CN104677942A - 一种烟气酸露点温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气酸露点温度检测装置，主要由酸露点检测探头、烟气温度传感器、信号适配器、信号处理器、温度电流显示器、探头温度调节器、数据存储器和系统电源组成；酸露点检测探头和烟气温度传感器固定于探测杆上，酸露点检测探头和烟气温度传感器分别通过引线与信号适配器相连，信号适配器通过传输电缆与信号处理器相连；信号处理器通过电缆同时与温度电流显示器、数据存储器、探头温度调节器和系统电源相连。该检测装置能对排烟温度进行优化控制，使排烟温度略高于烟气的酸露点温度，可以避免设备发生酸露点腐蚀，达到最佳节能减排效果。

Description

一种烟气酸露点温度检测装置

技术领域

本发明涉及石油化工、电力、钢铁、煤炭等行业燃料型工业炉的烟气检测装置，具体地说涉及一种烟气酸露点温度检测装置。

背景技术

工业锅炉使用的煤、重油和天然气等燃料中都含有硫，在燃烧过程中硫和氧反应生成二氧化硫。在一定温度下，烟气中的过剩氧与有少量二氧化硫在催化剂氧化铁、五氧化二钒等物质的作用下转换成三氧化硫。三氧化硫和恰当的水蒸气反应生成稀硫酸蒸汽，并会凝结在烟气余热回收设备上，使空气预热器、引风机、烟囱等设备产生露点腐蚀及堵塞。增加设备维护成本，严重时可能导致系统停运影响生产。然而，由于烟气酸露点温度受烟气组分、排烟温度、烟气氧含量及环境空气温度等多种因数影响，通常不是定值，很难使用计算公式确定。炉子的排烟露点温度长期以来靠人工估计，这不仅很难控制排烟温度在最低值，也很难保证设备不受到露点腐蚀。为了避免发生酸露点腐蚀，需要实时监测烟气酸露点温度，为此人们发明了酸露点温度测定仪(或装置)。

传统的烟气露点测量仪的传感器是通过在高温玻璃上同时复合有电流测量电极和温度测量电偶；测量时将传感器置于要测的高温烟气之中，在该传感器背面通以冷却风对测量面进行冷却，利用信号处理器同时对传感器镜面电流、镜面温度以及烟气温度进行检测，当镜面温度达到该处烟气酸露点温度时，在测量镜面上就有酸雾凝结膜生成，电流传感器会有输出值，此时的冷镜温度就是烟气的酸露点温度值。以这种传感器构成的烟气酸露点仪在实际应用中有两个缺点：一是当排烟温度低于其露点温度时就无法测量烟气酸露点温度；二是系统结构复杂，冷却风流量人工调整的随机性给测量带来了很大附加误差。

CN201177610和CN101566593A公开的硫酸露点监测分析仪使用的是压缩空气制冷型测量探头。对探头只起冷却作用，没有加热装置对探头加热，当烟气温度低于其酸露点温度时就无法测到其酸露点，系统结构复杂，人为调节的随机误差较大。

CN201277955Y公开的酸露点测量装置使用的是带电加热装置的冷却空气制冷型测量探头。可对探头进行加热，当烟气温度低于其酸露点温度时，通过电加热装置对探头加热，使其温度升到酸露点温度之上，然后再通过利用压缩空气对探头冷却，使其冷却到烟气的酸露点。该探头的空气制冷系统结构复杂，人为调节的随机误差较大。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种烟气酸露点温度检测装置。本发明的检测装置能对排烟温度进行优化控制，使排烟温度略高于烟气的酸露点温度，可以避免设备发生酸露点腐蚀，达到最佳节能减排效果。

本发明提供的烟气酸露点温度检测装置主要由酸露点检测探头、烟气温度传感器、信号适配器、信号处理器、温度电流显示器、探头温度调节器、数据存储器和系统电源组成；酸露点检测探头和烟气温度传感器固定于探测杆上，酸露点检测探头和烟气温度传感器分别通过引线与信号适配器相连，信号适配器通过传输电缆与信号处理器相连；信号处理器通过电缆同时与温度电流显示器、数据存储器、探头温度调节器和系统电源相连。

所述的酸露点检测探头主要由石英玻璃器件、镜面温度传感器、电导测量器件、N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器组成；石英玻璃器件为一带凸缘的桶状物，其桶底由外向内由中心向边缘依次镶嵌有镜面温度传感器、电导测量器件、N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器；镜面温度传感器和电导测量器件位于石英玻璃器件桶底外侧，镜面温度传感器为矩形，位于桶底中心，电导测量器件呈环状，环绕于镜面温度传感器周围，镜面温度传感器和电导测量器件之间通过石英玻璃器件的玻璃基底相绝缘，二者与桶底外侧相平行的表面露于玻璃基底外；N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器位于石英玻璃器件桶底内侧，二者均呈环状，N型半导体制冷加热器位于桶底中心，P型半导体制冷加热器套于N型半导体制冷加热器上并相互接触，二者均通过玻璃基底与镜面温度传感器和电导测量器件相绝缘。

