CN107367403A - 工作可靠的多点高温样气采集系统 - Google Patents

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Abstract

一种工作可靠的多点高温样气采集系统，包括取样探杆、固定装置、过滤系统、加热管线和样气混合系统，固定装置包括大法兰、大法兰盖、小法兰盖和小法兰，大法兰预埋在烟道的侧壁上，取样探杆焊接在大法兰盖上，通过大法兰盖固定在大法兰上并伸入烟道，探杆包括内杆，内杆外壁上套有弹簧加热丝，弹簧加热丝外部设有绝缘防护套，过滤系统设于大法兰盖与小法兰之间，过滤系统和样气混合系统之间及样气混合系统与检测系统之间通过加热管线连接，样气混合系统通过文丘里真空抽气系统配合压缩空气进行样气采集并通过混合装置对每路样气进行混合后通过出样口排出。本发明工作稳定可靠，寿命长，成本低，耐高温，体积小。

Description

工作可靠的多点高温样气采集系统
技术领域
本发明属于烟气采样分析系统领域，具体涉及一种节能且工作可靠的火力电厂高温烟气多点取样装置。
背景技术
火力电厂在发电时，需要进行燃烧作业；因燃烧而产生的高温烟气通过烟道进入烟囱，最后从烟囱排入大气。
烟气排放连续监测取样系统(简称CMES)在电力工业，化学和石油炼制工业应用广泛。因化学反应生产的排放物SO2、NOx，是造成酸雨的主要因素，它对人类健康，牲畜及植物都有很大的危害，随着环保力度加强，烟气除尘、脱硫、脱硝技术越来越受到人们的重视。
现有技术中，用于对烟气进行监测的烟气采样器，大都采用真空泵或风机抽取高温腐蚀烟气，不能提供不间断运行，数据采集时断时续，工作可靠性差。整套采样系统不能实现高温抽取，样气在抽取过程中冷凝液化，腐蚀管道；灰尘遇水结块，堵塞管道。
因此如何设计一种工作可靠的多点高温样气采集系统成为本领域技术人员研究的课题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种工作可靠的多点高温样气采集系统。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
工作可靠的多点高温样气采集系统，包括取样探杆、固定装置、过滤系统、加热管线和样气混合系统，所述固定装置包括大法兰、大法兰盖、小法 兰盖和小法兰，所述大法兰预埋在烟道的侧壁上，所述取样探杆焊接在大法兰盖上，通过大法兰盖固定在大法兰上并伸入烟道，所述探杆包括内杆，所述内杆外壁上套有弹簧加热丝，所述弹簧加热丝外部设有绝缘防护套，所述过滤系统设于所述大法兰盖与所述小法兰之间，所述过滤系统和样气混合系统之间及样气混合系统与检测系统之间通过所述加热管线连接，所述样气混合系统通过文丘里真空抽气系统配合压缩空气进行样气采集并通过混合装置对每路样气进行混合后通过出样口排出。
所述取样探杆内杆为陶瓷杆或不锈钢杆，所述防护套为经过防腐处理的不锈钢防护套，所述不锈钢杆为经过防腐处理的不锈钢杆。
所述采样杆为2到30个。
所述过滤系统包括光管，所述光管焊接在小法兰盖上，所述光管远离所述小法兰盖的一端设有陶瓷过滤芯，所述大法兰盖和所述小法兰之间设有密闭的连接管，所述小法兰盖固定到所述小法兰上后光管插入所述连接管内且所述过滤芯与所述取样探杆连通。
所述连接管外设有弧形的整体加热装置，所述整体加热装置为内部均匀设有加热管的铝块。
所述光管为不锈钢多孔光管，所述小法兰盖侧面设有与所述光管连通的第二反吹孔，所述小法兰侧面设有与所述连接管连通的第一反吹孔，所述第一反吹孔和所述第二反吹孔均通过单向阀、二通电磁阀与三通的一个出气口连接，所述三通的进气口连接压缩空气气源，所述三通的另一个出气口连接三通电磁阀，所述三通电磁阀连接气动三通阀的控制口，所述气动三通阀的进气口连接取样管，所述取样管与所述光管连通，所述气动三通阀的出气口连接样气混合系统。
所述加热管线包括两路管线，一路为吹扫管线、一路为取样管线，所述两路管线外包覆有不锈钢编织网，所述不锈钢编织网向外依次设有第二绑 带、加热电阻丝、第一绑带、保温棉、高温胶带、海绵套、尼龙编织网，两端用热缩帽封口固定。
