工业生产环境一般是比较恶劣的,(如菱铁矿冶炼焙烧,铝的冶炼)生产中排放的烟气,一般是高粉尘溶度,高湿度的气溶胶。常烟气的粉尘浊度都很大,一般都达到几百毫克每立方,虽然工厂一般会引进一定的除尘设备(比如旋风除尘、布袋除尘、静电除尘等),但是烟囱烟气的粉尘浓度还是很大,一般还有几十毫克每立方。这种情况下要对烟气进行采样,采样探头也要吸取大量的粉尘,同时烟气的湿度也是很大的。当样气进入取样设备,随着样气粉尘动能的降低和样气温度的下降,将会导致采样头的堵塞。探头一旦堵塞,就无法取到样气,后端的烟气检测设备也就不能对烟气进行检测。而且取样探头一旦堵塞,烟气输送管道也容易堵塞,这种情况下,后续的维护清理工作会更加困难。
其次是在线同步取样能力差,在线检测一个基本的要求是,检测的同步性,要求检测的数据结果和检测对象的实际万分是一致的。常见的采样探头是直接对烟气引管取样,没有对烟气的流速进行分析,这必会导致采样的烟气样气出现大滞后现象,这就直接导致检测的数据也是滞后的,不能实时反映生产的过程情况。
再其次是负压取样能力较差,由于烟囱要排放烟气,就必须利用大风机对生产管道进大功率吸气,同时工业的化学反映过程也有可能消耗大量反应物中的气体,这必将导致取样烟气管道出现的大的负压现象,一般都能低于大气压几百Pa。如果直接对烟气进行取样,或者取样泵能力不强,将导致无法正常取到烟气样气。
发明内容
本发明针对现有采样探头存在的问题,结合气动、电动技术提供了一种新型的烟气排放在线连续检测系统采样装置,使其在各种工业环境下能顺利采样。
本发明解决上述技术问题所采用的烟气排放在线连续检测系统采样装置的组成包括取样除灰机构A、采样头控制器B和取样泵C三部分。
所述取样除灰机构A于采集样气并清除气体中的粉尘,由主体结构、反吹控制器、反吹气管、清扫控制器、清扫执行器、烟气样气出口、、除尘滤芯、烟气样气入口组成。其中,主体结构是上部为圆柱形、下部为圆锥形的簿壁壳体;在下部圆锥形壳体的下端口为烟气样气采集口;在上部圆柱形壳体内设置一直径与之适配的圆盘,此圆盘上开设有多个孔,除尘滤芯竖直安装于孔上;反吹控制器控制的反吹气管的每个送气口对应一个除尘滤芯,向除滤尘芯输入高压气流,去除尘芯吸附的滤饼;反吹控制器;、烟气样气出口;分别设置在圆柱形壳体顶面与圆盘之间的壳体外两侧,其中烟气样气出口与取样泵C连通,清扫控制器4则置于圆柱形壳体的顶面上,控制竖直穿过主体结构1中心的清扫执行器7清除烟气采集口8积留的粉尘;
所述控制器B主要由变频器、微机、烟气流速数据采样导线接口、控制输出接口、变频器输出接口、供电导线接口组成,控制器主要完成两个控制目标,由微机控制取样除灰机构A取样除灰;同时根据烟气流速数据采样接口采集的烟气流速,指令变频器控制取样泵C的取样速度实现采样的同步性;
所述取样泵C为烟气同步取样提供动力,由取样泵入口、控制线接口、取样泵风机、烟气检测样气入口、多余样气出口构成,可实现在负压下取样。
根据本发明,所述反吹控制器、清扫控制器均由电磁阀构成,两电磁阀与控制器B的控制输出接口导通,控制对粉尘的反吹和清扫。
根据本发明,所述除尘滤芯是由非金属纤维材料制成的筒式结构,在筒内装有气体动力均匀分布器,保证高压气体在除尘滤芯内的均匀分布,由反吹控制器控制的高压气体经反吹气管吹入气体动力均匀分布器,在气体动力作用下,清除除尘滤芯上附着的滤饼。
根据本发明,所述烟气采集口的内壁上方为槽形结构,所述清扫执行器的上端装有清扫控制器,下端为圆盘结构,此圆盘置于烟气采集口内,并与其适配,在清扫控制器的控制下,清扫执行器的圆盘在烟气采集口内上下移动,采集样气及清除口内的粉尘。
本发明与现有技术相比较,具有显著的特点:
1.本发明采集的烟气在取样除灰机构中,通过除尘滤芯除去烟气中的大量粉尘,同时利用反吹控制器定期除去滤芯上的滤饼,再利用清扫执行器清除样气入口的粉尘。使采样烟气粉尘浊度小于15mg/M3,同时解决了采样入气口和管道堵塞的技术问题,保证了检测系统的正常运行。
