CN109187114B - 燃煤电厂烟气颗粒物采样系统及基于该系统的采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于烟气节能环保技术领域，具体涉及一种燃煤电厂烟气颗粒物采样系统及基于这一系统的采样方法，该系统包括烟枪、智能控制系统、壳体及内外部构件，利用该系统能够实现颗粒物烟枪采样的自动化操作，仅简单输入相关参数即可，可以有效降低工作人员的工作强度，改变人工手持的原始方式，减少人员工作量，从而实现友好的人机操作环境。采样全过程完全依靠机械自动完成，改变过去依靠人工手持寻找各个采用点位的原始方式，通过PID智能化控制系统，采样枪自动精准固定在设定的位置并能够保持长时间的稳定采样，能够大大提高烟气颗粒物采样的精确度和可靠性。

Description

燃煤电厂烟气颗粒物采样系统及基于该系统的采样方法

技术领域

本发明属于烟气节能环保技术领域，具体涉及一种燃煤电厂烟气颗粒物采样系统。

背景技术

燃煤电厂烟气成分检测对于环境治理和环保执法等均十分重要,其测量准确性与采样精度密切相关。目前针对燃煤电厂烟气采样的国产采样装备仅以采样枪为主，并没有相关辅助设备，操作过程中需要一直人工控制，相对落后，存在人员工作环境恶劣，适应性差，人为操作不稳定，测量精度低和不能适应极端天气等问题。

特别是随着燃煤电厂环保政策的不断严格，对烟气成分采样的要求越来越高。且随着烟气环保治理工作的不断深入推进，国内燃煤电厂已经进入了超低排放的时代，烟气中颗粒物的含量大部分实现了超低排放水平（≤10mg/Nm³），更低的浓度下相应烟气成分采样的时间就需要足够的长，精度需要足够的高，细微的操作问题就可能导致采样结果的较大误差，现行的依靠人工手持的原始方式必然极易影响采样结果的可靠性和科学性。所以当前烟枪采样只能在人工操作的情况下工作，且在采集过程中采样点位、采样时间等因人为原因无法精准控制，稳定性差，得出的数据的精确性也较低，这一存在的不足需要改进。

针对上述问题，专利CN206648865U一种大气颗粒物采样干燥管支撑架、专利CN207197870U一种烟枪支架仅给出了不同的采样支架方案以代替工作人员手持的原始方式，达到自动取烟提高工作效率的效果，并不能完全实现烟气颗粒物采样的全过程智能化自动化，专利CN104236963A一种可伸缩管道内颗粒物采样探头及使用方法，能够实现在测定过程中改变插入深度位置来进行颗粒物的采样，保证采样代表性和测量结果的准确可靠性，但并不能解决工作人员的人机工作环境，同时并没有在现行普及的烟枪基础上进行改造，普及推广困难，实用性较低。

因此，需设计一种全过程自动化智能化采样装置与系统，在降低工作人员工作强度的同时，提高燃煤电厂烟气颗粒物采样的精度和可靠性，为燃煤电厂烟气治理工作提供可靠的数据支撑。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种燃煤电厂烟气颗粒物智能采样助系统，解决目前燃煤电厂烟气颗粒物采样过程完全依靠人力、智能化程度低、颗粒物采集操作极易不精确、可靠性低等的问题，通过采用PID智能控制方式和辅助机械装置，改变人工手持的原始方式，实现精准控制烟枪在不同的点位长时间稳定连续全程自动化采样。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种燃煤电厂烟气颗粒物智能采样系统，包括烟枪、智能控制系统、壳体及内外部构件，所述烟枪位于壳体顶部中央，所述烟枪为采样装置，烟枪外侧安装有烟枪套管，烟枪外侧的上部安装有限位板，所述智能控制系统包括数据输入器、数据采集器及信号处理器，所述数据输入器设置在壳体上端，所述数据采集器和信号处理器设置在壳体内部，所述数据输入器与数据采集器、信号处理器依次连接，所述壳体的内部左侧设有第一伺服电机，所述第一伺服电机与信号处理器连接，采取PID智能控制方式，所述第一伺服电机的输出轴上安装有第一导向转轮，还包括传动箱，所述传动箱上从上到下依次安装有第二导向转轮、第一传动转轮、第三导向转轮和第二传动转轮，同时壳体的内部右侧对应左侧对称依次设有与第一伺服电机对称的第二伺服电机，与第一导向转轮对称的第四导向转轮，与第二导向转轮对称的第五导向转轮，与第一传动转轮对称的第三传动转轮，与第三导向转轮对称的第六导向转轮，以及与第二传动转轮对称的第四传动转轮，所述传动转轮包括转轮、卡槽、橡胶垫、传动轴，所述左右两侧两组传动轴（分别为位于左侧的第一传动转轮的传动轴与位于右侧的第三传动转轮的传动轴组成的第一组传动轴，和位于左侧的第二传动转轮的转动轴与位于右侧的第四传动转轮的传动轴组成的第二组传动轴）用以固定烟枪，通过传动轴转动带动烟枪上下自由移动，所述壳体底端还设有缓冲箱，所述缓冲箱包括固定板，所述缓冲箱的固定板之间安装有伸缩杆，伸缩杆上下两端与固定板连接，所述伸缩杆由弹簧套接，所述壳体内部传动箱上部中间安装有固定组，包括分别位于上部的第一卡槽组件和位于下部的第二卡槽组件，所述第一卡槽组件和第二卡槽组件均包括支撑轴承与U形卡槽，所述第一卡槽组件与第二卡槽组件中间有抱死装置，所述抱死装置与伺服电机同样采取PID智能控制方式，传动箱下部与缓冲箱之间安装有固定横杆。

