CN105510088A - 高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，包括用于与烟气排放烟道连接的高温取样探头组件、用于对气样进行处理和分析的采样组件、用于增加气样流速并形成负压吸气的动力组件，所述高温取样探头组件包括高温探头和取样管道，所述高温探头一端伸入烟气排放烟道内与烟气排放烟道连通，另一端伸出烟气排放烟道外与取样管道进口端连通，所述采样组件垂直设置在取样管道上方，且与取样管道连通，所述动力组件设置在取样管道出口端。本发明可应用于工业废气排放源的连续监测，适用性强，并且整套系统结构简单、无转动部件、无粉尘沉积端，使用过程简单，维护量小，使用周期长，操作安全、消耗成本低，节能环保，低噪音，安全可靠。

Description

高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统

技术领域

本发明涉及高温烟气排放采样监测领域，特别涉及一种高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统。

背景技术

近年来，气候变化成为国际社会普遍关注的全球性问题。空气的污染途径主要有工厂废气的任意排放和大量燃烧化石燃料，其中有害气体有：一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫等；温室效应气体温室气体二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、三氟甲烷等，这些气体主要来自于矿物燃料的燃烧和工厂的废气，因此，如何从源头控制有毒有害气体减排已经迫在眉睫。

传统的在线分析系统坚持采用“抽取法”的经典技术路线，即取样探头系统在烟气取样点自动连续取样后，向后传输给仪表控制室的分析柜，然后对样气进行各种处理和调节，达到标准气般的高品质后，输送给在线分析仪检测分析。但此方法存在的缺陷是分析柜离取样探头远，一般在15m以上，有的甚至在30m以上，使系统设计复杂，制造成本提高，增加了安装维护的困难，降低了可靠性，反应速度60s的控制限有时也遇到挑战。

目前，也有采用“原位安装法”的分析仪(如聚光科技(杭州)有限公司的原位安装开放式激光气体分析仪)不需要样气处理系统，响应时间快速，但其不足之处是：离线标定困难，维护量大，尤其是透射窗的清扫装置增加了仪器的复杂性和维护的不便等，如果清扫效果不到位，必然危及分析仪的可靠性及运行质量。

因此，急需开发一种高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，使其能够应用于工业废气排放源的连续监测(如火力电厂、垃圾焚烧电厂、化工厂、造纸厂等)，具有很强的适用性，并且整套系统结构简单、无转动部件、无粉尘沉积端，使用过程简单，维护量小，使用周期长，操作安全、消耗成本低，节能环保，低噪音，安全可靠。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，可应用于工业废气排放源的连续监测(如火力电厂、垃圾焚烧电厂、化工厂、造纸厂等)，具有很强的适用性，并且整套系统结构简单、无转动部件、无粉尘沉积端，使用过程简单，维护量小，使用周期长，操作安全、消耗成本低，节能环保，低噪音，安全可靠。

本发明的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，包括用于与烟气排放烟道连接的高温取样探头组件、用于对气样进行处理和分析的采样组件、用于增加气样流速并形成负压吸气的动力组件，所述高温取样探头组件包括高温探头和取样管道，所述高温探头一端伸入烟气排放烟道内与烟气排放烟道连通，另一端伸出烟气排放烟道外与取样管道进口端连通，所述采样组件垂直设置在取样管道上方，且与取样管道连通，所述动力组件设置在取样管道出口端。

进一步，所述高温探头位于烟气排放烟道外的一端上设置有截止阀。

进一步，所述取样管道包括水平段和沿水平段一端折转后向下延伸的竖直段，所述水平段另一端为进口端，与高温探头连通，竖直段的延伸端为出口端。

进一步，所述采样组件垂直设置在取样管道的水平段上，与水平段连通。

进一步，所述采样组件包括采样杆、用于气水分离的盘管、回流管I、采样箱、回流管II，所述采样杆下端位于水平段内，上端向上伸出水平段外与盘管连接，该采样杆中心沿轴向设有进气通孔，采样杆的杆壁上沿轴向设有密闭的环形回气腔，所述进气通孔下端与采样杆下端设有的采样头连通，进气通孔上端与盘管的一端连通，盘管另一端通过回流管I与采样箱连通，所述采样箱顶部设有样气检测口，样气检测口上方设置有用于对样气进行分析检测的传感器探头，采样箱底部通过回流管II与环形回气腔上部连通，所述环形回气腔下部背向气流流向的一侧设有与水平段连通的背压回气口。

进一步，所述采样头面向气流流向的一侧设有进气斜口，所述进气斜口处压强大于背压回气口处压强，通过进气斜口与背压回气口之间产生的微差压形成闭环检测。

进一步，所述样气检测口内设置有过滤膜片。

进一步，所述动力组件包括内衬管和套于内衬管外的外套管，所述内衬管上部插入取样管道的竖直段内与竖直段可拆卸连接，内衬管下部插入外套管内与外套管可拆卸连接，所述内衬管下端的外壁上设有环形凹槽，所述外套管靠近下端的内壁上设有用于支撑内衬管的环形凸台，所述环形凹槽与外套管内壁、环形凸台上端面之间形成用于通入压缩空气的供气腔，所述外套管一侧管壁上设有与供气腔连通的压缩空气进气口，所述内衬管下端面与环形凸台上端面之间留有将供气腔与内衬管内部连通的间隙。

