CN106124443B - 一种船舶废气排放分析预处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船舶废气排放分析预处理系统，包括电动球阀、冷干机(预冷却器)、射流热交换管、磷酸瓶、蠕动泵、蠕动排液泵、保护过滤器、校零阀、卡套两通针阀、小空气过滤器、冷干机(主冷却器)、射流热交换管、蠕动排液泵、保护过滤器、湿度报警器、取样泵、循环工作调节阀、放空流量计、精细过滤器、气溶胶过滤器，本船舶废气排放分析预处理系统方便对样气先进行预处理，然后处理过后的样气再进行分析，通过蠕动泵向射流热交换管增加磷酸，极大的减少气体组分的丢失，基本消除了因气体总量的变化而产生的测量误差，确保样气在流量极少时，气体仍有极快的响应时间，相应速度快，保证含硫测量精度≤0.1％m/m。
Description
技术领域
本发明涉及船舶废气排放技术领域，尤其涉及一种船舶废气排放分析预处理系统。
背景技术
船舶废气中含有大量的CO、CO2、S02、H2S、NO、NO2等气体，气体成分分析是烟气脱硫排放实现生产控制的必要检测过程。气体分析仪器仪表需要清洁、干燥、恒温的样气才能进行准确分析，但船舶重油燃烧产生大量的水蒸气、灰尘，并且气体温度波动大，影响检测精度和仪器的寿命，因此需要对烟气进行除尘、干燥、除酸雾、恒温处理。
船舶废气预处理系统包括气体前处理装置和气体后处理装置。样气采样用直接抽取法，直接抽取法是采用船舶专用的采样探头将废气从船舶烟道中抽取出来，采用伴热管线（防止废气在传输中发生冷凝），将废气传输到分析柜后首先经过预处理系统进行处理，满足分析仪检测条件后进入分析仪，任何不满足条件的气体都有可能降低分析仪的性能。
通常情况下废气分析系统经常发生采样探头堵塞、管路漏气、采样泵流量降低、冷凝器除湿效率降低、冷却器排水蠕动泵损坏、过滤元部件失效、铵盐结晶、气体有水溶性损失、测量精度不高等故障。传统的预处理系统伴热管线通常通常很长，分析滞后时间较长，并且含硫测量测量精度远达不到国际防止船舶造成污染公约要求的0.1％m/m。易溶于水的SO2、NOx溶于冷凝水，酸性极强，易损坏蠕动泵，发现不及时会造成损坏采样泵和分析仪等严重后果。严重增加了系统的维护量及维护成本。
一种船舶预处理系统其功能为完成样气的净化、除尘、除湿、除酸雾。其过滤精度可达0.1p，将符合分析仪器要求的超净、恒温、流量稳定的样气，源源不断送入分析仪器，保证含硫测量精度≤0.1％m/m。提高分析仪器的分析准确性和长期可靠性。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种船舶废气排放预处理系统，能够对船舶废气中的多种污染物进行预处理，有效的避免气体管路、气体室、元器件遭到腐蚀和堵塞气体管路，同时避免了气体组分的丢失，消除了因气体总量的变化而产生的测量误差，确保样气在流量极少时，气体仍有极快的响应时间，系统性能稳定可靠，维护工作量小。
为实现上述目的，本发明提出了一种船舶废气排放分析预处理系统，包括气体前处理装置、气体后处理装置。
所述气体前处理装置包括电动球阀、冷干机预冷却器、射流热交换管、磷酸瓶、蠕动泵、蠕动排液泵、保护过滤器、校零阀、卡套两通针阀、小空气过滤器、冷干机主冷却器、射流热交换管、蠕动排液泵、保护过滤器、湿度报警器、取样泵、循环工作调节阀、放空流量计。
所述气体后处理装置包括精细过滤器、气溶胶过滤器。
该预处理系统主要是靠取样泵将烟气由烟道中抽取至预处理系统，经冷干机，将烟气中的水蒸气迅速凝成液体，再由蠕动泵将水排走，合格的烟气经由层层处理最终进入分析仪进行分析。
作为优选，取样泵上设有循环工作调节阀；作为优选，放空流量计、湿度报警器、流量计报警器、阻液器、冷干机通过若干排液管连接排液口，排液管上安装液蠕排液动泵，精细过滤器依次连接湿度报警器、流量计报警器；冷干机连接取样泵。
