CN107421790A - 一种气态污染物多点矩阵混合采样装置、及其采样方法和反吹维护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气态污染物多点矩阵混合采样装置、及其采样方法和反吹维护方法，装置包括烟气烟道，在所述烟气烟道的管壁外侧沿管道同一截面均匀布置多套高温采样探头，通过180℃高温伴热管线送入后端混合箱内混合后，再送入分析柜中。本发明采样装置解决单点烟气采样不具有代表性的问题，解决了现有产品，取样段灰尘堵塞、取样端采样不符标准的问题，整套多点采样为每套探头单独过滤，同时含有两级过滤，即前端探杆安装有烧结金属过滤网，中部高温采样探头安装有烧结陶瓷过滤滤芯，进一步防止烟气中灰尘进入管道。
Description
技术领域
本发明涉及固体颗粒物或气态污染物监测技术领域，特别是涉及一种用于电力、石油和化工排气的固体颗粒物或气态污染物在线监测装置。
背景技术
目前，所有高温含尘烟气气态污染物监测系统的采样装置均采用单点取样方式，该采样方式设计的使用环境和条件是在均匀流场或相对均匀的流场条件下可采集到待测烟气，且该样气的成分可代表该均匀流场截面的浓度。
但由于国内大多数待测烟气管道由于工艺和空间限制等原因，烟道布置复杂、空间狭小、直管段较短，很难达到均匀流场或相对均匀流场的直管段测量条件（《固定污染源排气中固体颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）要求采样测量截面前应有6倍当量直径的直管段长度，测量截面后应有3倍当量直径的直管段长度）。目前各类电站、锅炉、建材等行业的烟气排放烟道几乎均未达到上述国标规定的采样条件，这种单点采样方式相对于大截面烟道流场的复杂和紊乱的实际情况，其采样布点的偶然性很大，由其取出的样气更无法代表烟道该截面气态污染物的平均浓度，造成烟气气态污染物浓度测量数据误差较大，已无法满足环保部门相关标准对烟气气态污染物在线监测的要求，也无法作为对排污企业进行排污费征收的合法依据。
当前出现了各类将前端探杆开多孔或是异型探杆，实际仍然使用一套探头的“多点采样装置”，该类型采样同样存在诸多限制。例如，采样管管内压力限制，采集样气仅会通过最接近探头端的采样孔进入，其余采样孔几乎不参于烟气采集。同时，因后端探头管径固定，前端增加取样孔后增加了管道内粉尘堵塞的概率。
现有高温烟气探头均采用电阻丝温度加热，能耗较高且探头温控必须要就地安装，安装地点温度常年处于60℃—80℃，不利于电子元件的使用，降低元件使用寿命。
另外，现有探头滤芯反吹仅仅是从单侧反吹，即由内管向外侧反吹，由于烟气中含尘量较大，而烧结滤芯难以通过高压气体将内部灰尘吹出。
发明内容
针对上述单点烟气采样不具有代表性的问题，通过在同一截面上均匀布置多套高温采样探头，采集烟道截面各部位烟气样气，通过180℃高温伴热管线送入后端混合箱内混合，再送入CEMS分析柜中，得到该烟道截面的烟气混合平均浓度，可以获得合理并具有代表性的烟道截面平均烟气浓度。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下具体技术方案：
一种气态污染物多点矩阵混合采样装置，包括烟气烟道，在所述烟气烟道的管壁外侧沿管道同一截面均匀布置多套高温采样探头，通过180℃高温伴热管线送入后端混合箱内混合后，再送入分析柜中；每套高温采样探头包括：