其中所述的烟枪为现有的本领域常规的采样装置。

其中支撑轴承将滑动摩擦改为滚动摩擦，可实现烟枪上下自由移动的同时可以进行横向转动。

由于所述烟枪上部安装有限位板，多重保障，当第一、第二伺服电机断电后，抱死装置失效的情况下，避免烟枪下落撞击烟道。

特别地，所述烟枪套管为带有横纹的硅橡胶烟枪套管。

特别地，所述壳体外部还设有加强筋，所述壳体为不锈钢壳体，所述加强筋为不锈钢加强筋，所述不锈钢壳体的外侧覆有PPS塑料外壳，所述加强筋的外侧覆有PPS塑料外壳。

特别地，所述壳体外部还设有支架，便于支撑辅助装置放置于烟道上部，所述支架数量为3-4支，所述支架为PPS塑料支架。

特别地，所述支架为可伸缩型，包括主支架、伸缩段、橡胶底座，主支架设有固定螺栓和固定孔，伸缩段设有若干固定卡扣，支架平时放置时处于收缩状态，主支架设有按扣可固定在壳体上便于放置，工作阶段伸缩段根据需要伸出一定长度并通过固定螺栓固定。

特别地，所述伸缩杆是由套管和滑管组成的活动结构。

特别地，所述抱死装置与第一、第二伺服电机通过PID智能控制方式连接，当第一、第二伺服电机断电后，抱死装置发挥作用固定住烟枪，避免烟枪下落撞击烟道。

特别地，所述传动轴包括位于内侧的不锈钢轴心和包覆在不锈钢轴心外侧的软性包裹层。

进一步优选的所述软性包裹层外侧还设有纹路，从而增加摩擦力传动作用。

进一步地，本发明还公开了一种基于上述燃煤电厂烟气颗粒物采样系统的采样方法，包括以下步骤：

（1）工作人员将测试数据输入数据输入器，主要数据因子有时间（h），点位（个），区间（m）等，输入至数据采集器后至信号处理箱，伺服电机将接受信号处理箱反馈的PID 控制信号，实时调节输出功率；

如输入时间1，点位5，区间2，则伺服电机将控制烟枪在2m区间的平均5个点位，单个点位采样时间1h，单个点位采样结束自动移动至下一点位，最后一个点位采样结束前10min自动开始报警。

（2）伺服电机运转通过导向转轮、传动皮带装置带动两组传动转轮旋转，两组传动转轮上下固定烟枪，同时通过传动转轮的旋转带动烟枪上下自由移动。

（3）传动转轮带动烟枪单个点位采样结束自动移动至下一点位，最后一个点位采样结束前10min自动开始报警，工作人员关闭智能采样系统，将烟枪抽出，收集样品，从而完成采样。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

（1）本发明能够实现颗粒物烟枪采样的自动化操作，仅简单输入相关参数即可，可以有效降低工作人员的工作强度，改变人工手持的原始方式，减少人员工作量，从而实现友好的人机操作环境。

（2）本发明能够实现颗粒物烟枪采样的智能化操作，采样全过程完全依靠机械自动完成，改变过去依靠人工手持寻找各个采用点位的原始方式，通过PID智能化控制系统，采样枪自动精准固定在设定的位置并能够保持长时间的稳定采样，能够大大提高烟气颗粒物采样的精确度和可靠性。

附图说明：

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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，如图其中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明传动转轮的结构示意图；

