CN104729893A - 一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置及方法。该装置包括通过管道顺次串联连接的尾气收集罩、冷凝器、干燥器、抽气泵、尾气流量计和气相色谱分析系统，所述的冷凝器的进料口还设置有冷凝水收集器。该装置解决了民用燃气炉敞开式燃烧尾气不宜捕集的难题，且捕集效率高，尾气捕集装置中加入冷却系统和干燥系统，使其可以长时间稳定运行，增加了所采数据的可靠性，可为评估民用炊事过程尾气对大气环境的影响提供有力的技术支持。

Description

一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置及方法

技术领域

本发明涉及一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置及方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

随着现代经济的快速发展，我国的能源结构也发生了一定的变化，从以前的煤能源为主的时代逐步向天然气、煤气、液化石油气和太阳能等清洁能源方向转变。民用炊事燃料也从过去的木柴、煤、逐步转变为清洁高效的燃气，比如：天然气、煤气、液化石油气等。

我国大气污染的形势日趋严峻，各种尾气的排放都制定了严格的排放标准，民用炊事过程每年向大气中排放的CO₂、CO、SO₂等尾气的累积含量也非常的多，然而此过程对大气的影响还未引起人们的足够关注；另外，民用炊事过程为敞开式燃烧，尾气难以捕集和分析，造成民用燃烧尾气分析数据的欠缺，这也是环境监测过程中的一大障碍。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置及方法。该装置可以将炉灶燃烧后的尾气进行捕集，并可分析其组成，能够有效了解民用炉灶炊事过程中产生的各种气体种类和数量，为环境保护提供数据支持。

本发明的技术方案如下：

一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置，包括通过管道顺次串联连接的尾气收集罩、冷凝器、干燥器、抽气泵、尾气流量计和气相色谱分析系统，所述的冷凝器的进料口还设置有冷凝水收集器。

根据本发明，优选的，所述的捕集分析装置还包括炉灶、燃气流量计、稳压阀、减压器和燃气瓶，所述的炉灶设置在所述的尾气收集罩的正下方，所述的炉灶依次通过燃气流量计、稳压阀和减压器与燃气瓶连接。

根据本发明，优选的，所述的尾气收集罩的外表面设置有冷却盘管，进一步优选的，所述的尾气收集罩包括下方圆筒、圆锥体和上方圆筒，所述的下方圆筒通过圆锥体与上方圆筒连接，所述的上方圆筒与管道连接，所述的下方圆筒的直径＞上方圆筒的直径；更优选的，所述的下方圆筒的直径为50-80cm、高度为60-80cm，所述的圆锥体的高度为30-40cm，所述的上方圆筒的直径为10-15cm、高度10-20cm。

根据本发明，优选的，所述的冷凝器为套设有冷凝水通道的冷凝管；所述的冷凝水收集器为直径5-15cm、高度15-25cm的圆柱形结构；进一步优选的，所述的冷凝水收集器的出料口设置有排水阀。

根据本发明，优选的，所述的干燥器为装有干燥剂的干燥管。

根据本发明，优选的，所述的抽气泵为涡旋气泵。

根据本发明，优选的，所述的尾气流量计和/或燃气流量计为气体转子流量计。

根据本发明，优选的，所述的尾气流量计与气相色谱分析系统之间还设置有六通阀。

根据本发明，所述的燃气瓶内储存有燃气，通过减压器可将压力降至0.25MPa左右，通过稳压阀进入燃气流量计，依据炉灶大、中、小火记录燃气流量计的燃气流量，计量后的燃气进入炉灶，进行燃烧。

根据本发明，所述的尾气收集罩可用不锈钢板制成并设置在炉灶的上方，尾气收集罩的下边缘与炉灶之间设置有3-7cm的间隙，有利于空气的进入，能够使燃气充分燃烧。尾气收集罩设置的冷却盘管可通冷凝水，以降低尾气收集罩的温度，有利于保护尾气流量计和抽气泵等设备。

根据本发明，所述的冷凝器将燃烧产生的大部分水汽冷凝并从气体中分离出来，储存在冷凝水收集器中，干燥器用于进一步吸收仍处于气态的水分。

根据本发明，所述的抽气泵主要作用是使尾气收集罩内产生微负压，有利于将燃烧产生的所有燃烧尾气进入尾气收集罩中。所述的尾气流量计用于计量产生的燃烧尾气量。

根据本发明，所述的气相色谱分析系统用于分析燃烧尾气的气体类型和含量；优选的，所述的气相色谱分析系统包括两根色谱柱，分别用于入口燃气组成分析(可根据燃气类型进行选择)和燃烧尾气组成分析(可选用TDX-01填充柱)；

