CN110935292A - 一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器，它涉及烟气采样预处理冷凝除湿技术领域。主控制板通过变频驱动板与变频压缩机相连，主控制板通过半导体冷凝片驱动板与半导体冷凝片相连，变频压缩机、半导体冷凝片分别与变频冷凝腔、半导体冷凝腔连接，变频压缩机、半导体冷凝片还分别与各自的散热器相连，散热器与风扇相连，所述的变频冷凝腔、半导体冷凝腔中分别安装有变频冷凝腔温度传感器、半导体冷凝腔温度传感器，变频冷凝腔温度传感器、半导体冷凝腔温度传感器均接至主控制板，主控制板与显示屏相连。本发明无需电加热单元，节约电能资源，制冷稳定可调，除湿效果优秀，可操作性强，降低成本，应用前景广阔。

Description

一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器

技术领域

本发明涉及烟气采样预处理冷凝除湿技术领域，具体涉及一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器。

背景技术

一些大型工业领域，如冶金、热电厂、水泥厂等，在生产中会产生大量的烟气，这些烟气中往往含有污染大气环境的元素，例如NO、SO₂等。国家规定，排放的烟气必须符合环保标准，否则将会污染大气，危害人类生存的环境和身体健康，因此，烟气在线排放连续监测系统(CEMS)会对排放的烟气污染物进行监测。因为烟气中含有一定量的水蒸气，会对烟气中污染物气体的检测产生严重的干扰，且国标中对烟气组分检测也是基于干基浓度，因此，对烟气组分检测分析之前，必须对烟气进行脱水处理。

烟气脱水就需要用到预处理冷凝器，目前市场上的预处理冷凝器一般主要由加热单元(加热丝或加热棒)、压缩机(或半导体制冷块)、温度控制器、冷凝腔体(相对于蒸发器-制冷)、冷凝器(散热器)和温度传感器组成。压缩机经冷凝腔体用于制冷，加热单元用于冷凝腔体加热，二者共同作用于冷凝腔体使得温度平衡可调；压缩机恒功率定频运转，通过控制加热单元的加热量来调节冷凝腔体的温度，温度传感器检测冷凝腔体温度，当温度达到设定温度稳定时，冷凝器才可用于烟气冷凝除湿。压缩机始终满载运转(半导体制冷块虽无加热单元，但制冷功率较小、散热要求较高，受控时散热不好易损坏)，浪费电能资源，且由于加热单元的存在经常导致整机绝缘性能下降，而且作为冷凝热交换的玻璃热交换管不仅增加了部件成本，而且工艺制作的好坏也会影响冷凝水的吸附作用，从而造成排凝效果不佳，也会导致组分丢失严重。

为了解决上述问题，设计一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器尤为必要。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器，以解决上述背景技术中提出的制冷除湿效果差、浪费电能资源、成本高昂的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器，包括主控制板、变频驱动板、变频压缩机、变频冷凝腔、变频冷凝腔温度传感器、半导体冷凝片、半导体冷凝片驱动板、半导体冷凝腔、半导体冷凝腔温度传感器、风扇、显示屏，主控制板通过变频驱动板与变频压缩机相连，主控制板通过半导体冷凝片驱动板与半导体冷凝片相连，变频压缩机、半导体冷凝片分别与变频冷凝腔、半导体冷凝腔连接，变频压缩机、半导体冷凝片还分别与各自的散热器相连，散热器与风扇相连，所述的变频冷凝腔、半导体冷凝腔中分别安装有变频冷凝腔温度传感器、半导体冷凝腔温度传感器，变频冷凝腔温度传感器、半导体冷凝腔温度传感器均接至主控制板，将采集到的温度反馈给主控板，主控制板通过控制算法来驱动相应的驱动板，主控制板还与显示屏相连。

作为优选，所述的变频冷凝腔、半导体冷凝腔作为热交换的空腔，其内部均嵌有316不锈钢管作为烟气热交换管。

作为优选，所述的风扇设置有两个，其中一个风扇与变频压缩机的散热器相连，另一个风扇与半导体冷凝片的散热器相连。

本发明变频压缩机通过控制直流电机转速达到控制输出制冷功率，使得大流量烟气制冷效果快速可控、均匀，半导体冷凝片通过控制通电电流达到控制输出制冷功率目的，从而达到小流量烟气制冷除湿效果，变频压缩机通过变频驱动板驱动，半导体冷凝片通过半导体冷凝片驱动板驱动，两个驱动板均与主控制板相连；变频冷凝腔温度传感器用于检测变频冷凝腔的温度并反馈给主控制板，半导体冷凝腔温度传感器检测半导体冷凝腔的温度并反馈给主控制板，主控制板采集变频冷凝腔温度和半导体制冷凝腔温度，通过控制算法给变频压缩机驱动板和半导体制冷片驱动板控制信号；主控制板与显示屏通讯连接，用于人机交互设置参数并实时显示变频冷凝腔和半导体冷凝腔的温度。