作为优选，所述冷干机内置射流热交换管，射流热交换管不止一个，且射流热交换管均匀排列在冷干机内。
作为优选，冷干机采用全新设计的射流热交换气体分析前处理装置，利用射流气体的附壁效应提高热交换效率，温度控制采用半导体制冷件制冷。
下面对本发明的有益效果进行说明。
1、本发明采用烟气直接抽取法、采样管电伴热等项技术。预处理系统是过程分析仪在线连续可靠运行的关键，本系统采用特殊结构设计，创新的脱水过程可将易溶于水的组分的损失降到最低，利用分级过滤除尘，粗过滤与精过滤相结合的净化方式，经现场长期运行表明，有效地解决了高粉尘、高湿度工况下，维护工作量大，在线连续运行率低的难题，降低了系统的维护量和维护成本。
2、射流热交换装置具有体积小，热交换充分，制冷速度快，性能稳定可靠等特点，通过蠕动泵向射流热交换管增加磷酸，极大的减少气体组分的丢失，基本消除了因气体总量的变化而产生的测量误差，确保样气在流量极少时，气体仍有极快的响应时间，响应速度快，保证含硫测量精度≤0.1％m/m。
3、本发明可有效去除样品中的酸雾，并可避免酸雾对仪器零部件的腐蚀，性能稳定可靠，维护工作量小，系统结构简单，使用方便，能够有效的处理样气，满足分析仪检测条件。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1为船舶废气排放分析预处理系统关键部分连接示意图。
图2为射流热交换管结构图。
图3射流热交换处理工作流程图。
图1是本发明一种船舶废气排放分析预处理系统的关键部分连接示意图。
图中：01-电动球阀、02-冷干机预冷却器、021-射流热交换管、022-磷酸瓶、023-蠕动泵、03-蠕动排液泵、04-保护过滤器、05-校零阀、06-卡套两通针阀、07-小空气过滤器、08-冷干机主冷却器、081-射流热交换管、09-蠕动排液泵、10-保护过滤器、11-湿度报警器、12-取样泵、13-循环工作调节阀、14-放空流量计、15-精细过滤器、16-气溶胶过滤器。
图2是本发明冷干机射流热交换管结构图。
图中：210-气体入口、211-气体出口、212-玻璃射流射流热交换管、213-PT100温度传感器、214-半导体制冷件、215-气体喷嘴、216-冷凝水排出口。
具体实施方式
参照附图，本发明的一种实施方式为。本发明的核心在于提供一种船舶废气排放分析预处理系统，该预处理系统能对船舶废气进行除湿、除尘、恒温、防酸雾，能有效的降低腐蚀和损坏，提高分析仪的检测精度，减少了维护量，降低维护成本。
请参考图1，图1为船舶废气排放分析预处理系统关键部分连接示意图，来理解本发明的技术方案。
下面对本发明的工作过程进行说明。
射流热交换管是冷干机的核心零部件，它可以把高温，潮湿的烟气的露点减小到稳定水平，对烟气的冷却可防止其在分析仪中冷凝，减少测量出现的容积误差，进而提高灵敏度，同时加装磷酸装置，保证了气体组分不丢失。
下面对射流热交换管工作原理进行说明。
当射流热交换管工作时，气体由气体入口210从气体喷嘴215喷出。由于喷出口距离一侧管壁的距离远小于另一管壁，当气体高速喷出后，产生了空气压力差，也称为附壁效应，当达到某一数值时，气体始终稳定地沿着交换器的外管壁螺旋上升。在无外界干扰且流速一定的情况下，此热交换器的工作将是稳定的气体螺旋上升的过程中与外管壁进行热交换，从而使温度降低，而气体中的水分由于达到露点，过饱和部分的水分就可以冷凝析出，析出的水分将沿着管壁流下，在排水口处接一蠕动排液泵，冷凝水从冷凝水排出口216排出，同时经过干燥和冷却的气体从气体输出口211输出。
射流热交换管是采用特种材料玻璃烧制的，经过退火处理，减小了内应力。用特种玻璃制造的射流热交换管具有良好的化学稳定性、表面光滑不易结垢，流阻很小、结构紧凑。另外，为了更好地进行热交换，还在射流热交换管冷却壁处加有铝制冷却块、半导体制冷器件、铝制散热片和小型风扇。气体在热交换器内螺旋上升，通过制冷壁与外面的冷却块交换热能，利用半导体制冷器件进行制冷，同时将热量传递给铝制散热片，通过风扇强力对流散热。