所述采集系统为3点采样系统，所述三点采样系统包括三个取样探杆、三套过滤系统和三套加热管线，样气混合系统对三套加热管线中的取样管采集的样气进行混合后排出，所述样气混合系统包括三个样气采集环路和一个出样环路，每个采样点的加热管线中的取样管线均连接有一个样气采集环路；
所述样气采集环路包括第一计量阀，所述第一计量阀的出口连接第一三通入口，所述第一三通的一个出口连接第二计量阀入口，另一出口连接耐高温流量计，所述耐高温流量计连接第二三通第一出口，所述第二三通入口连接第二计量阀出口，所述第二三通的第二出口作为样气出口；
其中两个环路的样气出口设置于第一四通的两端，分别连接第一四通的一个入口，所述第一四通的另一个入口连接所述文丘里真空抽气系统的取样口；第三个环路的样气出口连接第二四通的一个入口，所述第二四通的另一入口连接第一四通的出口，所述第二四通的出口为出样口，所述第二四通的第三个入口连接备用环路。
所述样气混合系统设于样气混合柜内，所述样气混合柜的背面设有整体加热装置，所述整体加热装置为内部均匀设有加热管的铝块。
所述取样探杆长度为1.5～2m，壁厚2～3mm，外径10mm～15mm。
相对于现有技术，本发明所述的工作可靠的多点高温样气采集系统具有以下优势：
由于采用上述技术方案：1.本发明通过文丘里真空抽气系统(真空发生器)对抽样气体进行混合取样，可以实现不间断运行，数据采集连续，有效提高工作的稳定性和可靠性，利用虹吸原理实现高温烟气分离，有效延长设备的使用寿命。文丘里真空抽气系统(真空发生器)的使用，避免了常规使 用泵或风机取样带来的高成本、高维护量；文丘里真空抽气系统(真空发生器)与泵比较，文丘里真空抽气系统(真空发生器)更耐高温，SCR侧的烟温一般在300～400℃，泵的耐温普遍在100℃以下，不能直接使用；本发明真空发生器与风机比较，大小相当于常规采样风机的1/100，安装极其便利，而风机占地较大，且要经常清理；
2.本发明每个探头腔体内设有加热装置，可对采样气体进行加热；每个探头的取样管路经加热管线接混合装置，加热管线外层设有加热电阻丝；每个探头腔体内，对应取样探管的出口设有过滤装置，有效避免了烟尘堵塞和因温度降低产生凝结水的问题，解决了高温、高尘、高湿环境下的取样问题，进一步提高了工作可靠性。
3.本发明还设有反吹管路，反吹管路上设有反吹电动阀，反吹管路分别接各探头所对应的加热管线；反吹管路通过反吹支管路接混合罐，反吹支管路上设有反吹支管路电动阀，混合罐相应接有反吹排空电动阀，反吹排空电动阀设有排空口。本发明可对探头、混合罐进行反吹，防止采样器气路的堵塞，进一步提高了工作可靠性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明气体流动原理示意图。
图3是本发明加热管线结构示意图。
图4是图3中A部的放大图。
图5是取样探杆结构示意图。
图6是3点取样系统样气混合流程图。
图7是样气混合柜三维立体图。
图8是探杆与过滤箱的配合结构示意图。
图9是过滤箱的正面内部结构示意图。
图10是过滤箱某一角度的结构示意图。
图11是大小法兰之间的配合分解图。
图12是文丘里真空抽气系统结构示意图。
图13是整体加热装置的结构示意图。
图14是前端取样探杆的结构示意图。
图中：1.探杆，2.固定装置，3.过滤系统，4.加热管线，5.样气混合系统，6.烟道，7.弹簧加热丝，8.防护套，9.整体加热装置，10.过滤箱，21.大法兰，22.小法兰，23.小法兰盖，221.第一反吹孔，231.第二反吹孔，24.大法兰盖，31.三通电磁阀，32.压缩空气入口，33.二通电磁阀，34.温控仪，35.陶瓷过滤芯，36.气动三通阀，37.取样管，38.单向阀，401.加热电阻丝，402.热缩帽，403.特氟龙管，404.尼龙编织网，405.海绵套，406.高温胶带，407.保温棉，408.第一绑带，409.第二绑带，410.不锈钢编织网，51.第一计量阀，52.第一三通，53.第二计量阀，54.第二三通，55.第一四通，56.第二四通，57.真空抽气系统，58.耐高温流量计，a.光管，b.连接管，571.进气口，572.出气口，573.取样口，91.铝块，92.温度传感器，93.加热管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-14所示，本发明提供一种工作可靠的多点高温样气采集系统，包括取样探杆1、固定装置2、过滤系统3、加热管线4和样气混合系统5，