图3为本发明卡槽组件的结构示意图；

图4为本发明伸缩杆的结构示意图；

图5为本发明支架的结构示意图。

附图标记：1、烟枪；1001、烟枪套管；1002、限位板；2、智能控制系统；21、数据输入器；22、数据采集器；23、信号处理器；3、壳体；4、第一伺服电机；41、第一导向转轮；42、第二导向转轮；43、第一传动转轮；431、转轮；432、卡槽；433、橡胶圈；434、传动轴；44、第三导向转轮；45、第二传动转轮；5、第二伺服电机；51、第四导向转轮；52、第五导向转轮；53、第三传动转轮；54、第六导向转轮；55、第四传动转轮；6、传动箱；7、传动皮带；8、第一卡槽组件；801、支撑轴承；802、U形卡槽；81、第二卡槽组件；9、抱死装置；10、缓冲箱；101、固定板；102、伸缩杆；1021、滑管；1022套管；11、加强筋；12、支架；121、主支架；1211固定螺栓；122、伸缩段；1221、卡扣；123、橡胶底座。

具体实施方式：

如图1—5所示，一种燃煤电厂烟气颗粒物智能采样装置，包括烟枪1、智能控制系统2、壳体3及内外部构件等，烟枪1位于壳体3垂直中央位置，烟枪1表面套有烟枪套管1001，烟枪套管1001材质为带有格纹的硅橡胶，烟枪1上部安装有卡位板1002， 卡位板1002材质为PPS橡胶下端覆软性橡胶。

通过数据输入器21，连接数据采集器22、信号处理器23，并通过PID控制信号智能调节第一伺服电机4及第二伺服电机5，第一伺服电机4输出轴上安装有第一导向转轮41，带动传动箱6上从上到下依次安装的第二导向转轮42、第一传动转轮43、第三导向转轮44和第二传动转轮45，同样第二伺服电机5输出轴上安装有第四导向转轮51带动传动箱6从上到下依次安装的第五导向转轮52、第三传动转轮53、第六导向转轮54和第四传动转轮55，上述组件依靠传动皮带7带动连接，其中第一传动转轮43与第三传动转轮53、第二传动转轮45与第四传动转轮55分别为一组上下固定烟枪1，同时通过传动转轮的旋转带动烟枪1上下自由移动，以第一传动转轮为例，其包括转轮431、卡槽432、橡胶圈433、传动轴434，卡槽432为部分凹陷卡位于壳体3外壳体板，橡胶圈433起到缓冲的作用，传动轴434为不锈钢材质外覆盖软性纹路材料，传动轴434主要与烟枪1发生接触并传动，在壳体3内部传动箱6顶部中间有两组第一卡槽组件8，第一卡槽组件8包括支撑轴承801与U形卡槽802，支撑轴承801的存在能够烟枪1与第一卡槽组件8之间的滑动摩擦部分变为滚动摩擦，烟枪1可以上下自由移动的同时进行横向转动，从而随时调整烟枪1枪头的方向，上下第一卡槽组件8中间有抱死装置9，抱死装置9与第一伺服电机4、第二伺服电机5同样采取PID智能控制方式，第一伺服电机4或第二伺服电机5任一发生故障时，抱死装置9发挥作用避免烟枪过重掉落与烟道发生碰撞，并同时发出报警，传动箱6下部与缓冲箱10之间安装有固定横杆11，固定横杆11中间部位同样安装有第二卡槽组件81，缓冲箱10的作用是为缓冲烟枪1在整体下降的过程产生的冲力，缓冲箱10包含固定板101，缓冲箱10内安装有伸缩杆102，伸缩杆102由滑管1021和套管1022组成，滑管1021上部连接固定板101，套管1022下部连接壳体3底部，伸缩杆102外套有弹簧103，另外，壳体3外部设置有加强筋11和支架12，支架12为伸缩型，包括主支架121、伸缩段122、橡胶底座123，主支架121设有固定螺栓1211，伸缩段设有若干固定卡扣1221，支架12平时放置时处于收缩状态，主支架121设有按扣可固定在壳体3上便于放置，工作阶段伸缩段122视需要伸出一定长度通过固定螺栓1211固定，便于整体携带。

一种燃煤电厂烟气颗粒物智能采样系统，包括以下步骤：

（1）工作人员将测试数据输入数据输入器，主要数据因子有时间（h），点位（个），区间（m）等，输入至数据采集器后至信号处理箱，伺服电机将接受信号处理箱反馈的PID 控制信号，实时调节输出功率；

