CN103726907A - 一种应用于南极科考支撑平台柴油发电机的烟气监控除尘系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于南极科考支撑平台柴油发电机的烟气监控除尘系统，包括一除尘器，该除尘器具有烟气进口、烟气出口、清灰装置以及灰斗，还包括烟气监测装置、辅助加热器、颗粒传输装置以及控制装置，烟气监测装置包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器以及颗粒流量传感器；除尘器辅助加热器设置在除尘器内部；颗粒传输装置设置于所述灰斗下部；控制装置控制所述辅助加热器接通或断开、控制所述清灰装置打开或关闭、控制所述颗粒传输装置开启或停止。与现有技术相比，本发明烟气监控除尘系统够使除尘系统稳定高效运行，同时实现烟气监控除尘装置的烟气监测、烟气除尘、除尘器自恢复、除尘器防结露、颗粒物自动传输的功能。

Description

一种应用于南极科考支撑平台柴油发电机的烟气监控除尘系统

技术领域

本发明涉及一种烟气监控除尘装置，具体涉及的是一种针对南极科考支撑平台低温、低压、无人值守的条件下监测柴油发电机排泄烟气中颗粒物粒径与浓度并去除烟气颗粒物以减少其向大气排放的烟气监控除尘装置。

背景技术

柴油发电机是不受地域限制、应用广泛的一种动力装置。由于柴油的组成成分复杂，燃烧产生的排泄烟气往往携带有颗粒物，对柴油发电机应用的局部区域环境造成影响。在南极科考支撑平台，由于天文观测对空气洁净度的要求很高，因此对南极地区柴油发电机排放烟气中颗粒物进行监测与处理势在必行。

对柴油发电机排泄烟气进行除尘的过程中，除尘器内部颗粒物会逐渐累积，当积累到一定量时，会导致排泄烟气流阻增加，增加能耗，同时还影响除尘器的除尘效率，此时应对除尘器进行清灰处理。在南极地区，外界条件恶劣，人力资源匮乏，在无人值守且电力匮乏的情况下，需要对除尘器在尽可能少的利用电能的前提下进行自动清灰。常规除尘器自动清灰处理周期是固定的，但由于除尘器除尘过程中，柴油发电机烟气排放量以及烟气中颗粒浓度是有波动的，相同时间内除尘器内部颗粒物的积累量是不同的，固定的自动清灰处理周期对除尘效率以及烟气流动不利，造成能耗增加，因此需要对常规除尘器内部自动清灰时间进行合理控制。

除尘器自动清灰后，颗粒物会在灰斗里积聚，当灰斗中颗粒物积累量达到一定数值，需要对灰斗中颗粒物进行自动转移输运处理，防止颗粒物在除尘器周围积累量过多，造成除尘器周围环境变差，进而影响到整个柴油发电机的运行工况，在无人值守情况下，需要系统自动判断对积累颗粒物进行转移输运的时间，然后对积累颗粒物进行转移输运。

由于南极地区气温低，常规除尘器在除尘过程中会出现结露问题，除尘器内部结露后，颗粒物就不是松散地附着在除尘器内部表面而是糊在除尘器内部表面，排泄烟气流阻增加，增加能耗，清灰过程受阻，会导致除尘器除尘效率降低。除尘器结露是由于排泄烟气中水蒸气含量较高，在经过除尘器的过程中，烟气温度低于了其露点温度，产生结露问题。对于结露问题的解决，可以在两方面着手，一是在烟气压力不变的条件下，降低烟气中的水蒸气含量，降低烟气的露点温度；二是减小排泄烟气在经过除尘器的过程中的温降，使烟气温度不低于烟气的露点温度。南极地区除尘系统无人值守，在这种情况下，需要对除尘器进行自动防结露，以达到在南极地区除尘系统的稳定高效工作。为此，需要开展对常规除尘器的优化设计，使其在南极地区能够稳定高效工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对以上所述技术上的不足，而提供一种具备监测排泄烟气中颗粒物粒径与颗粒物浓度的烟气监测装置，能够自恢复、防结露的烟气除尘装置，达到高效除尘和节能的目的。