下面对船舶废气排放预处理系统工作原理进行说明。
当样气进入电动球阀01，样气经过电动球阀01，进入冷干机预冷却器02一次冷凝，射流预置热交换管21开始工作，半导体制冷件214制冷，PT100温度传感器 213用于检测铝导热块的表面温度，其输出信号用于控制半导体制冷件214冷器，控制射流热交换管外壁温度使其在（5±1）℃范围内。当射流射流预置热交换管21内的温度到达到+5℃时，取样泵12、主蠕动排液泵09启动，样气经过除尘后被抽人射流预置热交换管21内。经气体喷嘴215高速喷出的气体在射流预置热交换管21内壁由于附壁效应的产生，气体将紧贴着射流预置热交换管21外壁向上运动，与射流预置热交换管21外壁进行充分热交换，气体露点温度降低，水蒸气在射流预置热交换管21的外壁凝结成水并顺管壁流下，由冷凝水排出口216排出，经过固液分离之后，冷凝液通过预置蠕动排液泵03排出；运行一段时间后通过蠕动泵023自动将磷酸瓶022里面的磷酸添加至射流预置热交换管21，以减少气体组分的丢失。
接着样气通过一个预置保护过滤器04进入校零阀05，当自动标定时，校零阀05打开，空气通过小空气过滤器07及卡套两通针阀06过滤之后，取样泵12抽取空气，外部气体也通过循环工作调节阀13，最终被送往红外气体分析仪，校对仪器的零位。
接着样气进入冷干机主冷却器08进行二次冷凝除去湿气，原理同一次冷凝相同，冷凝液通过主蠕动排液泵09排液口排排出，样气经主保护过滤器10、湿度报警器11进入取样泵12送往后级，分为两路；一路为放空流量气路（用于缩短由于样气传输管线等单元的“死空间”所引起的滞后时间），即样气经放空流量计14后快速排空；另一路工作（测量）气路，除湿后的气体进入精细过滤器15除去酸雾，通过气溶胶过滤器16对样气进一步过滤；最终将预处理后的样气送入红外气体分析仪进行测量。
船舶废气排放分析预处理系统其各部件功能如下。
电动球阀01：通过及关断采集的样气。
冷干机预冷却器02：冷干机预冷却器02采用压缩机制冷原理工作，将经过冷干机预冷却器02的样气温度降至比机柜温度低07℃，进行干燥分离。将分离后的排水水通过预置蠕动排液泵03排出。
预置蠕动排液泵03：蠕动泵专门用于分析设备中的冷凝液的回收。低速（5rpm）运转的PVDF软管通过滑轮与NOVOPRENE软管连接可确保长期具有良好的机械和化学稳定性，同步发动机和齿轮可以阻住回流的冷凝液，0.3L/H的泵吸量可保证安全的除去冷凝液。
预置保护过滤器04：起到过滤作用，耐强酸强碱腐蚀，过滤精度0.2um。
校零阀05：样气通道，大气零校正时打开。
卡套针阀06：用以截断或调节流量的阀门。
小空气过滤器07：收集大气中的粉尘颗粒物。
冷干机主冷却器08：将经过冷干机主冷却器08冷却的样气进一步冷却至5℃，进行排水分离。将分离后的排水水通过主蠕动排液泵09排出。基于露点温度不同，湿度也不相同的原理，该冷干机主冷却器08通过制冷控制其气体出口温度，即控制进入仪器的样气湿度，减少水蒸汽对仪器的干扰，其特点不需定期更换干燥剂，维护工作量小，其主要性能参数，当流量为2L/min，入口温度≤45℃，出口温度2±0.5℃。
主蠕动排液泵09：蠕动泵专门用于分析设备中的冷凝液的回收。低速（5rpm）运转的PVDF软管通过滑轮与NOVOPRENE软管连接可确保长期具有良好的机械和化学稳定性，同步发动机和齿轮可以阻住回流的冷凝液，0.3L/H的泵吸量可保证安全的除去冷凝液。
主保护过滤器10：起到过滤作用，耐强酸强碱腐蚀，过滤精度0.2um。
湿度报警器11：通过屏体直接设置湿度上下限。当湿度达到设定上下限时可进行声光报警。