进一步优选的，燃烧尾气检测条件：氢气为载气，柱前压0.03MPa；柱温80℃，热导检测器，热导池温度150℃，桥流130mA，六通阀进样，应用N2000色谱工作站进行数据记录和处理。

根据本发明，一种利用上述装置对民用炉灶燃烧尾气进行捕集分析的方法，包括步骤如下：

(1)将气相色谱分析系统调至稳定工作状态；

(2)打开炉灶进行燃烧(可根据需要调至大、中、小火)，同时将冷却盘管通入冷却水，打开抽气泵，稳定燃烧；

(3)稳定燃烧后，每隔5-10分钟将燃烧尾气通过六通阀切入气相色谱分析系统中进行燃烧尾气组成分析，并记录燃气流量计的流量和尾气流量计的流量；

(4)根据燃气流量计、尾气流量计和气相色谱分析系统记录的数据分析计算燃气燃烧后各种物质的排放量。

本发明如无特殊说明，所用设备均为常规设备。

本发明的有益效果如下：

1、本发明可以高效捕集民用炊事过程中燃烧尾气并和气相色谱相连，在线分析各种燃烧尾气种类和组成，为民用炊事过程产生的大气影响提供有力的数据支持。

2、本发明的装置具有捕集效率高、尾气基本不逸散、运行稳定可靠、所得数据准确的优点。

附图说明

图1是本发明实施例1的主体结构示意图。

图2是本发明实施例2的主体结构示意图。

图3是本发明实施例3的主体结构示意图。

其中：1、尾气收集罩，2、冷凝器，3、干燥器，4、冷凝水收集器，5、抽气泵，6、尾气流量计，7、气相色谱分析系统，8、冷却盘管，9、排水阀，10、六通阀，11、炉灶，12、燃气瓶，13、减压器，14、燃气流量计，15、稳压阀。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例中所用炉灶11为嵌入式天然气炉灶，额定功率4.2kKw；燃气为7MPa压缩天然气，减压后压力为0.25MPa，入口天然气流量为：大火0.26m³/h；小火0.15m³/h。

表1.天然气组成测定结果

实施例1：

一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置，包括通过管道顺次串联连接的尾气收集罩1、冷凝器2、干燥器3、抽气泵5、尾气流量计6和气相色谱分析系统7，所述的冷凝器2的进料口还设置有冷凝水收集器4；

所述的尾气收集罩1包括下方圆筒、圆锥体和上方圆筒，所述的下方圆筒通过圆锥体与上方圆筒连接，所述的上方圆筒与管道连接，所述的下方圆筒的直径为50cm、高度为60cm，所述的圆锥体的高度为30cm，所述的上方圆筒的直径为10cm、高度10cm；

所述的干燥器3为装有干燥剂的干燥管，所述的干燥剂为变色硅胶；干燥管为直径6cm，长40cm的不锈钢管；

所述的冷凝水收集器4为直径10cm，高度20cm的不锈钢圆柱体；

所述的抽气泵5为涡旋气泵，功率45W；

所述的尾气流量计6为气体转子流量计，量程2000L/min。

实施例2：

如实施例1所述的民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置，不同的是：

所述的尾气收集罩1的外表面设置有冷却盘管8，所述的冷凝水收集器4的出料口设置有排水阀9，所述的尾气流量计6与气相色谱分析系统7之间还设置有六通阀10。

实施例3：

如实施例2所述的民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置，不同的是：

所述的捕集分析装置还包括炉灶11、燃气流量计14、稳压阀15、减压器13和燃气瓶12，所述的炉灶11设置在所述的尾气收集罩1的正下方，尾气收集罩1的下边缘与炉灶11之间设置有5cm的间隙，所述的炉灶11依次通过燃气流量计14、稳压阀15和减压器13与燃气瓶12连接。

所述的燃气流量计14为气体转子流量计，量程2000L/min；

所述的下方圆筒的直径为80cm、高度为80cm，所述的圆锥体的高度为40cm，所述的上方圆筒的直径为15cm、高度20cm；

所述的冷凝水收集器4的直径15cm、高度25cm。

实施例4：

一种利用实施例3所述的装置对民用炉灶燃烧尾气进行捕集分析的方法，包括步骤如下：

(1)将气相色谱分析系统7调至稳定工作状态；色谱条件：氢气为载气，柱前压0.03MPa；柱温80℃，热导检测器，热导池温度150℃，桥流130mA，燃烧尾气组成分析的色谱柱为TDX-01填充柱；