进一步，所述内衬管内壁为上宽下窄的锥形面I，所述外套管下端的内壁为上窄下宽的锥形面II，所述内衬管下端面与环形凸台上端面之间的间隙处设置有垫片。

进一步，所述外套管下端设置有废气排放接口。

本发明的有益效果：本发明的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，可适应于微负压及正压高温烟道气体采样，本系统通过科恩达效应原理的动力组件形成动力，经过取样管道形成气样流速，使气样能够通过采样组件进行微差压采样、盘管降温处理后进入气体分析仪表检测，实现对工业废气排放源的连续监测，从而使本发明具有以下优点：

1、整个系统检测样气无任何稀释气样混入，保证气样“不失真”；

2、动力组件无任何缩口部件不易堵塞，且用气量少；

3、通过设置取样管道能够形成稳定气流，形成微差压取样，样气风冷降温，冷却效果好，冷却管路不堵塞；

4、整个系统集成度高，采样组件为集气动采样、微差压取样、空冷汽水分离、膜式滤水除尘一体化采样检测装置；

5、整个系统工艺结构简单、成本低；

6、整个系统除了利用一小部分工业压缩空气外，没有使用电及其它动力，也没有移动部件，操作安全、消耗成本低，节能环保，低噪音，安全可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明采样组件与取样管道的结构示意图；

图3为本发明动力组件与取样管道的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，图2为本发明采样组件与取样管道的结构示意图，图3为本发明动力组件与取样管道的结构示意图，图中箭头所示方向为气体流向，如图所示：本实施例的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，包括用于与烟气排放烟道1连接的高温取样探头组件、用于对气样进行处理和分析的采样组件、用于增加气样流速并形成负压吸气的动力组件，所述高温取样探头组件包括高温探头2和取样管道3，所述高温探头2一端伸入烟气排放烟道1内与烟气排放烟道1连通，另一端伸出烟气排放烟道1外与取样管道3进口端连通，通过高温探头2伸入烟气排放烟道1内进行取样，并将样气输送到取样管道3中，通过直通式取样管道3形成稳定的气流，且该气流无任何稀释气样混入，保证了气样“不失真”，所述采样组件垂直设置在取样管道3上方，且与取样管道3连通，使取样管道3内的气样能够进入采样组件内进行处理和分析，所述动力组件设置在取样管道3出口端，动力组件采用科恩达效应原理产生负压吸气，与现有技术中采用喷射泵的结构相比，用气量少，无任何缩口部件不易堵塞。

本实施例中，所述高温探头2位于烟气排放烟道1外的一端上设置有截止阀4，以便于控制所需取样气体的通断以及样气的流量和流速，方便使用。

本实施例中，所述取样管道3包括水平段31和沿水平段31一端折转后向下延伸的竖直段32，所述水平段31另一端为进口端，与高温探头2连通，竖直段32的延伸端为出口端，通过设置水平段31，使取样管道3内能够形成稳定的气流，以供采样组件进行检测；竖直段32便于气样排除。

本实施例中，所述采样组件垂直设置在取样管道3的水平段31上，与水平段31连通，使采用组件能够与水平段31形成的稳定气流相配合，形成微差压取样。

本实施例中，所述采样组件包括采样杆5、用于气水分离的盘管6、回流管I7、采样箱8、回流管II9，所述采样杆5下端位于水平段31内，上端向上伸出水平段31外与盘管6连接，该采样杆5中心沿轴向设有进气通孔51，采样杆5的杆壁上沿轴向设有密闭的环形回气腔52，所述进气通孔51下端与采样杆5下端设有的采样头10连通，进气通孔51上端与盘管6的一端连通，使经采样头10进入采样杆5的进气通孔51内的样气能够进入盘管6中，通过盘管6对样气进行气水分离和风冷降温，冷却效果好，盘管6另一端通过回流管I7与采样箱8连通，使经过盘管6降温冷凝后样气能够流入采样箱8内，以供采样分析，所述采样箱8顶部设有样气检测口81，样气检测口81上方设置有用于对样气进行分析检测的传感器探头11，采样箱8底部通过回流管II9与环形回气腔52上部连通，使进入采样箱8中的样气能够在采样箱8内进行二次气水分离，其中一部分样气通过扩散进入样气检测口81，并进入传感器探头11进行分析检测，其余的样气通过回流管II9流入环形回气腔52内，所述环形回气腔52下部背向气流流向的一侧设有与水平段31连通的背压回气口52a，使流入环形回气腔52内的样气能够回流入水平段31，通过取样管道3进行排放。