取样探杆1的内管可以为不锈钢材质和陶瓷材质，探杆长度为1.5～2m，壁厚2～3mm，外径10mm～15mm。取样探杆外壁设有弹簧加热丝7，加热温度范围为25℃～500℃；弹簧加热丝7的外壁由不锈钢防护套8包裹，不锈钢表面可以根据需要进行表面耐腐蚀处理；探杆深入烟道一段，有不锈钢封头法兰(大法兰盖24)，通过焊接方式将弹簧加热丝7封堵在取样内管与防护套8之间。取样探杆1的数量可控制在2—30个，安装位置根据实际应用环境可控。
固定装置采用法兰连接形式，在烟道上安装预埋法兰(大法兰21)，用不锈钢螺栓将过滤系统箱体(过滤箱10)与预埋法兰连接，隔离烟道气。
过滤系统，其过滤装置内部为一个滤径2μm的陶瓷过滤芯35，穿插在多孔不锈钢光管a上，不锈钢光管a与小法兰盖23通过焊接方式连接，小法兰盖23侧面设有通孔，作为吹扫通道入口，实现滤芯的内部吹扫；过滤芯35外部由大、小法兰之间的连接管b包裹，避免烟气直接接触滤芯，小法兰22一端同样设置通孔，作为吹扫通道入口，实现滤芯外部吹扫；大、小法兰之间连接管b的外部由铝模块(弧形整体加热模块9)包裹，铝模块通过在铝块91内部安装加热管93的形式实现加热保温，保证样气不被冷凝，以气体形式输送到检测系统。过滤装置由大、小法兰组成的过滤腔体中接有两套管路，第一管路上设有三通电磁阀31和气动三通阀36，控制样气的采集与停止，第二管路上设有一个单向阀38和一个二通电磁阀33，控制压缩空气吹扫时间间隔；三通电磁阀31只有吹扫条件下是打开的，横向通路，压缩空气通过电磁阀，进入气动三通阀36，顶住活塞，关闭气动三通阀36，停止采样，二通电磁阀33平时是常闭状态，吹扫时打开，压缩气体从这里通过单向阀38；进入大、小法兰进行吹扫，吹扫时间结束，三通电磁阀31排空，气动三通阀36再次开启，进行烟气取样。
加热管线，其管线采用特氟龙软管403制成，包括两路管线，一路负责吹扫，一路负责取样；外层用不锈钢编织网410包裹，编织网410外层缠绕第二绑带409，第二绑带409外层缠绕加热电阻丝401，实现特氟龙管403均匀受热，电阻丝401外层依次缠绕第一绑带408、保温棉407、高温胶带406、海绵套405、尼龙编织网404，两端用热缩帽402封口固定。
样气混合系统，其每条样气管线的汇聚终端安装流量控制计，保证每路样气流量一致；2～3点采样装置直接采用四通混合样气，4～30点采样装置采用不锈钢混合罐混合，充分混合的样气经过加热管线输送到检测系统。样气 混合柜内安装一个真空发生器，该装置利用文丘里原理，通过通入压缩空气，使压缩空气高速受限流动，在通过缩小的过流断面时，流速增大，压力降低，从而产生吸附作用即形成真空，吸取样气；混合柜背面安装铝板整体加热装置9，实现加热功能，保持整个混合柜内部温度在100～200℃。
在火电厂进行燃烧作业以后，会产生具有高浓度的燃烧废气，电厂会进行各种类型的尾气处理工艺，其中包括脱硫脱硝工艺，由于本发明主要应用环境为火电厂脱硫前后和脱销前后的烟道取样，故由于脱硫和脱硝的烟道环境不同，在具体实施时使用的探杆材质和方式也有所不同。具体体现在如下两个部分：
(1)不锈钢管探杆
在脱硝烟道环境中，无论是脱硝前还是脱硝后，烟道内部环境温度大约在350℃左右，烟道内的水以气态的形式存在，腐蚀性较脱硫烟道低；且得益于烟道内350℃的高温，在后端取样管路中进入的液态水合物也非常少，不会产生烟道堵塞。所以在脱销烟道本发明的前端使用不锈钢探杆。