2.本发明根据烟道中烟气的流速来控制变频器的输出频率,用于控制取样泵的取样速度,保证了取样速度和烟道中的烟气速度保持一致,解决了取样的同步性差的技术问题,实现取样的同步性。
3.通过变频器控制的取样泵具有较强驱动力,能保证在烟道压力-800Pa~+300Pa范围内能取样,解决了现有技术在负压下不能取样的技术问题。
本发明既可以用于在各种工业恶劣环境下,为控制生产过程的气体检测仪器取样,也适用于在各种气体环保检测仪器的采样,具有良好的发展前景。
附图说明
图1本发明采样装置整体结构示意图
图2本发明采样除灰机构A的示意图
图3反吹控制示意图
图4-a清扫执行器结构示意图
图4-b采样除灰机构A的样气入口内壁结构示意图
图5烟气采样状态示意图
图6清扫状态示意图
图7控制器B组成示意图
图8控制采样除灰机构A的工作流程图
图9取样泵C的组成示意图
具体实施方式
如图1所示,本发明的采样装置主要由取样除灰机构A、控制器B和取样泵C三部分组成。采样除灰机构A主要用于解决采样堵塞,确保后端输送管道和检测仪器的样气为低粉尘浊度样气;
控制器B是取样装置的控制核心,对其他两个部分的运行进行控制;取样泵C为采样除灰机构A的采样提供动力,为检测系统输送样气。
如图2所示,在采样除灰机构A的主体结构1上设置有反吹控制器2、反吹气管3、清扫控制器4、烟气样气出口5、除尘滤芯6、清扫执行器7、烟气样气入口8,其中
主体结构1的结构是上部为圆柱形、下部为圆锥形的簿壁壳体,在下部圆锥形壳体的下端口为烟气样气采集口8;在上部圆柱形壳体内设置一直径与之适配的圆盘12,此圆盘上开设有多个孔,除尘滤芯6竖直安装于孔上;
反吹控制器2,由电磁阀构成,与控制器的输出接口14连接,用于控制高压气的导通,实现滤芯滤饼的去除;
反吹气管3,高压气通道,设置在主体结构1内,该气管上的每个出气口对应于一个除尘芯6反吹除尘;
清扫控制器4由电磁阀构成,与控制器的输出接口14连接,用于控制清扫执行器7除去样气入口8内的积留粉尘;
烟气样气出口5,与取样泵入口17连通,将经过净化的洁净样气送取样泵C;
除尘滤芯6,可以是一个或多个,本发明优选为三个,由非金属纤维材料可采用聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等,本发明优选聚四氟乙烯为滤芯材料制成筒式结构,用于过滤烟气中的粉尘;
清扫执行器7,受清扫控制器3控制实现清扫工作;
烟气样气入口8,在取样泵C的作用下进行烟气取样。
在采样除灰机构A中烟气的流动过程是,烟气由样气入口8进入,通过除尘滤芯6除去烟气中的大量粉尘,同时利用反吹控制器2、反吹气管3定期除去滤芯上的滤饼,再利用清扫控制器4控制清扫执行器7清除采样口8的粉尘。这就保证了采样机构不受堵塞,并能使烟气出口5的样气的粉尘浊度保持在小于15mg/M3。
如图3所示,反吹气管3与反吹控制器2连接并受其控制。反吹管的结构为非标准的Y形三通管,根据采样除尘机构A上设置的除尘滤芯6的数目,设定反吹气管上的送气口。除尘滤芯2为筒状结构,在除尘滤芯2的筒子中,装有气体动力均匀分布器9,利用反吹气管3的高压空气的动力,通过气体动力均匀分布器9,将高压气体能均匀分布到除尘滤芯6上,除去滤芯上的滤饼。除去的滤饼瞬间成为粉尘
如图4-a所示,清扫执行器7为杆状结构,在杆的上端连接清扫控制器也就是电磁阀4,下端为一金属圆盘。图4-b是样气入口8的内壁上方为槽形结构。清扫执行器7的圆盘置于样气入口8内,清扫控制器4控制清扫执行器7在样气入口8内上下移动,当圆盘向上移动时,样气顺着入气口8的槽进入主体结构1中,实现采气,如图5所示。当向下移动至入口8底部时,如图6所示,清扫执行器7在移动过程中将反吹落入口中的粉尘推至烟道中完成清扫。防止采气管道的堵塞。
如图7所示,本发明的控制器B由变频器10、微机11和各控制接口组成。其中变频器10由微机11控制输出频率,从而控制取样泵C的取样速率;微机11控制采样除灰机构A进行采样除灰;根据微机11检测的烟气流速,控制变频器10的输出;烟气流速数据采样导线接口13,用于检测烟气流速的模拟数据输入,为烟气的同步检测提供时钟依据;控制输出接口14,与反吹控制器2、清扫控制器4连接,控制实现反吹和清扫功能;变频器输出接口15,控制取样泵的取样速率;供电接口16,为控制器提供AC220V电源。