所述的酸露点检测探头引线共5根，包括镜面温度传感器的两根引线、电导测量器件的一根引线、N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器的各一根引线，这5根引线均与信号适配器相连。

本发明将半导体制冷加热器应用到酸露点检测探头上，通过改变加到半导体制冷加热器两极的电源极性来改变“加热／制冷”模式，通过改变流经半导体制冷加热器回路的电流大小来改变加热量或制冷量的大小，从而改变烟气酸露点检测探头检测镜面的温度高低。

本发明所述的酸露点温度是指被测烟气在镜面温度传感器的测量镜面上形成最薄导电酸膜(最小导电电流)时的镜面温度。

本发明还提供了一种烟气酸露点温度检测方法，主要包括以下步骤：

1)将烟气酸露点温度检测装置的头部置于被测烟气中，使酸露点检测探头和烟气温度传感器进入升温过程；

2)升温过程中观察烟气温度、探头的镜面温度和镜面酸膜电流的变化，此时烟气温度和镜面温度指示值将同步升高，但镜面温度略滞后于烟气温度；

3)随时观测探头的镜面酸膜电流的变化：当镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小直到为零，而镜面温度还没有达到稳定值即还没有达到烟气温度值，此时，待探头镜面温度达到烟气温度以后启动冷却模式，调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小改变制冷量的大小，待探头导电回路再次有镜面酸膜电流生成时，记录下此时的检测镜面温度值，即是烟气酸露点温度值；

4)如果步骤3)中的镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小，但直到镜面温度达到稳定值即烟气温度值时其值仍然不为零，此时启动加热模式对探头镜面加热，调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小来改变加热量的大小，在探头导电回路镜面电流消失时，记录下此时的检测镜面温度即是酸露点温度值；

5)如果步骤3)和步骤4)中的镜面酸膜电流始终为零，表明烟气不含酸腐蚀成分，此时终止酸露点温度检测。

本发明的烟气酸露点温度检测装置主要用于检测燃煤、燃油和燃气型工业炉烟气的酸露点温度，可同时对测点处的烟气温度、探头镜面温度及镜面酸膜电流进行测量显示，其工作过程是这样的：

使用时将酸露点检测探头和烟气温度传感器置于被测烟气环境内，探头进入升温过程，在此过程中，同时观察烟气温度、探头的镜面温度和镜面酸膜电流，烟气温度和镜面温度指示值将同步升高(但镜面温度略滞后于烟气温度)，一直到两者达到稳定不变。在测量过程中，时刻观测探头的镜面酸膜电流的变化。第一种情况是：镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小直到为零，而镜面温度还没有达到稳定值(即还没有达到烟气温度值)，这表明烟气温度大于酸露点温度，这种情况下，为克服由于镜面温度略滞后于烟气温度带来的测量误差，通常为检测出稳定的露点温度，应使探头镜面温度达到烟气温度以后采用冷却模式，通过调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小来改变制冷量的大小，待探头导电回路再次有镜面酸膜电流生成时，记录下此时的检测镜面温度值，即是烟气酸露点温度值。第二种情况是：镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小，但直到镜面温度达到稳定值(烟气温度值)时其值仍然不为零，这表明酸露点温度高于烟气温度，这种情况下，为测得烟气的酸露点温度，应继续通过外部加热源对探头的测量镜面加热，选择酸露点温度检测装置的加热模式，通过调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小来改变加热量的大小，在探头导电回路的镜面酸膜电流消失时，记录下此时的检测镜面温度即是酸露点温度值。第三种情况是：在测量过程中，镜面酸膜电流始终为零，表明烟气不含酸腐蚀成分，自然测不出酸露点温度。在整个酸露点温度测量过程中，将探头镜面温度、镜面酸膜电流、烟气温度等信号通过引线连到信号适配器，信号适配器通过传输电缆将信号传输至信号处理器，信号处理器对以上信号分别放大并转换成对应的工程量数字信号送到温度电流显示器进行显示或打印，同时将这些数据送到数据存储器保存并可上传到上位机。

与现有的测量方法及仪器装置相比本发明有以下几个突出优点：

第一、本发明所述的烟气酸露点温度检测装置与传统的压缩空气冷却探头传感器相比具有“冷却-加热”双重功能，不但能够检测排烟温度高于酸露点时的露点温度，而且可以检测烟温度低于酸露点时的露点温度。增大了测量装置的使用范围。