本实施例中，所述采样头10面向气流流向的一侧设有进气斜口10a，所述进气斜口10a处压强大于背压回气口52a处压强，通过进气斜口10a与背压回气口52a之间产生的微差压形成闭环检测，检测流程无任何动力元件，本质安全，特别适合煤矿瓦斯输送管路等有爆炸性气体环境要求使用。

本实施例中，所述样气检测口81内设置有过滤膜片12，本实施例的过滤膜片12采用PTFE膜片，用于对进入传感器探头11内的样气进行膜式滤水和除尘水，提高了分析检测的精准度。

本实施例中，所述动力组件包括内衬管13和套于内衬管13外的外套管14，所述内衬管13上部插入取样管道3的竖直段32内与竖直段32可拆卸连接，内衬管13下部插入外套管14内与外套管14可拆卸连接，内衬管13分别与竖直段32和外套管14采用螺纹连接，方便拆卸、维护、清洗以及更换；所述内衬管13下端的外壁上设有环形凹槽13a，所述外套管14靠近下端的内壁上设有用于支撑内衬管13的环形凸台14a，所述环形凹槽13a与外套管14内壁、环形凸台14a上端面之间形成用于通入压缩空气的供气腔15，所述外套管14一侧管壁上设有与供气腔15连通的压缩空气进气口16，所述内衬管13下端面与环形凸台14a上端面之间留有将供气腔15与内衬管13内部连通的间隙，通过通入工业压缩空气，以提高科恩达效应原理的效果。

本实施例中，所述内衬管13内壁为上宽下窄的锥形面I，所述外套管14下端的内壁为上窄下宽的锥形面II，使流经内衬管13的气体能够形成负压区，实现烟道负压或微正压气体快速采样，所述内衬管13下端面与环形凸台14a上端面之间的间隙处设置有垫片17，用于调节间隙的大小，以对压缩空气的进气量进行控制和调节。

本实施例中，所述外套管14下端设置有废气排放接口18，可进行废气收集处理；进一步在烟气排放过程应用可将通过压缩空气混合的废气返回到烟道下游排放，实现闭环检测。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：包括用于与烟气排放烟道连接的高温取样探头组件、用于对气样进行处理和分析的采样组件、用于增加气样流速并形成负压吸气的动力组件，所述高温取样探头组件包括高温探头和取样管道，所述高温探头一端伸入烟气排放烟道内与烟气排放烟道连通，另一端伸出烟气排放烟道外与取样管道进口端连通，所述采样组件垂直设置在取样管道上方，且与取样管道连通，所述动力组件设置在取样管道出口端。

2.根据权利要求1所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述高温探头位于烟气排放烟道外的一端上设置有截止阀。

3.根据权利要求1所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述取样管道包括水平段和沿水平段一端折转后向下延伸的竖直段，所述水平段另一端为进口端，与高温探头连通，竖直段的延伸端为出口端。

4.根据权利要求3所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述采样组件垂直设置在取样管道的水平段上，与水平段连通。

5.根据权利要求4所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述采样组件包括采样杆、用于气水分离的盘管、回流管I、采样箱、回流管II，所述采样杆下端位于水平段内，上端向上伸出水平段外与盘管连接，该采样杆中心沿轴向设有进气通孔，采样杆的杆壁上沿轴向设有密闭的环形回气腔，所述进气通孔下端与采样杆下端设有的采样头连通，进气通孔上端与盘管的一端连通，盘管另一端通过回流管I与采样箱连通，所述采样箱顶部设有样气检测口，样气检测口上方设置有用于对样气进行分析检测的传感器探头，采样箱底部通过回流管II与环形回气腔上部连通，所述环形回气腔下部背向气流流向的一侧设有与水平段连通的背压回气口。

6.根据权利要求5所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述采样头面向气流流向的一侧设有进气斜口，所述进气斜口处压强大于背压回气口处压强，通过进气斜口与背压回气口之间产生的微差压形成闭环检测。

7.根据权利要求5所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述样气检测口内设置有过滤膜片。

8.根据权利要求3所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述动力组件包括内衬管和套于内衬管外的外套管，所述内衬管上部插入取样管道的竖直段内与竖直段可拆卸连接，内衬管下部插入外套管内与外套管可拆卸连接，所述内衬管下端的外壁上设有环形凹槽，所述外套管靠近下端的内壁上设有用于支撑内衬管的环形凸台，所述环形凹槽与外套管内壁、环形凸台上端面之间形成用于通入压缩空气的供气腔，所述外套管一侧管壁上设有与供气腔连通的压缩空气进气口，所述内衬管下端面与环形凸台上端面之间留有将供气腔与内衬管内部连通的间隙。

9.根据权利要求8所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述内衬管内壁为上宽下窄的锥形面I，所述外套管下端的内壁为上窄下宽的锥形面II，所述内衬管下端面与环形凸台上端面之间的间隙处设置有垫片。

10.根据权利要求9所述的高温烟气排放在线气样分析监测用采样系统，其特征在于：所述外套管下端设置有废气排放接口。