探杆，所述探杆伸入烟气烟道内部将采集的高温烟气送入高温采样探头内部，探杆的前端设有第一滤芯，且采样口背对迎风面设置；
壳体，所述壳体上设有与探杆尾端连接的高温烟气进口；
二次过滤装置，所述二次过滤装置设置在所述壳体内位于高温烟气进口处，用于对进入高温采样探头内部的高温烟气进行二次过滤，包括一与高温烟气进口相连通的密封腔体，所述密封腔体内内衬设置有第二滤芯，第二滤芯的外侧壁和密封腔体的腔壁之间具有隔腔；
密封腔体的腔壁内部设有与第二滤芯内腔相连通的样气通道；
所述隔腔的容积小于所述第二滤芯内腔的容积；
反吹盘管，盘绕设置在所述密封腔体的外壁上，其一端通过反吹控制阀与反吹气装置连接，另一端通过一三通接头分别与密封腔体内的所述隔腔、以及样气通道相连；
样气采集管，其一端与密封腔体内的所述样气通道连通，另一端通过伴热管线与烟气混合箱连接，样气采集管上设有气动阀；
所述伴热管线包括多段伴热管单元，每段伴热管单元上设置多级温控节点，每个温控节点内均设有温度传感器。
所述壳体的内壁设有对壳体内部进行加热的加热电阻丝。
所述第一滤芯是孔径为5μm—2μm的烧结金属过滤网；所述第二滤芯是孔径为1μm的烧结陶瓷过滤滤芯。
每个反吹气路均设有气包。
所述混合箱包括箱体、多路样气进气管道以及混合样气出气管道，其中，多路所述样气进气管道的一端设置于箱体的外部，与样气采集管的出口端通过伴热管线相连，多路样气进气管道的另一端伸入箱体内部并与设置于箱体内部的混合室连接，所述混合室内设有用于对多路烟气进行混合的导流通道，导流通道的出口端连接所述混合样气出气管道一端连接，混合样气出气管道的另一端与分析柜连接。
所述混合箱每路样气进气管道的进气口处均安装有针状流量计和球阀。
混合箱内部设有供热装置。
所述混合器的容积小于等于后端分析柜内散射池容积。
本发明还公开了一种基于所述气态污染物多点矩阵混合采样装置的采样方法，烟气样气采集动力由后端分析柜中的抽气泵提供吸动力；烟气通过高温采样探头前端过滤装置，背风通过第一滤芯和探杆进入高温采样探头内部；烟气在高温采样探头内部依次经首隔腔、第二滤芯、第二滤芯内腔以及壳体内壁的样气通道进入采样控制阀，采样控制阀正常工作状态下常开，通过采样控制阀进入伴热管线；
各路伴热管线中采集的烟气样气汇集至混合箱采样入口，通过针状流量计及球阀，调节至相同流速后，进入混合箱内部管路进行加热；烟气样气在混合箱内进入烟气混合器，通过混合器内部导流装置均匀混合后，进入混合箱出口，汇总至一根伴热管线，随即进入后端分析柜内进行分析。
本发明进一步公开了一种基于所述气态污染物多点矩阵混合采样装置的反吹维护方法，分析柜或控制柜内部发出反吹信号，装置进入反吹维护状态；高温采样探头内样气通道上的采样控制阀关闭，反吹控制阀打开；
反吹控制阀打开，反吹气进入反吹管路，进入反吹气路中的反吹器首先进入反吹气包内，然后经反吹气包释放进入反吹盘管；壳体内壁上的加热电阻丝及壳体内部采集的样气余温对反吹盘管内压缩空气进行加热，减缓因低温反吹气体进入高温采样探头而造成的高温采样探头温降，从而减小高温采样探头内因降温产生的结晶状况；反吹气体通过反吹盘管进入高温采样探头内部壳体，反吹气路通过一三通接头分为两路，一路与第二滤芯外部的隔腔相连，一路与第二滤芯内腔相连，由于隔腔空间较第二滤芯内腔的空间小，反吹气先进入隔腔对第二滤芯的外壁进行反吹，将第二滤芯外壁上的灰尘颗粒清除，随后等待隔腔和第二滤芯内腔压力平衡，反吹气进入第二滤芯内腔吹扫第二滤芯内侧。