第二、本发明所述的烟气酸露点温度检测装置结构简单，省去了压缩空气冷却风管件和阀门，使测量装置结构简单、使用方便。探头体积小，测量灵敏度高。

第三、该检测装置可根据探头镜面温度自动调整半导体制冷加热器的电流大小。克服了冷却风流量人工调整带来的随机附加误差值，提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明的烟气酸露点温度检测装置的结构示意图；

图2为图1中酸露点检测探头的结构示意图；

图3为图2的右视图的结构示意图；

图4为图2的左视图的结构示意图。

图中：1-酸露点检测探头，2-烟气温度传感器，3-探测杆，4-信号适配器，5-传输电缆，6-信号处理器，7-温度电流显示器，8-数据存储器，9-系统电源，10-探头温度调节器，11-石英玻璃器件，12-电导测量器件，13-镜面温度传感器，14-N型半导体制冷加热器，15-P型半导体制冷加热器，16、17、18、19、20-引线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提供的烟气酸露点温度检测装置主要由酸露点检测探头1、烟气温度传感器2、信号适配器4、信号处理器6、温度电流显示器7、探头温度调节器10、数据存储器8和系统电源9组成；酸露点检测探头1和烟气温度传感器2固定于探测杆3上，酸露点检测探头1和烟气温度传感器2分别通过引线与信号适配器4相连，信号适配器4通过传输电缆5与信号处理器6相连；信号处理器6通过电缆同时与温度电流显示器7、数据存储器8、探头温度调节器10和系统电源9相连。

如图2～图4所示，酸露点检测探头主要由石英玻璃器件11、镜面温度传感器13、电导测量器件12、N型半导体制冷加热器14和P型半导体制冷加热器15组成；石英玻璃器件11为一带凸缘的桶状物，其桶底由外向内由中心向边缘依次镶嵌有镜面温度传感器13、电导测量器件12、N型半导体制冷加热器14和P型半导体制冷加热器15；镜面温度传感器13和电导测量器件12位于石英玻璃器件11桶底外侧，镜面温度传感器13为矩形，位于桶底中心，电导测量器件12呈环状，环绕于镜面温度传感器13周围，镜面温度传感器13和电导测量器件12之间通过石英玻璃器件的玻璃基底相绝缘，二者与桶底外侧相平行的表面露于玻璃基底外；N型半导体制冷加热器14和P型半导体制冷加热器15位于石英玻璃器件11桶底内侧，二者均呈环状，N型半导体制冷加热器14位于桶底中心，P型半导体制冷加热器15套于N型半导体制冷加热器14上并相互接触，二者均通过玻璃基底与镜面温度传感器13和电导测量器件12相绝缘。

镜面温度传感器13为铂铑-铂热电偶，电导测量器件12为铂环。电导测量器件12通过引线16、镜面温度传感器13通过引线17和引线18、N型半导体制冷加热器14通过引线19、P型半导体制冷加热器15通过引线20各自与探测杆3尾部的信号适配器4相连。

使用时，先按图1用传输电缆5将信号适配器部件4和信号处理器6连接好，通过系统电源9给该本发明的检测装置供电。随后将固定有酸露点检测探头1和烟气温度传感器2的探测杆3的头部置于被测烟气环境内，酸露点检测探头1和烟气温度传感器2即可进入升温过程，酸露点检测探头1通过其镜面温度传感器13和电导测量器件12分别感受检测出探头的镜面温度和镜面酸膜电流，烟气温度传感器2感受并检测出烟气温度，上述温度信号和电流信号通过信号适配器4、传输电缆5传给信号处理器6进行集中处理，最后通过温度电流显示器7将烟气温度、镜面温度及镜面酸膜电流显示出来。在测量酸露点温度的过程中，同时观察烟气温度、探头的镜面温度和镜面酸膜电流值，烟气温度和镜面温度指示值将同步升高(但镜面温度略滞后于烟气温度)，一直到两者达到稳定不变。在测量过程中，时刻观测探头的镜面酸膜电流的变化。