（2）伺服电机运转通过导向转轮、传动皮带装置带动两组传动转轮旋转，两组传动转轮上下固定烟枪，同时通过传动转轮的旋转带动烟枪上下自由移动。

（3）传动转轮带动烟枪单个点位采样结束自动移动至下一点位，最后一个点位采样结束前10min自动开始报警，工作人员关闭智能采样系统，将烟枪抽出，收集样品，从而完成采样。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (10)

1.一种燃煤电厂烟气颗粒物智能采样系统，其特征在于：包括烟枪、智能控制系统、壳体及内外部构件，所述烟枪位于壳体顶部中央，所述烟枪为采样装置，烟枪外侧安装有烟枪套管，烟枪外侧的上部安装有限位板，所述智能控制系统包括数据输入器、数据采集器及信号处理器，所述数据输入器设置在壳体上端，所述数据采集器和信号处理器设置在壳体内部，所述数据输入器与数据采集器、信号处理器依次连接，所述壳体的内部左侧设有第一伺服电机，所述第一伺服电机与信号处理器连接，采取PID智能控制方式，所述第一伺服电机的输出轴上安装有第一导向转轮，还包括传动箱，所述传动箱上从上到下依次安装有第二导向转轮、第一传动转轮、第三导向转轮和第二传动转轮，同时壳体的内部右侧对应左侧对称依次设有与第一伺服电机对称的第二伺服电机，与第一导向转轮对称的第四导向转轮，与第二导向转轮对称的第五导向转轮，与第一传动转轮对称的第三传动转轮，与第三导向转轮对称的第六导向转轮，以及与第二传动转轮对称的第四传动转轮，所述传动转轮包括转轮、卡槽、橡胶垫、传动轴，左右两侧两组传动轴分别为位于左侧的第一传动转轮的传动轴与位于右侧的第三传动转轮的传动轴组成的第一组传动轴，和位于左侧的第二传动转轮的转动轴与位于右侧的第四传动转轮的传动轴组成的第二组传动轴，所述左右两侧两组传动轴用以固定烟枪，通过传动轴转动带动烟枪上下自由移动，所述壳体底端还设有缓冲箱，所述缓冲箱包括固定板，所述缓冲箱的固定板之间安装有伸缩杆，伸缩杆上下两端与固定板连接，所述伸缩杆由弹簧套接，所述壳体内部传动箱上部中间安装有固定组，包括分别位于上部的第一卡槽组件和位于下部的第二卡槽组件，所述第一卡槽组件和第二卡槽组件均包括支撑轴承与U形卡槽，所述第一卡槽组件与第二卡槽组件中间有抱死装置，所述抱死装置与伺服电机同样采取PID智能控制方式，传动箱下部与缓冲箱之间安装有固定横杆。

2.根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述烟枪套管为带有横纹的硅橡胶烟枪套管。

3.根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述壳体外部还设有加强筋，所述壳体为不锈钢壳体，所述加强筋为不锈钢加强筋，所述不锈钢壳体的外侧覆有PPS塑料外壳，所述加强筋的外侧覆有PPS塑料外壳。

4.根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述壳体外部还设有支架，便于支撑辅助装置放置于烟道上部，所述支架数量为3-4支，所述支架为PPS塑料支架。

5.根据权利要求4所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述支架为可伸缩型，包括主支架、伸缩段、橡胶底座，主支架设有固定螺栓和固定孔，伸缩段设有若干固定卡扣。

6.根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述伸缩杆是由套管和滑管组成的活动结构。

7.根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述抱死装置与第一、第二伺服电机通过PID智能控制方式连接。

8.根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述传动轴包括位于内侧的不锈钢轴心和包覆在不锈钢轴心外侧的软性包裹层。

9.根据权利要求1所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统，其特征在于：所述软性包裹层外侧还设有纹路。

10.一种基于权利要求1-9中任意一项所述的燃煤电厂烟气颗粒物采样系统的采样方法，包括以下步骤：

（1）工作人员将测试数据输入数据输入器，主要数据因子有时间（h），点位（个），区间（m），输入至数据采集器后至信号处理箱，伺服电机将接受信号处理箱反馈的PID 控制信号，实时调节输出功率；

（2）伺服电机运转通过导向转轮、传动皮带装置带动两组传动转轮旋转，两组传动转轮上下固定烟枪，同时通过传动转轮的旋转带动烟枪上下自由移动；

（3）传动转轮带动烟枪单个点位采样结束自动移动至下一点位，最后一个点位采样结束前10min自动开始报警，工作人员关闭智能采样系统，将烟枪抽出，收集样品，从而完成采样。

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