不锈钢探杆的具体实施方式就是将一根1.2-1.8米(探杆长度视烟道环境而定)的12mm*2mm不锈钢管与取样控制探头连接起来，保证取样的样气距离烟道壁1米以上，更具有代表性。
(2)陶瓷探杆
就如(1)中所述，电厂的尾气处理工艺中包含有脱硫工艺，在脱硫烟道内，主要成分为硫化物，例如SO2，且烟道内温度仅有40℃，在接近常温的状态下，SO2遇水会生成H2SO3，会对前端的探杆管路产生严重的腐蚀，所以本发明使用了一种陶瓷探杆。其使用方式与(1)中所述的不锈钢探杆使用方式相同。
3点采样
多点取样系统(3点)主要由3大部分构成：取样探杆、过滤箱、加热 管线和主控制柜。下面分四部分介绍本发明的主要实施方式：
A.1前端取样探杆
前端取样探杆主要由取样探杆、预埋DN65法兰组件(大法兰、大法兰盖)以及探杆与探头连接转换接头组成。主要实施方式为，先期将DN65预埋法兰与烟道焊接，焊接角度需与烟道壁呈89°夹角，将探杆与卡套外螺纹接头连接准备好。如图14所示。
A.2过滤箱
过滤箱10主要由取样气路，反吹气路和加热电路及其控制部分(温控仪34)组成，用来连接前端取样探杆和加热管线，其主要功能是可以过滤烟道内烟气的粉尘，防止后端管路堵塞；对采集到的样气进行恒温150℃伴热，保证无液态水。其实施方式为，将探头箱底部的3/4螺纹孔与探杆连接好的接头紧固，然后将带有探杆的DN65法兰插入烟道内，与预埋法兰使用M18螺栓连接紧固，如图8所示：
B.加热管线
加热管线主要用于连接控制柜与过滤箱，其伴热温度可以恒定，并且在常温-300℃之间可以随意调节，长度也可以视现场环境而定制。
C.主控制柜(样气混合系统)
主控制柜一般放置在距离取样探杆5米左右的现场测点平台上，通过加热管线实现与过滤箱的连接，主控制柜的主要作用是控制取样气路的流量、加热管线的温度调节、反吹气路的吹扫气开启和吹扫时间控制以及样气在控制柜内混合装置的均匀混合。
其具体实施方式：
1.将控制柜放置在测点平台上，通过加热管线将已经安装好的探杆与过滤箱取样气路和反吹气路及控制柜连接起来；
2.将压缩空气气源通入右侧的缓冲罐内，开启真空发生器前端的计量阀调节 进气量；
3.将主电源接进控制柜内的总开关，开启各分控断路器；
4.调试控制柜A层控制面板上的温控仪表，调节各加热管线温度为120-160℃之间；
5.调节各路进气路的流量，保证各路流量基本均衡；
6.在经过加温、抽气测试15分钟到1小时之后，将柜体右侧的出气路连接到分析仪上面，观测数据。
至此，本发明的所有部位安装完毕。
10点采样
本发明为2-30点的多点取样系统，在本实施方式中只介绍具有代表性的3点取样和十点取样，前面已经介绍过3点取样的实施方式，本节主要介绍10点以及10点以上的取样系统。
10点取样系统在该系统的单点基础上，多加装几路取样探杆、过滤系统和加热管线，以及将混合罐的容积加大，其气路连接方式与3点类似，不同点在于以下几点：
10点及10点以上的取样设备，
1.反吹气路会影响取样的样气数据，故在反吹时，观测到的数据是不具代表性的，由于常规吹扫是每个探头由PLC控制依次吹扫，该方式应用到10点取样中耗费时间过长，所以在10点及以上设备中，我们使用分控电磁阀及PLC实行错峰吹扫；
十点取样设备的主要作用在于检测烟道内各点的不同高度的气体差异，故在本发明中，10点及以上取样设备均采用触摸屏配合PLC的控制方式，控制每一路的取样阀的开关，通过触摸屏的控制，可以实现某几个点开，同时其余点关闭的功能，更具有实用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：包括取样探杆、固定装置、过滤系统、加热管线和样气混合系统，所述固定装置包括大法兰、大法兰盖、小法兰盖和小法兰，所述大法兰预埋在烟道的侧壁上，所述取样探杆焊接在大法兰盖上，通过大法兰盖固定在大法兰上并伸入烟道，所述探杆包括内杆，所述内杆外壁上套有弹簧加热丝，所述弹簧加热丝外部设有绝缘防护套，所述过滤系统设于所述大法兰盖与所述小法兰之间，所述过滤系统和样气混合系统之间及样气混合系统与检测系统之间通过所述加热管线连接，所述样气混合系统通过文丘里真空抽气系统配合压缩空气进行样气采集并通过混合装置对每路样气进行混合后通过出样口排出。