第一种情况是：镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小直到为零，而镜面温度还没有达到稳定值(即还没有达到烟气温度值)，这表明烟气温度大于酸露点温度，这种情况下，为克服由于镜面温度略滞后于烟气温度带来的测量误差，通常为检测出稳定的露点温度，应使探头镜面温度达到烟气温度以后采用冷却模式，通过探头温度调节器10改变加到N型半导体制冷加热器14和P型半导体制冷加热器15两极的电源极性来启动冷却模式，通过调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小来改变制冷量的大小，待探头导电回路再次有镜面酸膜电流生成时，记录下此时的检测镜面温度值，即是烟气酸露点温度值。第二种情况是：镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小，但直到镜面温度达到稳定值(烟气温度值)时其值仍然不为零，这表明酸露点温度高于烟气温度，这种情况下，为测得烟气的酸露点温度，应继续通过外部加热源对探头的测量镜面加热，选择酸露点温度检测装置的加热模式，通过探头温度调节器10改变加到N型半导体制冷加热器14和P型半导体制冷加热器15两极的电源极性来启动加热模式，通过调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小来改变加热量的大小，在探头导电回路的镜面酸膜电流消失时，记录下此时的检测镜面温度即是酸露点温度值。第三种情况是：在测量过程中，镜面酸膜电流始终为零，表明烟气不含酸腐蚀成分，自然测不出酸露点温度。在整个酸露点温度测量过程中，将探头镜面温度、镜面酸膜电流、烟气温度等信号通过引线传到信号适配器4，信号适配器4通过传输电缆5将信号传输至信号处理器6，信号处理器6对以上信号分别放大并转换成对应的工程量数字信号送到温度电流显示器7进行显示或打印，同时将这些数据送到数据存储器8保存并可上传到上位机。

检测烟气酸露点温度可以控制烟气换热设备工作在该温度之上，从而避免烟气余热回收装置、引风机、烟囱等设备发生酸露点腐蚀，达到最佳节能减排的效果。也可用于其它行业工业锅炉有烟气余热回收的设备上，延长设备使用寿命。

Claims (7)

1.一种烟气酸露点温度检测装置，其特征在于：主要由酸露点检测探头、烟气温度传感器、信号适配器、信号处理器、温度电流显示器、探头温度调节器、数据存储器和系统电源组成；酸露点检测探头和烟气温度传感器固定于探测杆上，酸露点检测探头和烟气温度传感器分别通过引线与信号适配器相连，信号适配器通过传输电缆与信号处理器相连；信号处理器通过电缆同时与温度电流显示器、数据存储器、探头温度调节器和系统电源相连。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：所述的酸露点检测探头主要由石英玻璃器件、镜面温度传感器、电导测量器件、N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器组成；所述的石英玻璃器件为一带凸缘的桶状物，其桶底由外向内由中心向边缘依次镶嵌有镜面温度传感器、电导测量器件、N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器；镜面温度传感器和电导测量器件位于石英玻璃器件桶底外侧，镜面温度传感器位于桶底中心，电导测量器件环绕于镜面温度传感器周围，镜面温度传感器和电导测量器件之间通过石英玻璃器件的玻璃基底相绝缘，二者与桶底外侧相平行的表面露于玻璃基底外；N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器位于石英玻璃器件桶底内侧，N型半导体制冷加热器位于桶底中心，P型半导体制冷加热器套于N型半导体制冷加热器上并相互接触，二者均通过玻璃基底与镜面温度传感器和电导测量器件相绝缘。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于：所述的镜面温度传感器为矩形，电导测量器件呈环状，N型半导体制冷加热器和P型半导体制冷加热器均呈环状。

4.根据权利要求2或3所述的检测装置，其特征在于：所述的镜面温度传感器为铂铑-铂热电偶，电导测量器件为铂环。

5.根据权利要求2或3所述的检测装置，其特征在于：所述的电导测量器件通过一根引线、镜面温度传感器通过两根引线、N型半导体制冷加热器通过一根引线、P型半导体制冷加热器通过一根引线各自与探测杆尾部的信号适配器相连。

6.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于：所述的电导测量器件通过一根引线、镜面温度传感器通过两根引线、N型半导体制冷加热器通过一根引线、P型半导体制冷加热器通过一根引线各自与探测杆尾部的信号适配器相连。

7.一种烟气酸露点温度检测方法，其特征在于主要包括以下步骤：

1)将烟气酸露点温度检测装置的头部置于被测烟气中，使酸露点检测探头和烟气温度传感器进入升温过程；

2)升温过程中观察烟气温度、探头的镜面温度和镜面酸膜电流的变化，此时烟气温度和镜面温度指示值将同步升高，但镜面温度略滞后于烟气温度；

3)随时观测探头的镜面酸膜电流的变化：当镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小直到为零，而镜面温度还没有达到稳定值即还没有达到烟气温度值，此时，待探头镜面温度达到烟气温度以后启动冷却模式，调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小改变制冷量的大小，待探头导电回路再次有镜面酸膜电流生成时，记录下此时的检测镜面温度值，即是烟气酸露点温度值；

4)如果步骤3)中的镜面酸膜电流随镜面温度升高逐渐变小，但直到镜面温度达到稳定值即烟气温度值时其值仍然不为零，此时启动加热模式对探头镜面加热，调节流经半导体制冷加热器回路的电流大小来改变加热量的大小，在探头导电回路镜面电流消失时，记录下此时的检测镜面温度即是酸露点温度值；

5)如果步骤3)和步骤4)中的镜面酸膜电流始终为零，表明烟气不含酸腐蚀成分，此时终止酸露点温度检测。