(三)有益效果

与现有技术相比，采用上述技术方案后，本发明有益效果为：

本装置无需电加热单元、可变频、重量轻、制冷效果好且分流制冷，可靠实用，应用前景广阔：

(1)既能达到制冷温度可调，又省去了加热单元，大大节约了电能资源；

(2)省去了玻璃热交换管，降低了部件成本，减小了冷凝水吸附，降低了组分丢失；

(3)分级制冷的负载都较小，而且烟气有效流量较小，大大提高了制冷除湿效果；

(4)利用不锈钢管作为热交换管，不仅省去了玻璃热交换管，而且还增加了热交换效率，使得除湿效果加强；

(5)增加了显示屏人机界面，使得设置操作简便、温度监控直观，增强了可操作性。

附图说明

图1是本发明的电气控制功能结构示意图；

图2是本发明的功能结构图。

附图标记说明：

1、主控制板；2、变频驱动板；3、变频压缩机；4、变频冷凝腔；5、变频冷凝腔温度传感器；6、半导体冷凝片；7、半导体冷凝片驱动板；8、半导体冷凝腔；9、半导体冷凝腔温度传感器；10、风扇；11、显示屏；12、伴热采样管线；13、变频冷凝器；14、第一气管；15、抽气泵；16、转子流量计；17、半导体冷凝器；18、第二气管；19、蠕动泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器，包括主控制板1、变频驱动板2、变频压缩机3、变频冷凝腔4、变频冷凝腔温度传感器5、半导体冷凝片6、半导体冷凝片驱动板7、半导体冷凝腔8、半导体冷凝腔温度传感器9、风扇10、显示屏11，主控制板1通过变频驱动板2与变频压缩机3相连，主控制板1通过半导体冷凝片驱动板7与半导体冷凝片6相连，变频压缩机3、半导体冷凝片6分别与变频冷凝腔4、半导体冷凝腔8连接，变频压缩机3、半导体冷凝片6还分别与各自的散热器相连，风扇10设置有两个，其中一个风扇与变频压缩机3的散热器相连，另一个风扇与半导体冷凝片6的散热器相连；所述的变频冷凝腔4、半导体冷凝腔8中分别安装有变频冷凝腔温度传感器5、半导体冷凝腔温度传感器9，变频冷凝腔温度传感器5、半导体冷凝腔温度传感器9均接至主控制板1，将采集到的温度反馈给主控板，主控制板1通过控制算法来驱动相应的驱动板，主控制板1还与显示屏11相连。

本具体实施方式压缩机3通过控制直流电机转速达到控制输出制冷功率，使得大流量烟气制冷效果快速可控、均匀，弥补了传统定频压缩机制冷效果不佳、温度不均匀的缺点，半导体冷凝片6通过控制通电电流达到控制输出制冷功率目的，从而达到小流量烟气制冷除湿效果，因为流量较小，因此无需很大制冷功率，这就减小了半导体制冷片负载，减小故障率，增加使用寿命。变频压缩机3通过变频驱动板2驱动，半导体冷凝片6通过半导体冷凝片驱动板7驱动，两个驱动板均与主控制板1相连；变频冷凝腔温度传感器5用于检测变频冷凝腔4的温度并反馈给主控制板1，半导体冷凝腔温度传感器9检测半导体冷凝腔8的温度并反馈给主控制板1，主控制板1采集变频冷凝腔温度和半导体制冷凝腔温度，通过控制算法给变频压缩机驱动板和半导体制冷片驱动板控制信号；主控制板1与显示屏11通讯连接，用于人机交互设置参数并实时显示变频冷凝腔4和半导体冷凝腔8的温度。

值得注意的是，所述的变频冷凝腔4、半导体冷凝腔8作为热交换的空腔，其内部均嵌有316不锈钢管作为烟气热交换管，利用不锈钢管作为热交换管，不仅省去了玻璃热交换管，而且还增加了热交换效率，使得除湿效果加强。

本具体实施方式的工作原理为：仪表上电后，通过显示屏11设定冷凝温度值，变频冷凝腔温度传感器5检测变频冷凝腔4的温度给主控制板1，主控制板1判断分析后经控制算法给变频驱动板2驱动信号，从而驱动变频压缩机3运转，达到调节变频冷凝腔4制冷温度的目的，直至制冷温度达到设定值并维持平衡，风扇10一直运转散热。同样，半导体冷凝腔8的半导体冷凝腔温度传感器9不断检测冷凝腔内温度给主控制板1进行分析判断，从而给出指令到半导体冷凝片驱动板7，进一步调节半导体制冷片6的电流大小，达到调节控制半导体冷凝腔8制冷温度的目的，直至到达温度设定值平衡，运行过程中，风扇10一直运转散热，这样烟气气流就可以进入预处理冷凝器进行除湿脱水环节。