参见图8,控制采样除灰机构A的整个工作流程的关键是要保证采集样气的洁净度,因此,当执行反吹和清扫灰尘程序时,取样泵C停止工作,采样除灰机构A停止采样;当取样泵C启动时,反吹清扫灰尘停止工作。通过微机程序控制取样泵C的启动与停止,控制反吹、清扫机构的启动与停止,实现采样与除灰的分时控制。保证了所取样气的洁净度。
参见图9,取样泵C包括取样泵入口17、控制线接口18、取样泵风机19、检测仪器的样气取样口20、多余样气出口21。所述采样除灰机构A的出气口5与取样泵入口17连接,将洁净的样气通过样气取样口20送入检测仪器。所述控制线接口18与变频器输出接口15连接,控制取样泵C的取样速率,实现同步采样。取样泵C为采样除灰机构A的取样提供驱动能力,解决了采样装置在负压下取样困难的技术问题,实现在烟道压力-800Pa~+300Pa范围内能取样。并且在控制器B控制下,实现了取样的同步性。圆满解决了取样能力不强的技术问题。
Claims (5)
1.一种烟气排放在线连续检测系统采样装置,其特征在于采样装置,由取样除灰机构(A)、控制器B和取样泵(C)组成,
所述取样除灰机构(A)用于采集样气并清除气体中的粉尘,由主体结构(1)、反吹控制器(2)、反吹气管(3)、清扫控制器(4)、烟气样气出口(5)、除尘滤芯(6)、清扫执行器(7)组成,其中,主体结构(1)是上部为圆柱形、下部为圆锥形的簿壁壳体,在下部圆锥形壳体的下端口为烟气样气采集口(8),在上部圆柱形壳体内设置一直径与之适配的圆盘(12),此圆盘(12)上开设有孔,除尘滤芯(6)竖直安装于孔上,由反吹控制器(2)控制的反吹气管(3)的每个送气口对应一个除尘滤芯,输入高压气流去除吸附的滤饼;反吹控制器(2)、烟气样气出口(5)分别设置在圆柱形壳体顶面与圆盘(12)之间的壳体外两侧,其中烟气样气出口(5)与取样泵(C)连通,清扫控制器(4)则置于圆柱形壳体的顶面上,控制竖直穿过主体结构(1)中心的清扫执行器(7)除去烟气样气采集口(8)积留的粉尘;
所述控制器B主要由变频器(10)、微机(11)、烟气流速数据采样导线接口(13)、控制输出接口(14)、变频器输出接口(15)和供电导线接口(16)组成,所述微机(11)控制取样除灰机构(A)取样除灰;同时根据烟气流速数据采样导线接口(13)采集的烟气流速,变频器(10)控制取样泵(C)的取样速度,实现采样的同步性;
所述取样泵(C)为烟气同步取样提供动力,由取样泵控制线接口(18)、取样泵风机(19)、烟气检测样气入口(20)和多余样气出口(21)构成,实现在负压下取样。
2.根据权利要求1所述的烟气排放在线连续检测系统采样装置,其特征在于所述反吹控制器(2)和清扫控制器(4)均由电磁阀构成,两电磁阀与控制输出接口(14)导通,控制对粉尘的反吹和清扫。
3.根据权利要求1所述的烟气排放在线连续检测系统采样装置,其特征在于所述除尘滤芯(6)是由非金属纤维材料制成的筒式结构,在筒内装有气体动力均匀分布器(9),通过反吹气管(3)将高压气体吹入气体动力均匀分布器(9),除去除尘滤芯(6)上附着的滤饼。
4.根据权利要求1或2所述的烟气排放在线连续检测系统采样装置,其特征在于所述烟气样气采集口(8)的内壁上方为槽形结构;所述清扫执行器(7)的上端装有清扫控制器(4),下端为圆盘结构,此圆盘置于烟气样气采集口(8)内,并与其适配;在清扫控制器(4)的控制下,清扫执行器(7)的圆盘在烟气样气采集口(8)内上下移动,实现采集样气和清除口内的粉尘。
5.根据权利要求1所述的烟气排放在线连续检测系统采样装置,其特征在于取样除灰机构(A)采集样气与除灰是分时进行。
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