CN101069083B - 具有含反应催化剂的通道的气体组分探头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于确定含有第一气体组分和第二气体组分的燃气中第一气体组分含量的探头，其中第二气体组分通过第一气体组分还原或氧化而得，所述探头包括：第一组分探头，其用于获取第一气体样品，并将第一气体样品中存在的第一气体组分转化为第二气体组分，所述第一组分探头包括用于输送第一气体样品的第一通道，所述第一通道与第一气体样品接触的壁由用以将第一气体组分转化为第二气体组分的材料制成；以及第二组分探头，其用于获取第二气体样品，所述第二组分探头包括用于输送第二气体样品的第二通道，所述第二通道与第二气体样品接触的壁由不会将第一气体组分转化为第二气体组分的材料制成，转化后的第一气体样品中第二气体组分的总含量与第二气体样品中第二气体组分的总含量之差构成所述燃气中第一气体组分含量的测量值。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定气体中第一气体组分含量的探头，更具体的说，本发明涉及一种用于确定含有第一气体组分和第二气体组分的气体中第一气体组分含量的探头，其中第二气体组分通过第一气体组分还原或氧化而得。
本发明尤其涉及在确定含NO2和NO的气体中NO2含量方面的应用。
背景技术
为了确保符合环境标准，需要测量燃烧设备产生的NOX(氮氧化物)排放物的含量。NOX两个最重要的成分是NO(一氧化氮)和NO2(二氧化氮)，其中主要为NO，而NO2则毒性更强而且更易发生反应。目前必须使用提取气体分析法来准确测量低水平的NOX。用探头提取一份排放物的样品，通过输送管将该样品传输到一个测量仪器中，在所述测量仪器中对NO和NO2含量进行测量。目前已发现，探头和输送管的材料可能会改变排放物样品的组成，而导致测量仪器无法对NO/NO2含量进行准确测量。金属探头可将NO2转化为NO，从而导致测量结果中NO2的含量比实际值低。在高温下，即500摄氏度以上，尤其容易发生上述情况，例如，在燃气涡轮发动机的废气中。输送管的材料可能会吸收NO2，例如由聚四氟乙烯(PTFE)制成的输送管。与NO2相比，NO相对非常稳定。总的来说，借助目前测量NOX的方法测量出的NOX总含量往往偏低，尤其是NO2含量偏低。
发明内容
本发明的第一目标是提供一种用于确定含有第一气体组分和第二气体组分的气体中第一气体组分含量的探头，其中第二气体组分通过第一气体组分还原或氧化而得，所述探头包括：第一组分探头，其用于获取第一气体样品，并将第一气体样品中存在的第一气体组分转化为第二气体组分，所述第一组分探头包括用于输送第一气体样品的第一通道，所述第一通道由第一管形成，所述第一管包括复数个沿其长度方向间隔排列的第一孔，所述第一组分探头通过所述第一孔获取第一气体样品，所述第一通道与第一气体样品接触的壁由用以将第一气体组分转化为第二气体组分的材料制成；以及第二组分探头，其用于获取第二气体样品，所述第二组分探头包括用于输送第二气体样品的第二通道，所述第二通道由第二管形成，所述第二管包括复数个沿其长度方向间隔排列的第二孔，所述第二组分探头通过所述第二孔获取第二气体样品，所述第二通道与第二气体样品接触的壁由不会将第一气体组分转化为第二气体组分的材料制成，转化后的第一气体样品中第二气体组分的总含量与第二气体样品中第二气体组分的总含量之差构成所述气体中第一气体组分含量的测量值。
上述第一气体组分可以是NO2，第二气体组分则是NO。
第一组分探头可进一步包括一个用于将NO2转化为NO的转化装置，所述转化装置由与第一通道壁相同的材料制成，而且位于第一通道中，这样，当第一气体样品沿第一通道输送时，第一气体样品会穿过所述转化装置。
第一通道壁优选由镍合金制成，镍合金在将NO2转化为NO方面特别有效，第二通道壁优选由例如玻璃之类的陶瓷材料制成。