本发明的有益效果是：
第一、解决单点烟气采样不具有代表性的问题，通过在同一截面上均匀布置多套高温采样探头，采集烟道截面各部位烟气样气，通过180℃高温伴热管线送入后端混合箱内混合，再送入CEMS分析柜中，可得到该烟道截面的烟气混合平均浓度，可以获得合理并具有代表性的烟道截面平均烟气浓度。
第二、解决了市场现有产品，取样段灰尘堵塞、取样端采样不符标准的问题，整套多点采样为每套探头单独过滤，同时含有两级过滤，即前端探杆安装有5μm—2μm烧结金属过滤网，中部高温采样探头安装有1μm烧结陶瓷过滤滤芯，且由于每套探头仅有一个取样孔，并且每个取样口均安装有过滤，进一步防止烟气中灰尘进入管道；同时保障每根探头独立工作，互不影响，同时确保每个探头取样位置为该区域的正中心，符合《固定污染源排气中固体颗粒物测定与气态污染物采样方法》（GB/T16157-1996）环保采样标定要求。
第三、解决了高温采样探头能耗高、使用寿命短的问题，探头除去本身自带的电阻丝加热伴热外，同时将采集的烟道内烟气通过盘管在探头内循环伴热，加热采样烟气的同时，增加了反吹气的伴热路径，减少因反吹而造成的温降，并降低了探头能耗，延长了设备使用寿命。
第四、解决了因管内温度变化而产生的结晶、堵塞现象，去除上文第二项和第三项，分别采用两级过滤减小粉尘堵塞和烟气盘管加热减小温降速率从而降低结晶率；还使用了分段多管式伴热管采集样气，每段伴热管设置多级温控节点，将长度过长的伴热管线温控分为多块温控表控制，减少了因延长损失而造成的管内温度过低，同时伴热管内采用双管制，一根管线备用，当采样管线堵塞无法使用时，揭开备用管线封头，可直接使用备用管线，减少了维护成本和设备成本，方便快捷。
第五、解决了单一反吹，反吹效果不理想的问题，反吹系统采用内外反吹，即通过管路设置吹扫过滤滤芯的内外两侧，保障不会因为滤芯孔径过小、单侧反吹而导致的灰尘积聚于滤芯一侧，同时在反吹单元的每个探头部位增加气包，在无需增加原有反吹数量和压力的同时，增强反吹效果。
第六、解决了烟气在混合过程中混合不充分的现象，由于混合箱是由多路气路汇集至混合箱后由一路汇集而出，混合箱内由于气压问题会导致气体尚未混合均匀或进气量不一致而导致的样气浓度污染；为此本发明在混合箱的设计中规定，混合箱混合器内腔容积需小于后端CEMS分析柜散射光池容积，同时在每路进入混合箱前的进气管路安装有针状流量计和高温节流球阀，通过针状流量计和高温节流阀控制每路进气量相同；同时在混合箱内，混合箱混合器容积小于后端分析柜容积，避免采气量过大，样气在混合箱内积余导致后续样气浓度污染；并在混合器内安置导流轴，让多路样气在较小的混合器内能充分混合。
第七、解决了内外反吹结构复杂，同时反吹内外侧，无法吹扫干净的问题，将同一反吹气路通过一三通分为两路，一路与第二滤芯外部的隔腔相连，一路与第二滤芯内腔相连。由于隔腔空间较小沿程阻力大，反吹气先进入隔腔反吹第二滤芯的外壁，将第二滤芯外壁上的灰尘颗粒清楚，随后等待隔腔和第二滤芯内腔压力平衡，反吹气进入第二滤芯内腔吹扫第二滤芯内侧，达到在不增加控制系统复杂结构的同时，保障内外反吹效果。
附图说明
图1为气态污染物多点矩阵混合采样装置系统图；
图2为高温采样探头结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为温控系统线路图；