2.根据权利要求1所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述取样探杆内杆为陶瓷杆或不锈钢杆，所述防护套为经过防腐处理的不锈钢防护套，所述不锈钢杆为经过防腐处理的不锈钢杆。
3.根据权利要求1或2所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述采样杆为2到30个。
4.根据权利要求1所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述过滤系统包括光管，所述光管焊接在小法兰盖上，所述光管远离所述小法兰盖的一端设有陶瓷过滤芯，所述大法兰盖和所述小法兰之间设有密闭的连接管，所述小法兰盖固定到所述小法兰上后光管插入所述连接管内且所述过滤芯与所述取样探杆连通。
5.根据权利要求4所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述连接管外设有弧形的整体加热装置，所述整体加热装置为内部均匀设有加热管的铝块。
6.根据权利要求4或5所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述光管为不锈钢多孔光管，所述小法兰盖侧面设有与所述光管连通的第二反吹孔，所述小法兰侧面设有与所述连接管连通的第一反吹孔，所述第一反吹孔和所述第二反吹孔均通过单向阀、二通电磁阀与三通的一个出气口连接，所述三通的进气口连接压缩空气气源，所述三通的另一个出气口连接三通电磁阀，所述三通电磁阀连接气动三通阀的控制口，所述气动三通阀的进气口连接取样管，所述取样管与所述光管连通，所述气动三通阀的出气口连接样气混合系统。
7.根据权利要求3所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述加热管线包括两路管线，一路为吹扫管线、一路为取样管线，所述两路管线外包覆有不锈钢编织网，所述不锈钢编织网向外依次设有第二绑带、加热电阻丝、第一绑带、保温棉、高温胶带、海绵套、尼龙编织网，两端用热缩帽封口固定。
8.根据权利要求7所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述采集系统为3点采样系统，所述三点采样系统包括三个取样探杆、三套过滤系统和三套加热管线，样气混合系统对三套加热管线中的取样管采集的样气进行混合后排出，所述样气混合系统包括三个样气采集环路和一个出样环路，每个采样点的加热管线中的取样管线均连接有一个样气采集环路；
所述样气采集环路包括第一计量阀，所述第一计量阀的出口连接第一三通入口，所述第一三通的一个出口连接第二计量阀入口，另一出口连接耐高温流量计，所述耐高温流量计连接第二三通第一出口，所述第二三通入口连接第二计量阀出口，所述第二三通的第二出口作为样气出口；
其中两个环路的样气出口设置于第一四通的两端，分别连接第一四通的一个入口，所述第一四通的另一个入口连接所述文丘里真空抽气系统的取样口；第三个环路的样气出口连接第二四通的一个入口，所述第二四通的另一入口连接第一四通的出口，所述第二四通的出口为出样口，所述第二四通的第三个入口连接备用环路。
9.根据权利要求7所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述样气混合系统设于样气混合柜内，所述样气混合柜的背面设有整体加热装置，所述整体加热装置为内部均匀设有加热管的铝块。
10.根据权利要求1所述的工作可靠的多点高温样气采集系统，其特征在于：所述取样探杆长度为1.5～2m，壁厚2～3mm，外径10mm～15mm。
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