取样泵12：吸收样气，加压送至分析仪，同时进行向旁路排气。该泵采用膜式结构，所有与样气接触部分均采用聚四氟乙烯防腐结构，具有防腐性好、使用寿命长、可靠性好、维护工作量少的特点。其组成部件的特殊性设计可解决分析技术中的各类采样问题，抽气量12L/min可调节。所有的连接部件及与样气的接触部件都由PTFE材质构成，泵的工作完全处于润滑状态。所以气体的分析参数在通过该泵的作用后不会有任何改变，由于泵具有特殊的隔膜和阀门系统。因此，操作和维修非常简便。
循环工作调节阀13（泵上附带调节阀则不另备）：用于调节取样泵的输出流量及保护取样泵。
放空流量计14：监视、调整、放空多余的样品流量。测量范围：25～250L/H。
气溶胶过滤器16：适用于含酸气体且露点>100℃情况下的采样过程。如：测量重油燃烧和喷煤（燃烧）过程中的气体，气溶胶过滤器16分离出气体冷凝时产生的液滴，最有效的部位是在采样气体通过分析仪的流量计之前。
精细过滤器15：通用型过滤器使用极细的（O.1um）高效滤芯，可靠的分离气体中所含的固体，尤其是极细的固体颗粒。承担样气进入仪器前的最后一级精过滤任务，同时监视前处理净化效率。过滤精度为0.1um其特点是直观，更换过滤器芯方便，过滤器芯的使用情况可通过玻璃外壳直观观察。
气溶胶过滤器16由内外两部分组成，气体由内部到外部渗透，气溶胶过滤器16内部由结构紧密的纤维组成，过滤面积大，在通过过滤表面时，气体中的粒子受重力的作用降至气溶胶过滤器16的玻璃容器中，当流体达到饱和状态时，气溶胶过滤器16仍保持良好的效能，结合紧密的微细纤维起到阻滞样气内杂质粒子的作用，气溶胶过滤器16的使用情况可通过玻璃外壳直接观察，更换气溶胶过滤器16也很方便。分离出来的酸质可通过将底帽卸下排出。
本发明采用烟气直接抽取法、采样管电伴热等项技术。船舶废气排放分析预处理系统是船舶废气分析仪在线连续可靠运行的关键，本发明降到最低，利用分级过滤除尘，粗过滤与精过滤相结合的净化方式，经现场长期运行表明，有效地解决了高粉尘、高湿度工况下，维护工作量大，在线连续运行率低的难题，降低了系统的维护量和维护成本。
射流热交换装置具有体积小，热交换充分，制冷速度快，性能稳定可靠等特点，通过蠕动泵向射流热交换管增加磷酸，极大的减少气体组分的丢失，基本消除了因气体总量的变化而产生的测量误差，确保样气在流量极少时，气体仍有极快的响应时间，响应速度快，保证含硫测量精度≤0.1％m/m。
本发明可有效去除样品中的酸雾，并可避免酸雾对仪器零部件的腐蚀，性能稳定可靠，维护工作量小，系统结构简单，使用方便，能够有效的处理样气，满足分析仪检测条件。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种船舶废气排放分析预处理系统，其特征在于：包括气体前处理装置（1）和气体后处理装置（2），所述气体气体前处理装置（1）与气体气体后处理装置（2）相连接；所述气体前处理装置（1）包括：电动球阀（01）、冷干机预冷却器（02）、射流预置热交换管（021）、磷酸瓶（022）、蠕动泵（023）、蠕动排液泵（03）、预置保护过滤器（04）、校零阀（05）、卡套两通针阀（06）小空气过滤器（07）、冷干机主冷却器（08）、射流主热交换管（081）、蠕动排液泵（09）、主保护过滤器（10）、湿度报警器（11）、取样泵（12）、循环工作调节阀（13）、放空流量计（14）；所述气体后处理装置（2）包括：精细过滤器（15）、气溶胶过滤器（16）；所述所述冷干机预冷却器（02）包括：射流预置热交换管（021）、磷酸瓶（022）、蠕动泵（023）；所述冷干机主冷却器（08）包括：射流主热交换管（081）、磷酸瓶及蠕动泵与冷干机预冷却器（02）共用；所述射流预置热交换管（021）包括：气体入口（210）、气体出口（211）、玻璃射流射流热交换管（212）、PT100温度传感器（213）、半导体制冷件（214）、气体气体喷嘴（215）、冷凝水排出口（216）；所述射流主热交换管（081）与射流预置热交换管（021）结构相同。
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