图5为混合箱内部结构示意图；
图6为混合箱内部各气路俯视图；
图7为探头内部样气走向示意图；
图8为探头内部反吹气体走向示意图；
图9为本发明混合箱内部网状导流通道结构示意图；
图10为图9的A-A剖面图；
图11为本发明混合箱内部螺纹导流通道结构示意图；
图12为图11的B-B剖面图；
图13为本发明混合箱内部孔板导流通道结构示意图；
图14为图13的C-C剖面图；
图15为本发明混合箱内部带孔的螺纹通道结构示意图；
图16为图15的D-D剖面图。
其中，1为烟道；2为高温采样探头；3为混合箱；4为分析柜；5为温度控制柜；6为桥架；7为温度传感器；8为温控仪；9为继电器；1-1为探杆；1-2为壳体；1-3为温度控制盒；1-4为法兰；1-5为反吹盘管；1-6为气动阀；1-7为反吹口；1-8为气动阀驱动口；1-9为样气通道出口；1-10为电源接口；1-11为信号端；1-12为第二滤芯内腔；1-13为隔腔；1-14为反吹气包；3-1为多路样气进气管道；3-2为箱体；3-3为混合器；3-4为混合样气出气管道；3-5为供热装置。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明气态污染物多点矩阵混合采样装置的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示，一种气态污染物多点矩阵混合采样装置，包括烟气烟道，在所述烟气烟道的管壁外侧沿管道同一截面均匀布置多套高温采样探头，通过180℃高温伴热管线送入后端混合箱内混合后，再送入分析柜中；每套高温采样探头包括：
探杆，所述探杆伸入烟气烟道内部将采集的高温烟气送入高温采样探头内部，探杆的前端设有第一滤芯，且采样口背对迎风面设置；
壳体，所述壳体上设有与探杆尾端连接的高温烟气进口；
二次过滤装置，所述二次过滤装置设置在所述壳体内位于高温烟气进口处，用于对进入高温采样探头内部的高温烟气进行二次过滤，包括一与高温烟气进口相连通的密封腔体，所述密封腔体内内衬设置有第二滤芯，第二滤芯的外侧壁和密封腔体的腔壁之间具有隔腔；
密封腔体的腔壁内部设有与第二滤芯内腔相连通的样气通道；
所述隔腔的容积小于所述第二滤芯内腔的容积；
反吹盘管，盘绕设置在所述密封腔体的外壁上，其一端通过反吹控制阀与反吹气装置连接，另一端通过一三通接头分别与密封腔体内的所述隔腔、以及样气通道相连；
样气采集管，其一端与密封腔体内的所述样气通道连通，另一端通过伴热管线与烟气混合箱连接，样气采集管上设有气动阀；
所述伴热管线包括多段伴热管单元，每段伴热管单元上设置多级温控节点，每个温控节点内均设有温度传感器。
所述壳体的内壁设有对壳体内部进行加热的加热电阻丝。
所述第一滤芯是孔径为5μm—2μm的烧结金属过滤网；所述第二滤芯是孔径为1μm的烧结陶瓷过滤滤芯。
每个反吹气路均设有气包。
所述混合箱包括箱体、多路样气进气管道以及混合样气出气管道，其中，多路所述样气进气管道的一端设置于箱体的外部，与样气采集管的出口端通过伴热管线相连，多路样气进气管道的另一端伸入箱体内部并与设置于箱体内部的混合室连接，所述混合室内设有用于对多路烟气进行混合的导流通道，导流通道的出口端连接所述混合样气出气管道一端连接，混合样气出气管道的另一端与分析柜连接。
所述混合箱每路样气进气管道的进气口处均安装有针状流量计和球阀。