技术方案

为解决南极地区柴油发电机除尘装置的技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种应用于南极科考支撑平台柴油发电机的烟气监控除尘系统，包括一除尘器，该除尘器具有烟气进口、烟气出口、清灰装置以及灰斗，其特征在于：还包括烟气监测装置、辅助加热器、颗粒传输装置以及控制装置，

所述的烟气监测装置包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器以及颗粒流量传感器，所述的温度传感器、湿度传感器以及压力传感器分别设置在烟气进口和烟气出口，所述的颗粒流量传感器设置在灰斗内；

所述的除尘器辅助加热器设置在除尘器内部；所述的颗粒传输装置设置于所述灰斗下部；

所述的控制装置，采集所述温度传感器、湿度传感器、压力传感器以及颗粒流量传感器的温度信号、湿度信号、压力信号以及颗粒物流量信号；根据烟气进口和烟气出口的温度信号判断除尘器内混合温度与露点温度的大小并控制所述辅助加热器接通或断开，当除尘器内混合温度小于露点温度时，辅助加热器接通；根据烟气进口和烟气出口的压力信号判断除尘器烟气进口和烟气出口的压力差并控制所述清灰装置打开或关闭，当除尘器烟气进口和烟气出口的压力差大于一设定值，则打开清灰装置清灰；根据灰斗内颗粒物流量信号判断灰斗内颗粒物堆积量并控制所述颗粒传输装置开启或停止，当灰斗内颗粒物堆积量达到一设定值，则开启颗粒传输装置。

在所述的除尘器外部还设置有一外保温层。

本发明烟气监控除尘系统，包括烟气监测装置、除尘器、辅助加热器、颗粒传输装置以及控制装置，其中控制装置采用计算机，烟气监测装置设置在除尘器出气口处，除尘器连接在柴油发电机排气口处，辅助加热器设置在除尘器内部，颗粒传输装置设置于所述除尘器的灰斗下部，烟气监控除尘装置同时具备烟气监测装置、除尘器与辅助加热器，并能够使以上所述设备稳定高效运行，同时实现烟气监控除尘装置的烟气监测、烟气除尘、除尘器自恢复、除尘器防结露、颗粒物自动传输的功能。

烟气监测装置由温度传感器、湿度传感器、压差传感器、颗粒流量传感器组成，其中包括采集柴油发电机出口烟气温度的温度传感器、采集柴油发电机出口烟气压力的压力传感器、采集柴油发电机出口烟气含湿量的湿度传感器、采集除尘器中烟气温度的温度传感器、采集除尘器进出口压力差的压差传感器、监测除尘器出口烟气中颗粒物粒径与颗粒物浓度的粉尘监测仪以及检测除尘器灰斗颗粒物出流量的颗粒流量传感器，通过以上所述设备采集到的各参数传输给计算机终端，计算机终端集中对各参数进行统一计算分析，最终得到排泄烟气的排泄参数是否适合排入大气，从而确定经过除尘的排泄烟气是否需要进行二次除尘，保证了排泄烟气符合排放标准，从而降低了排泄烟气对大气环境的污染。所述的各传感器采集到的各参数经过计算机终端的计算分析得到各个控制器的所需执行的命令，将各个命令分别传输给各个控制器，由各控制器执行命令，从而达到烟气监控除尘装置的烟气监测、烟气除尘的目的。

