CN109856222A - 一种锅炉烟气在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锅炉烟气在线监测系统，包括采样探头、冷凝器、三通电磁阀、过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵和监控中心，当三通电磁阀选通冷凝器和过滤器时，锅炉烟气在负真空作用下依次经过采样探头、冷凝器、三通电磁阀、过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵至废气出口流出，当三通电磁阀选通过滤器和清洁空气或标气入口时，清洁空气或标气在负真空作用下依次经过过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵至废气出口流出，监控中心用于监控整个系统。本系统的电化学气体传感器的环境适应性强且其他性能上具有改善，满足在线连续监测的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电化学气体传感器，尤其涉及一种锅炉烟气在线监测系统。
背景技术
锅炉烟气排放的监测与治理是环保领域的一项重要工作，生产烟气监测设备的厂家很多，分为在线和便携式两种。在线的以红外等光学方式为主，成本高，对于小型燃气锅炉的用户，烟气监测设备的成本甚至高于燃气锅炉本身，因此接受度不高，推广比较困难。目前大多数用户还是采用便携式烟气监测设备进行抽样检查为主，采用光学原理和电化学原理的便携式检测设备都有，虽然价格相对便宜，但由于不能实时自动采样，一般只用于设备调试阶段或者抽查使用，另外由于一般检测设备都需要较长时间的预热，不然影响检测精度，因此便携式的烟气检测设备有较大的使用局限性。
综上，发明一种高性价比的锅炉烟气在线监测系统的需要非常迫切，一种比较好的思路为利用电化学气体传感器高性价比的特点设计一种符合现场应用的锅炉烟气在线监测系统。
但电化学气体传感器相比其他的检测原理环境适应性较差，主要如下：一是受流量影响较大，流量波动或者流量变化时，传感器信号输出的稳定性不好，且流量大小影响响应时间；二是温度适应性差，一般高温只能支持40-50度，且每10℃的温度变化，输出信号偏移典型的可达5％左右，且温度影响造成的输出信号偏移一致性差；三是对气体压力范围要求较高，一般为大气压的±10％或者±20％，超过该范围，会造成传感器膜损坏，因此对于传感器工作压力的防护非常重要；四是电化学传感器为损耗件，如何在满足应用的情况下提高其使用寿命也是一大难题。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种锅炉烟气在线监测系统。
本发明所采用的技术方案是：
一种锅炉烟气在线监测系统，包括采样探头、冷凝器、三通电磁阀、过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵和监控中心，当所述三通电磁阀选通所述冷凝器和所述过滤器时，锅炉烟气在负真空作用下依次经过所述采样探头、冷凝器、三通电磁阀、过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵至废气出口流出，当所述三通电磁阀选通所述过滤器和清洁空气或标气入口时，清洁空气或标气在负真空作用下依次经过所述过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵至废气出口流出，所述监控中心用于监控整个系统。
较佳的，所述采样探头安装在烟囱出口。
较佳的，所述采样探头包括开关阀和过滤网，所述开关阀控制锅炉烟气的流入，所述过滤网对锅炉烟气进行初步过滤。
较佳的，在线监测系统包括排水泵，所述排水泵用于将所述冷凝器产生的冷凝水排出。
较佳的，在线监测系统包括温控装置，所述温控装置用于保障所述流量传感器、传感器采集腔、压力传感器和所述比例阀处于合适的温度范围。
较佳的，所述传感器采集腔用于检测NO、NO2、CO、O2和SO2中任意一种或多种锅炉烟气的浓度。
较佳的，系统与锅炉启停信号关联，锅炉启动时，系统进行采样，锅炉停止时，系统处于热备状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
锅炉烟气在线监测系统采样与锅炉启停信号关联，锅炉启动时系统进行采样，锅炉停止时系统处于热备状态，这样不影响采样响应速度，能在需要时实现实时在线监测，并且能大大减少耗损部件的不必要损耗；