混合箱内部设有供热装置。
所述混合器的容积小于等于后端分析柜内散射池容积。
作为本发明气态污染物多点矩阵混合采样装置的优选，混合箱混合室内部安有导流装置，导流装置的作用为：将采集的样气混合均匀；防止因进气管远近的问题，导致的抽气量不均的问题；防止混合室内因压差问题导致的样气污染；方便定期维护时，拆卸清洗。
混合室内部导流装置型式如下：
如图9~图10所示，导流通道为网状导流通道。
如图11~图12所示，导流通道为螺纹到流通道。
如图13~图14所示，导流通道为孔板导流通道。
如图15~图16所示，导流通道为螺纹导流通道，所述螺纹导流通道内设有通孔。
本发明还公开了一种基于所述气态污染物多点矩阵混合采样装置的采样方法，烟气样气采集动力由后端分析柜中的抽气泵提供吸动力；烟气通过高温采样探头前端过滤装置，背风通过第一滤芯和探杆进入高温采样探头内部；烟气在高温采样探头内部依次经首隔腔、第二滤芯、第二滤芯内腔以及壳体内壁的样气通道进入采样控制阀，采样控制阀正常工作状态下常开，通过采样控制阀进入伴热管线；
各路伴热管线中采集的烟气样气汇集至混合箱采样入口，通过针状流量计及球阀，调节至相同流速后，进入混合箱内部管路进行加热；烟气样气在混合箱内进入烟气混合器，通过混合器内部导流装置均匀混合后，进入混合箱出口，汇总至一根伴热管线，随即进入后端分析柜内进行分析。
本发明进一步公开了一种基于所述气态污染物多点矩阵混合采样装置的反吹维护方法，分析柜或控制柜内部发出反吹信号，装置进入反吹维护状态；高温采样探头内样气通道上的采样控制阀关闭，反吹控制阀打开；
反吹控制阀打开，反吹气进入反吹管路，进入反吹气路中的反吹器首先进入反吹气包内，然后经反吹气包释放进入反吹盘管；壳体内壁上的加热电阻丝及壳体内部采集的样气余温对反吹盘管内压缩空气进行加热，减缓因低温反吹气体进入高温采样探头而造成的高温采样探头温降，从而减小高温采样探头内因降温产生的结晶状况；反吹气体通过反吹盘管进入高温采样探头内部壳体，反吹气路通过一三通接头分为两路，一路与第二滤芯外部的隔腔相连，一路与第二滤芯内腔相连，由于隔腔空间较第二滤芯内腔的空间小，反吹气先进入隔腔对第二滤芯的外壁进行反吹，将第二滤芯外壁上的灰尘颗粒清除，随后等待隔腔和第二滤芯内腔压力平衡，反吹气进入第二滤芯内腔吹扫第二滤芯内侧。
Claims (10)
1.一种气态污染物多点矩阵混合采样装置，包括烟气烟道，在所述烟气烟道的管壁外侧沿管道同一截面均匀布置多套高温采样探头，通过180℃高温伴热管线送入后端混合箱内混合后，再送入分析柜中；其特征在于，
每套高温采样探头包括：
探杆，所述探杆伸入烟气烟道内部将采集的高温烟气送入高温采样探头内部，探杆的前端设有第一滤芯，且采样口背对迎风面设置；
壳体，所述壳体上设有与探杆尾端连接的高温烟气进口；
二次过滤装置，所述二次过滤装置设置在所述壳体内位于高温烟气进口处，用于对进入高温采样探头内部的高温烟气进行二次过滤，包括一与高温烟气进口相连通的密封腔体，所述密封腔体内内衬设置有第二滤芯，第二滤芯的外侧壁和密封腔体的腔壁之间具有隔腔；
密封腔体的腔壁内部设有与第二滤芯内腔相连通的样气通道；
所述隔腔的容积小于所述第二滤芯内腔的容积；
反吹盘管，盘绕设置在所述密封腔体的外壁上，其一端通过反吹控制阀与反吹气装置连接，另一端通过一三通接头分别与密封腔体内的所述隔腔、以及样气通道相连；