除尘器包括外保温、清灰装置、颗粒流量传感器、颗粒传输装置等设备，除尘器外保温可以减少烟气通过所述除尘器的热量损失，有助于降低烟气通过所述除尘器时的温降。将烟气监测装置采集到的除尘器进出口的压力传输给计算机终端，经过计算机终端计算分析，当进出口压差达到设定限值，说明所述除尘器内部已经附着大量的颗粒物，阻碍了烟气的流通，降低了所述除尘器的除尘效率，增加了所述除尘器的能耗，此刻自动开启所述除尘器的清灰装置，开始对所述除尘器进行自动清灰，相比常规除尘器的固定频率的清灰而言，能够提高除尘效率，降低烟气流通阻力，从而降低能耗。由于纳米SiOx的高流动性和小尺寸效应，使材料表面更加致密细洁，摩擦系数变小，加之纳米颗粒的高强度，使材料的耐磨性大大增强。因此在所述除尘器的内部添加纳米SiOx涂层，由于纳米材料的致密性以及高强度特性，纳米材料涂层能够使颗粒物在除尘器内部壁面上不产生粘结，易于清灰，从而可以在清灰过程中降低能耗，同时纳米SiOx涂层的高强度特性能够增加除尘器内部的耐磨性，增加除尘器寿命。根据烟气监测装置中颗粒流量传感器检测到的灰斗中颗粒物流量，通过计算机终端的计算分析，判断是否需要颗粒传输装置开启进行颗粒物转移运输，然后将执行命令传输颗粒传输装置的执行器，对颗粒传输装置进行启闭控制，既避免了传输装置的常开耗能，满足了因南极地区电力匮乏而产生的节电要求，又保证了在南极地区无人值守的情况下，对柴油发电机排泄烟气除尘后聚集的颗粒进行自动转移输运处理，保证了发电机周围环境的清洁。 

与常规除尘装置相比，烟气监控除尘系统中具有除尘器辅助加热器，能够使除尘系统具有自动防结露的功能。根据烟气监测装置采集到的柴油发电机出口处的烟气中的含湿量，以及除尘器中压力，计算出烟气的露点温度，根据采集到的烟气温度和除尘器中的烟气温度，计算两者混合后的终温，判断混合后终温是否高于计算出的烟气露点温度，若混合后终温低于计算出的烟气露点温度，则开启辅助加热器对除尘器进行辅助加热。当辅助加热器开启时内部流通经过除尘后的高温烟气，关闭时则将除尘后的已达到排放标准的高温烟气直接排入大气，此过程通过电磁三通阀进行二者的选择控制。重复以上分析过程，当经过辅助加热器加热后的除尘器内部烟气温度与烟气混合后温度高于计算出的烟气露点温度，则关闭辅助加热器，停止加热，达到防结露的目的。

有益效果：

烟气监控除尘系统与传统的除尘装置相比，在南极地区无人值守并且电力匮乏的情况下，在自恢复方面，除尘装置能够根据除尘器内累积颗粒物量对除尘器进行自动非固定频率的清灰处理，并且在除尘器内部纳米SiOx涂层作用下，使得清灰过程相对简单，能够提高清灰效率，从而提高除尘效率，降低能耗。在经济性方面，无须人员值守即可对整个系统进行自动控制，节省了人力资源，除尘装置的自动控制功能，避免了独立安装控制系统时，对同一位置进行重复监测采集相同数据的工作，减少了监测采集数据的工作量，减少监测所使用传感器数量，降低了相同数据采集仪器的购置成本，降低了独立安装监测采集系统的安装费。烟气监测装置采集的参数，通过计算机终端的分析计算，将最终命令分别传输给各执行器，各执行器执行过程相互独立，互无干扰，能够保证整个系统的稳定运行。在降低成本的基础上保证整个系统的稳定运行，因此能够提高系统整体的经济性。 

附图说明：

图1烟气监控除尘系统简要结构图；

图2烟气监控除尘系统的工作流程图；

图3烟气监控除尘系统的控制数据传输示意图。

图中，1.颗粒流量传感器，2.烟气进口，3.灰斗，4.压缩空气储气包，5.清灰电磁阀，6.外保温层，7.喷吹管，8.喷吹孔，9.净气出口，10.烟气监测装置，11.辅助加热器，12.颗粒传输装置。

具体实施方式：

结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1给出了本发明除尘系统简要结构图。除尘系统包括烟气监测装置10，除尘器，辅助加热器11以及控制装置。除尘器包括清灰装置，外保温层6，颗粒流量传感器，颗粒传输装置12等装置。

1.将烟气监测装置采集到的除尘器出口烟气中颗粒物的粒径与浓度，传输给控制装置的计算机终端，经过分析计算，判断是否符合排入大气的颗粒物标准，若符合排放标准则排放入大气，若不符合排放标准，则经过循环进行二次除尘再进行二次检测，直到达到排放标准方可排入大气。