具有流量自适应功能，一方面解决不同工况下，锅炉压力不同，使得进入锅炉烟气在线监测系统的烟气流量不一样，导致采样不精确问题；另一方面解决采样泵等耗损件长期使用过程中，采样泵抽力下降或者过滤器堵塞导致流量不足问题，大大延长耗损件的使用寿命，延长维护周期；
采用管路堵塞预警设计，配合流量自适应功能，能在管路堵塞不影响实际采样情况下，提前进行报警，提醒用户维护或更换部件，保障系统的可靠运行；
采用温度适应性设计，控制关键部件，尤其是电化学气体传感器工作在适宜的温度范围，免受环境温度波动的影响，保障系统采样的准确性；
异常工况保护设计，当输入气压异常或气体浓度过高时，进入防护模式，保护传感器，免受损伤。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的全部优点。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种锅炉烟气在线监测系统示意图；
图2为本发明一实施例的流量自适应控制的流程图。
图中，1-采样探头；2-冷凝器；3-排水泵；4-三通电磁阀；5-过滤器；6-流量传感器；7-传感器采集腔；8-压力传感器；9-比例阀；10-采样泵；11-温控装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。
如图1所示，一种锅炉烟气在线监测系统，包括采样探头1、冷凝器2、排水泵3、三通电磁阀4、过滤器5、流量传感器6、传感器采集腔7、压力传感器8、比例阀9、温控装置11、采样泵10和监控中心。当三通电磁阀4选通冷凝器2和过滤器5时，锅炉烟气在负真空作用下依次经过采样探头1、冷凝器2、三通电磁阀4、过滤器5、流量传感器6、传感器采集腔7、压力传感器8、比例阀9、采样泵10至废气出口流出。默认状态及失电状态时，三通电磁阀4选通过滤器5和清洁空气或标气入口，清洁空气或标气在负真空作用下依次经过过滤器5、流量传感器6、传感器采集腔7、压力传感器8、比例阀9、采样泵10至废气出口流出，减少电化学传感器暴露在电化学气体中的时间，保障传感器处于健康状态，大大延缓电化学传感器的衰减速度，延长使用寿命。其中冷凝器2所产生的冷凝水被排水泵3排出。流量传感器6、传感器采集腔7、压力传感器8和比例阀9安装在温控装置11内部，温控装置11的温控原理如下：典型的加热方式为伴热管或电热丝等，典型的制冷方式为半导体制冷或空气压缩制冷，温度检测方式为热电阻或热电偶。传感器采集腔7可以根据需要进行选配气体传感器，包括用于检测NO、NO2、CO、O2和SO2中的一种或多种气体的气体传感器。
在一个实施例中，采样探头1可选安装在烟囱出口，采样探头1包括开关阀和过滤网，开关阀控制锅炉烟气的流入，过滤网对锅炉烟气进行初步过滤。
本发明一实施例的锅炉烟气在线监测系统的工作过程为：
当锅炉未工作时，锅炉的气体浓度不需要监控，因此系统处于上电热备状态，三通电磁阀4处于NC和OUT的连通状态，采样泵10处于关闭状态，温控装置11一直处于工作状态，保障关键部件处于合适的温度范围；
当系统收到锅炉启动指令时，调整三通电磁阀4的开关，使得IN和OUT导通，开启流量自适应功能，自动调整气体流量到设定值，实时进行压力检测和气体浓度的监测；
当锅炉停止时，系统调整三通电磁阀4的开关，使得NC和OUT导通，进行排水，抽取清洁空气清晰电化学传感器，清洗完毕，系统进入热备状态，等待锅炉启停信号的触发。
监控中心用于监控整个系统，从而能够实现锅炉烟气在线监测系统采样与锅炉启停信号关联、流量自适应功能、管路堵塞预警设计、温度适应性设计和异常工况保护设计。
锅炉烟气在线监测系统采样与锅炉启停信号关联设计：系统与锅炉启停信号关联，锅炉启动时，系统进行采样，锅炉停止时，系统处于热备状态。通过与锅炉启停的联锁设计，可以消除系统无效工作时间，按照典型工况来说，有效工作时间约为10小时/天，因此可以把系统的工作时间减少到原来的42％左右。对于过滤器5、采样泵10、电化学传感器等易损部件来说，维护或更换时间增加一倍左右。
流量自适应功能设计：根据流量传感器6检测的流量大小来调节比例阀9的开度以及采样泵10的抽力大小，以达到合适的稳定的气体流量经过传感器采集腔7被检测。
管路堵塞预警设计：一般系统运行过程中，粉尘会慢慢堵塞过滤器5。本系统的压力传感器8会随着过滤器5的堵塞，输出信号会慢慢减小，可以通过报警方式提醒用户更换过滤器5。本系统也可以在流量自适应功能中，通过当比例阀9开度比例超过某一阈值时，则过滤器5存在堵塞风险，可以通过报警方式提醒用户更换过滤器5。