样气采集管，其一端与密封腔体内的所述样气通道连通，另一端通过伴热管线与烟气混合箱连接，样气采集管上设有气动阀；
所述伴热管线包括多段伴热管单元，每段伴热管单元上设置多级温控节点，每个温控节点内均设有温度传感器。
2.根据权利要求1所述的气态污染物多点矩阵混合采样装置，其特征在于，所述壳体的内壁设有对壳体内部进行加热的加热电阻丝。
3.根据权利要求1所述的气态污染物多点矩阵混合采样装置，其特征在于，所述第一滤芯是孔径为5μm—2μm的烧结金属过滤网；所述第二滤芯是孔径为1μm的烧结陶瓷过滤滤芯。
4.根据权利要求1所述的气态污染物多点矩阵混合采样装置，其特征在于，每个反吹气路均设有气包。
5.根据权利要求1所述的气态污染物多点矩阵混合采样装置，其特征在于，
所述混合箱包括箱体、多路样气进气管道以及混合样气出气管道，其中，多路所述样气进气管道的一端设置于箱体的外部，与样气采集管的出口端通过伴热管线相连，多路样气进气管道的另一端伸入箱体内部并与设置于箱体内部的混合室连接，所述混合室内设有用于对多路烟气进行混合的导流通道，导流通道的出口端连接所述混合样气出气管道一端连接，混合样气出气管道的另一端与分析柜连接。
6.根据权利要求5所述的气态污染物多点矩阵混合采样装置，其特征在于，所述混合箱每路样气进气管道的进气口处均安装有针状流量计和球阀。
7.根据权利要求5所述的气态污染物多点矩阵混合采样装置，其特征在于，混合箱内部设有供热装置。
8.根据权利要求1所述的气态污染物多点矩阵混合采样装置，其特征在于，所述混合器的容积小于等于后端分析柜内散射池容积。
9.一种基于权利要求1所述气态污染物多点矩阵混合采样装置的采样方法，其特征在于，烟气样气采集动力由后端分析柜中的抽气泵提供吸动力；烟气通过高温采样探头前端过滤装置，背风通过第一滤芯和探杆进入高温采样探头内部；烟气在高温采样探头内部依次经首隔腔、第二滤芯、第二滤芯内腔以及壳体内壁的样气通道进入采样控制阀，采样控制阀正常工作状态下常开，通过采样控制阀进入伴热管线；
各路伴热管线中采集的烟气样气汇集至混合箱采样入口，通过针状流量计及球阀，调节至相同流速后，进入混合箱内部管路进行加热；烟气样气在混合箱内进入烟气混合器，通过混合器内部导流装置均匀混合后，进入混合箱出口，汇总至一根伴热管线，随即进入后端分析柜内进行分析。
10.一种基于权利要求1所述气态污染物多点矩阵混合采样装置的反吹维护方法，其特征在于，分析柜或控制柜内部发出反吹信号，装置进入反吹维护状态；高温采样探头内样气通道上的采样控制阀关闭，反吹控制阀打开；
反吹控制阀打开，反吹气进入反吹管路，进入反吹气路中的反吹器首先进入反吹气包内，然后经反吹气包释放进入反吹盘管；
壳体内壁上的加热电阻丝及壳体内部采集的样气余温对反吹盘管内压缩空气进行加热，减缓因低温反吹气体进入高温采样探头而造成的高温采样探头温降，从而减小高温采样探头内因降温产生的结晶状况；
反吹气体通过反吹盘管进入高温采样探头内部壳体，反吹气路通过一三通接头分为两路，一路与第二滤芯外部的隔腔相连，一路与第二滤芯内腔相连，由于隔腔空间较第二滤芯内腔的空间小，反吹气先进入隔腔对第二滤芯的外壁进行反吹，将第二滤芯外壁上的灰尘颗粒清除，随后等待隔腔和第二滤芯内腔压力平衡，反吹气进入第二滤芯内腔吹扫第二滤芯内侧。
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