2.将烟气监测装置采集到的柴油发电机出口烟气中的含湿量以及烟气压力，传输给计算机终端，根据咽气的焓-湿图可获得烟气露点温度，同时根据烟气监测装置采集到除尘器中的空气温度与采集到的柴油发电机出口烟气温度，计算获得两者混合后温度，对露点温度以及混合后温度（即加权平均温度），进行比较，若混合后温度高于露点温度，则不会结露，若混合后温度低于露点温度，则会结露，此时计算机终端向辅助加热器传输信号，开启辅助加热器，对再次获得的除尘器中烟气温度与再次采集到的柴油发电机出口烟气温度进行分析计算，判断是否继续开启辅助加热器，因此可以实现除尘器的防结露功能。

3.将烟气监测装置采集到的除尘器进出口压力传输给计算机终端，经过计算，获得所述除尘器进出口压力差，与设定限值比较，若已经达到设定限值，说明除尘器内部已聚集很多颗粒物，阻碍了烟气流动，此时，计算机终端向除尘器清灰电磁阀传输信号，开启电磁阀进行清灰，因此可以实现除尘器的自恢复功能。

4.将烟气监测装置采集到的灰斗中颗粒物流量传输给计算机终端，经过计算分析，颗粒物积累到一定量，开启颗粒传输装置，将积累的颗粒物转移输运处理。

图3给出了除尘装置的控制数据传输示意图。烟气监测装置的除尘器处的温度传感器采集到的信号以及柴油发电机出口处的压力传感器和湿度器采集到的信号传输给计算机，通过模拟量与数字量的转换，对所获得数据进行计算分析，将分析获得结果以数字量信号传输给辅助加热器，控制辅助加热器的启闭，从而实现除尘装置的防结露的功能；除尘器进出口处的压力传感器以及灰斗处的颗粒流量传感器采集到的信号传输给计算机，计算机通过模拟量与数字量的转换，对所获得数据进行计算分析，将分析获得结果以数字量信号传输给清灰电磁阀以及颗粒传输装置控制器，控制清灰电磁阀与颗粒传输装置的启闭，实现除尘装置的自恢复功能；烟气监测装置监测到的所述除尘器出口处的烟气中颗粒物粒径与浓度信号传输给计算机，通过模拟量与数字量的转换，对所获得数据进行计算分析，将分析获得结果以数字量信号传输给烟气排放控制阀，确定是否将烟气排入大气。

Claims (2)

1.一种应用于南极科考支撑平台柴油发电机的烟气监控除尘系统，包括一除尘器，该除尘器具有烟气进口、烟气出口、清灰装置以及灰斗，其特征在于：还包括烟气监测装置、辅助加热器、颗粒传输装置以及控制装置，

所述的烟气监测装置包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器以及颗粒流量传感器，所述的温度传感器、湿度传感器以及压力传感器分别设置在烟气进口和烟气出口，所述的颗粒流量传感器设置在灰斗内；

所述的除尘器辅助加热器设置在除尘器内部；所述的颗粒传输装置设置于所述灰斗下部；

所述的控制装置，采集所述温度传感器、湿度传感器、压力传感器以及颗粒流量传感器的温度信号、湿度信号、压力信号以及颗粒物流量信号；根据烟气进口和烟气出口的温度信号判断除尘器内混合温度与露点温度的大小并控制所述辅助加热器接通或断开，当除尘器内混合温度小于露点温度时，辅助加热器接通；根据烟气进口和烟气出口的压力信号判断除尘器烟气进口和烟气出口的压力差并控制所述清灰装置打开或关闭，当除尘器烟气进口和烟气出口的压力差大于一设定值，则打开清灰装置清灰；根据灰斗内颗粒物流量信号判断灰斗内颗粒物堆积量并控制所述颗粒传输装置开启或停止，当灰斗内颗粒物堆积量达到一设定值，则开启颗粒传输装置。

2.根据权利要求1所述的应用于南极科考支撑平台柴油发电机的烟气监控除尘系统，其特征在于：在所述的除尘器外部还设置有一外保温层。

Images