优选情况下，所述第一管由所述镍合金制成，所述第二管由所述陶瓷材料制成，所述第一管和第二管相邻并行设置，而且第一管和第二管彼此紧固，第一管支撑第二管。
第一孔和第二孔优选形成在第一管和第二管的相同侧上，并且位于管长度方向上的相应位置处。
本发明的第二目标是提供一种用于测量含有第一气体组分和第二气体组分的气体中第一气体组分含量的方法，其中第二气体组分通过第一气体组分还原或氧化而得，所述方法包括：获取第一气体样品，将第一气体样品中的第一气体组分转化为第二气体组分，并测量转化后的第一气体样品中第二气体组分的总含量；获取第二气体样品，测量第二气体样品中第二气体组分的总含量；用第一气体样品中第二气体组分的总含量减去第二气体样品中第二气体组分的总含量，从而确定气体中第一气体组分的含量。
上述第一气体组分可以是NO2，第二气体组分则是NO。
附图说明
下文将参照附图对本发明进行描述，其中：
图1表示根据本发明的一个探头；
图2表示从图1中的右侧观察而得的图1所示探头的端视图；
图3是沿图2中的线III-III所得的横截面；
图4是沿图1中的线IV-IV所得的横截面。
具体实施方式
参照附图，探头1包括第一组分探头3和第二组分探头5。组分探头3包括由镍合金制成的管7，镍合金在将NO2转化为NO方面特别有效。组分探头3进一步包括一NO2-NO转化装置9，所述转化装置9包括位于穿孔板11之间的剃齿，所述剃齿与管7一样由镍合金制成，所述穿孔板也是由所述镍合金制成。组分探头5包括一根陶瓷管13，例如玻璃管。
管7、13相邻并行设置。一安装板15固定在管的一端。从管的这一端沿管约3/5长度处，这两根管通过一夹具17彼此紧固。夹具17包括两个半体19，这两个半体19通过一个螺母21、一个螺栓23和一个垫圈25紧固在一起。通过如上所述将管7、13紧固在一起，较强的镍合金组分探头3支撑较弱的陶瓷组分探头5。孔27形成于管7、13的相同侧上并位于管的长度方向上的相应位置处。
探头1沿燃气涡轮发动机的废气气流方向延伸安装，从而使得孔27面向气流之中。为此，安装板15包括固定设备29。这样安装之后，探头能在废气气流宽度方向上进行有效取样。在气流宽度方向上取样能够准确获取气流的特征。
在探头1使用过程中，在探头上连接一个加热切换装置，例如一加热电磁阀，从而可在组分探头3、5之间进行周期性切换。带有加热样品泵的加热样品输送管与加热切换装置的共同出口相连，从而将样品传输到适用于测量NO的测量设备上。通过使用加热组件而维持测量设备内的样品完整性。
当组分探头3与测量设备连接时，样品泵通过镍合金管7中的孔27吸入燃气涡轮发动机排放的废气。废气沿管7行进，并穿过转化装置9。管7和转化装置9的镍合金用以将废气中所有的NO2转化为NO。应注意，这种转化需要借助废气的温度进行。废气中原来就存在的NO(初始NO)含量以及通过转化NO2而获得的NO(经转化的NO)含量通过测量设备加以测量。上述测量测出的总NO含量等于初始NO含量加上经转化的NO含量。
当组分探头5与测量设备连接时，通过陶瓷管13中的孔27吸入废气。因为陶瓷不会将NO2转化为NO，所以在组分探头5中没有NO2被转化为NO。因而，在组分探头5中，测量设备仅会测量废气中原来就存在的NO含量，即初始NO含量。
组分探头3、5的测量读数间的差就是废气中存在的NO2含量的测量值，因为存在的NO2含量与经转化的NO含量之间存在直接关系。从组分探头3的测量值(初始NO含量加上经转化的NO含量)中减去组分探头5的测量值(初始NO含量)，就能得到经转化的NO含量。
现有技术中存在这样一个问题，即探头会将NO2转化为NO，从而人为地降低NO2的测量值。在根据本发明的上述探头中，在组分探头3中，这种特性变成了优点，探头3被用来将所有存在的NO2转化为NO。而在现有技术中，输送管材料对NO2的吸收也是一个问题。在根据本发明的上述探头中，在组分探头3中，所有的NO2都转化为NO，因此输送管不会吸收任何NO2，而在组分探头5中，输送管对NO2的任何吸收都不是问题，因为探头5的目的仅仅是用来测量初始NO含量。