温度适应性设计：温控装置11可以保障关键部件流量传感器6、传感器采集腔7、压力传感器8和比例阀9处于合适的温度范围(例如20℃～25℃)，使得温度敏感部件，尤其是电化学传感器免受环境温度的影响，大大提高了系统的环境适应性。
异常工况保护设计：主要针对压力过大过小与浓度过大情况。压力异常时的防护阈值设置如下：若电化学传感器的极限压力范围为90％～110％大气压，则压力保护阈值设置为92％～108％大气压。当压力传感器8检测到压力过大或过小时，立刻切换三通电磁阀4到空气入口，并关闭采样泵10，使得传感器采集腔7迅速与大气压平衡，保护传感器膜免受损坏，并进行持续的报警；浓度防护阈值设置为传感器极限值的80％比较合适(20％用于传感器响应时间的缓冲)，当监测到气体浓度过大时，立刻切换三通电磁阀4到清洁空气入口，防止传感器中毒，并进行持续的报警。
压力传感器8检测到的管路气体压力异常时，系统可以进入防护模式，等维修人员排查解决工况异常后，方可正常运行系统。
图2为本发明一实施例的流量自适应控制的流程图，有几种情况可以造成流量变化，一为现场锅炉工况不同，锅炉功率不同，造成锅炉出气口烟气压力不同，使得进入烟气监测系统的流量变化；二为过滤器5堵塞或者管路堵塞，造成流量变化；三为采样泵10的损耗造成抽力下降，使得流量变化。而流量变化将严重影响电化学气体传感器的稳定性和采样精度，因此本发明提出了流量自适应方法在电化学气体传感器的锅炉烟气在线监测系统的使用。工作原理如下：当监测到气体流量过大时，减小比例阀9的开度，使得流量减小，当流量减小时，再增大比例阀9的开度，增大气体流量，周而复始，直到调整到一个性对接近的流量值为止，该相对接近的流量值与理论流量值之差为死区，死区的设置根据需要设计，一般为1％比较合适。通过流量自适应的设计，增加了系统的工况适应性，并且针对过滤器5和采样泵10等易损件，例如以前性能下降到95％就需要更换，现在可以下降到50％或者更多，大大延长了使用寿命，也增加了维护周期，减少了维护成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种锅炉烟气在线监测系统，其特征在于，包括采样探头、冷凝器、三通电磁阀、过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵和监控中心，当所述三通电磁阀选通所述冷凝器和所述过滤器时，锅炉烟气在负真空作用下依次经过所述采样探头、冷凝器、三通电磁阀、过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵至废气出口流出，当所述三通电磁阀选通所述过滤器和清洁空气或标气入口时，清洁空气或标气在负真空作用下依次经过所述过滤器、流量传感器、传感器采集腔、压力传感器、比例阀、采样泵至废气出口流出，所述监控中心用于监控整个系统。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气在线检测系统，其特征在于，所述采样探头安装在烟囱出口。
3.根据权利要求2所述的一种锅炉烟气在线检测系统，其特征在于，所述采样探头包括开关阀和过滤网，所述开关阀控制锅炉烟气的流入，所述过滤网对锅炉烟气进行初步过滤。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气在线检测系统，其特征在于，包括排水泵，所述排水泵用于将所述冷凝器产生的冷凝水排出。
5.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气在线检测系统，其特征在于，包括温控装置，所述温控装置用于保障所述流量传感器、传感器采集腔、压力传感器和所述比例阀处于合适的温度范围。
6.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气在线监测系统，其特征在于，所述传感器采集腔用于检测NO、NO2、CO、O2和SO2中任意一种或多种锅炉烟气的浓度。
7.根据权利要求1所述的一种锅炉烟气在线监测系统，其特征在于，系统与锅炉启停信号关联，锅炉启动时，系统进行采样，锅炉停止时，系统处于热备状态。
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