(2)打开炉灶11进行燃烧，采用大火燃烧，入口天然气流量0.26m³/h，入口气温度25℃，同时将冷却盘管8通入冷却水，打开抽气泵5，稳定燃烧5分钟；

(3)稳定燃烧5分钟后，每隔10分钟将燃烧尾气通过六通阀10切入气相色谱分析系统7中进行燃烧尾气组成分析，并记录燃气流量计14的流量和尾气流量计6的流量；

(4)根据燃气流量计14、尾气流量计6和气相色谱分析系统7记录的数据分析计算燃气燃烧后各种物质的排放量，应用N2000色谱工作站进行数据分析，20分钟和30分钟时做同样动作。数据结果如表2所示。

表2.天然气在嵌入式灶台大火燃烧后组成测定结果

通过碳平衡分析检验该尾气捕集系统的捕集效率，大火燃烧过程碳平衡计算：

燃烧系统进入的物质总量为：0.26*1000/22.4＝11.6071mol/h

进入系统的碳总物质量为：11.6071*(0.951+2*0.0322+3*0.0168)＝12.3708mol/h

系统出口碳的物质总量为：4.43*1000/22.4*(0.0597+0.00023)＝11.8522mol/h

相对误差为：(12.3708-11.8522)/12.3708＝4.19％

由计算结果可以看出在整个燃烧过程中碳的损失量不超过5％，这部分碳很可能是因为以CO₂的形式溶于过程中产生的水造成的，因此可以证明在此过程中尾气捕集效率接近100％。

实施例5：

一种利用实施例3所述的装置对民用炉灶燃烧尾气进行捕集分析的方法，步骤同实施例4，不同的是：

步骤(2)采用小火燃烧，入口天然气流量0.15m³/h。数据结果如表3所示。

表3.天然气在嵌入式灶台小火燃烧后组成测定结果

通过碳平衡分析检验该尾气捕集系统的捕集效率，小火燃烧过程碳平衡计算：

燃烧系统进入的物质总量为：0.15*1000/22.4＝6.6964mol/h

进入系统的碳总物质量为：6.6964*(0.951+2*0.0322+3*0.0168)＝7.137mol/h

系统出口碳的物质总量为：4.41*1000/22.4*(0.0351+0.0001)＝6.93mol/h

相对误差为：(7.137-6.93)/7.137＝2.90％

由计算结果可以看出在整个燃烧过程中碳的损失量不超过5％，因此可以证明在此过程中尾气捕集的高效性和稳定性。

Claims (10)

1.一种民用炉灶燃烧尾气的捕集分析装置，其特征在于，该捕集分析装置包括通过管道顺次串联连接的尾气收集罩、冷凝器、干燥器、抽气泵、尾气流量计和气相色谱分析系统，所述的冷凝器的进料口还设置有冷凝水收集器。

2.根据权利要求1所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的捕集分析装置还包括炉灶、燃气流量计、稳压阀、减压器和燃气瓶，所述的炉灶设置在所述的尾气收集罩的正下方，所述的炉灶依次通过燃气流量计、稳压阀和减压器与燃气瓶连接。

3.根据权利要求1所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的尾气收集罩的外表面设置有冷却盘管。

4.根据权利要求1所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的尾气收集罩包括下方圆筒、圆锥体和上方圆筒，所述的下方圆筒通过圆锥体与上方圆筒连接，所述的上方圆筒与管道连接，所述的下方圆筒的直径＞上方圆筒的直径；优选的，所述的下方圆筒的直径为50-80cm、高度为60-80cm，所述的圆锥体的高度为30-40cm，所述的上方圆筒的直径为10-15cm、高度10-20cm。

5.根据权利要求2所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的冷凝器为套设有冷凝水通道的冷凝管；进一步优选的，所述的冷凝水收集器的出料口设置有排水阀。

6.根据权利要求1所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的干燥器为装有干燥剂的干燥管。

7.根据权利要求1所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的抽气泵为涡旋气泵。

8.根据权利要求2所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的尾气流量计和/或燃气流量计为气体转子流量计。

9.根据权利要求5所述的捕集分析装置，其特征在于，所述的尾气流量计与气相色谱分析系统之间还设置有六通阀。

10.一种利用权利要求9所述的捕集分析装置对民用炉灶燃烧尾气进行捕集分析的方法，包括步骤如下：

(1)将气相色谱分析系统调至稳定工作状态；

(2)打开炉灶进行燃烧，同时将冷却盘管通入冷却水，打开抽气泵，稳定燃烧；

(3)稳定燃烧后，每隔5-10分钟将燃烧尾气通过六通阀切入气相色谱分析系统中进行燃烧尾气组成分析，并记录燃气流量计的流量和尾气流量计的流量；

(4)根据燃气流量计、尾气流量计和气相色谱分析系统记录的数据分析计算燃气燃烧后各种物质的排放量。