根据本发明的上述探头被应用于燃气涡轮发动机的废气中，并且利用废气的高温辅助组分探头3将所有的NO2转化为NO。如果使用所述探头来测量温度并没有这么高的气体中的NO2含量，那么就需要增加一个加热器来确保能在组分探头3中将所有的NO2转化为NO。
应注意，在极限情况下，本发明的上述探头可用来测量不含NO的气体中的NO2含量，也就是说，气体中不存在NO而仅存在NO2。在组分探头5进行测量时，初始NO含量为零，而组分探头3测量出的初始NO含量加上经转化的NO含量等于经转化的NO含量，也就是气体中的NO2测量值。
上文描述的本发明针对的是确定含有NO2和NO的气体中NO2的含量。应该意识到，本发明也可用来确定非NO2的气体组分(待测量的气体组分)的含量，此时气体中含有待测量的气体组分以及待测量的气体组分经过还原之后获得的另一气体组分。举例而言，本发明也可用于确定含有SO3(三氧化硫)和SO2(二氧化硫)的气体中SO3的含量。
上文描述的本发明针对的是确定含有第一气体组分和第一气体组分经过还原后获得的第二气体组分的气体中第一气体组分的含量。应该意识到，本发明也可用于确定含有第一气体组分和第一气体组分经过氧化(还原的逆过程)后获得的第二气体组分的气体中第一气体组分的含量。当然，在此情况下，出于通过氧化将第二气体组分转化为第一气体组分的目的，还可选择催化剂。本发明此用途的一个实例就是确定含有CO(一氧化碳)和CO2(二氧化碳)的气体中CO的含量。
Claims (8)
1.一种用于确定含有第一气体组分和第二气体组分的燃气中第一气体组分含量的探头，其中第二气体组分通过第一气体组分还原或氧化而得，所述探头包括：第一组分探头，其用于获取第一气体样品，并将第一气体样品中存在的第一气体组分转化为第二气体组分，所述第一组分探头包括用于输送第一气体样品的第一通道，所述第一通道由第一管形成，所述第一管包括复数个沿其长度方向间隔排列的第一孔，所述第一组分探头通过所述第一孔获取第一气体样品，所述第一通道与第一气体样品接触的壁由用以将第一气体组分转化为第二气体组分的材料制成；以及第二组分探头，其用于获取第二气体样品，所述第二组分探头包括用于输送第二气体样品的第二通道，所述第二通道由第二管形成，所述第二管包括复数个沿其长度方向间隔排列的第二孔，所述第二组分探头通过所述第二孔获取第二气体样品，所述第二通道与第二气体样品接触的壁由不会将第一气体组分转化为第二气体组分的材料制成，转化后的第一气体样品中第二气体组分的总含量与第二气体样品中第二气体组分的总含量之差构成气体中第一气体组分含量的测量值，其中所述第一管与所述第二管彼此分离。
2.根据权利要求1所述的探头，其中，第一气体组分是NO2，第二气体组分是NO。
3.根据权利要求2所述的探头，其中，第一组分探头进一步包括一个用以将NO2转化为NO的转化装置，所述转化装置由与所述第一通道壁相同的材料制成并且位于第一通道中，这样，当第一气体样品沿第一通道输送时，第一气体样品穿过所述转化装置。
4.根据权利要求2或3所述的探头，其中，所述第一通道壁由镍合金制成，镍合金在将NO2转化为NO方面特别有效，所述第二通道壁由陶瓷材料制成。
5.根据权利要求4所述的探头，其中，所述第二通道壁由玻璃制成。
6.根据权利要求4所述的探头，其中，所述第一管由所述镍合金制成，所述第二管由所述陶瓷材料制成，所述第一管和所述第二管相邻并行设置，并且所述第一管和第二管彼此紧固，第一管支撑第二管。
7.根据权利要求1所述的探头，其中，所述第一孔和第二孔形成在所述第一管和第二管的相同侧上，并且位于管长度方向上的相应位置处。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的探头，所述探头适用于确定燃气涡轮发动机产生的废气中的NO2含量。
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