本具体实施方式在实际应用中，由变频冷凝器和半导体冷凝器进行两级除湿。由于烟气流入冷凝器时烟气流量较大，先进入变频冷凝器，因为变频冷凝器在控制上存在较大的滞后特性，因此，制冷温度控制精度不高，可以事先对大流量烟气进行一级粗略除湿，这样制冷温度可以设置较高一些，譬如10-20℃之间。此时经过除湿后的烟气湿度值大概在1.0-5.0vol％(体积百分比)之间，大大降低了烟气湿度，即使制冷温度发生波动也不会影响除湿效果太大，同时也减轻了制冷负担。在一级粗略制冷除湿后，在抽气泵后面经转子流量计将烟气进行分流，使得1L/min左右的烟气进入半导体冷凝器进行二级精确制冷除湿，其他烟气排空。半导体冷凝器可以通过电流控制进行相对精确地制冷，因此，制冷温度值可以设置为3℃。因为烟气流量低，制冷效果较好，而且制冷负载小，降低了半导体冷凝器的故障率，延长其使用寿命，之后经除湿后的烟气直接进入分析仪表。

本具体实施方式无需电加热单元，节约电能资源，制冷稳定可调，除湿效果优秀，可操作性强，大大降低了成本，具有广阔的市场应用前景。

实施例1：参照如2所示的功能结构图，大流量(约5L/min)抽气泵15启动后，烟气采样器从烟道抽取烟气，经伴热采样管线12接至变频冷凝器13，经一级粗略冷凝除湿处理后经第一气管14排除到抽气泵15进气口；抽气泵15出气口连接两个转子流量计16，经调节后，约1L/min烟气流入半导体冷凝器17，而大部分剩余烟气经转子流量计16后排空，因为一级除湿后的烟气湿度不大，可以直接排空；1L/min左右的烟气经半导体冷凝器17除湿处理后经第二气管18排出给后面的分析仪表；整个处理过程中，两级冷凝结水都经蠕动泵19排出，并持续运转。

具体的工作流程为：设备加电启动，通过显示屏11设置各个制冷温度，待各个制冷温度值达到设定温度后，启动后面抽气泵15，抽气泵15位于一级和二级制冷除湿之间，此时烟气大流量首先进入变频冷凝器13，通过变频冷凝腔温度传感器5采集的温度反馈，控制算法分析后输出控制信号给变频驱动板2，从而驱动调节变频压缩机3转速，来达到制冷温度的控制，同时对烟气进行一级粗略除湿；而后进行烟气分流，大部分排空，只有1L/min左右烟气进入二级精确半导体冷凝器17，通过半导体冷凝腔温度传感器9采集的温度反馈，经过控制算法输出控制信号给半导体冷凝片驱动板7，半导体冷凝片驱动板7调节半导体制冷片电流大小，最终达到精控制冷温度目的，这样经半导体冷凝器17除湿后的烟气可以直接进入分析仪表进行分析。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器，其特征在于，包括主控制板(1)、变频驱动板(2)、变频压缩机(3)、变频冷凝腔(4)、变频冷凝腔温度传感器(5)、半导体冷凝片(6)、半导体冷凝片驱动板(7)、半导体冷凝腔(8)、半导体冷凝腔温度传感器(9)、风扇(10)、显示屏(11)，主控制板(1)通过变频驱动板(2)与变频压缩机(3)相连，主控制板(1)通过半导体冷凝片驱动板(7)与半导体冷凝片(6)相连，变频压缩机(3)、半导体冷凝片(6)分别与变频冷凝腔(4)、半导体冷凝腔(8)连接，变频压缩机(3)、半导体冷凝片(6)还分别与各自的散热器相连，散热器与风扇(10)相连，所述的变频冷凝腔(4)、半导体冷凝腔(8)中分别安装有变频冷凝腔温度传感器(5)、半导体冷凝腔温度传感器(9)，变频冷凝腔温度传感器(5)、半导体冷凝腔温度传感器(9)均接至主控制板(1)，主控制板(1)还与显示屏(11)相连。

2.根据权利要求1所述的一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器，其特征在于，所述的变频冷凝腔(4)、半导体冷凝腔(8)内部均嵌有316不锈钢管作为烟气热交换管。

3.根据权利要求1所述的一种变频压缩机和半导体制冷片二合一烟气预处理冷凝器，其特征在于，所述的风扇(10)设置有两个，其中一个风扇与变频压缩机(3)的散热器相连，另一个风扇与半导体冷凝片(6)的散热器相连。

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