CN110940774A - 一种双通道烟气采样装置及采样方法 - Google Patents

一种双通道烟气采样装置及采样方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种双通道烟气采样装置及采样方法，其装置包括采样主管、采样支管,所述采样主管的管壁开设通孔，所述采样支管的进口设置在通孔处，采样主管的管道与采样支管的管道连通，采样支管的进口内由气体流向依次设有过滤层和吸收层，所述过滤层的进口侧与采样支管的进口边缘平齐，或所述过滤层的进口侧位于采样支管的进口边缘外侧，所述采样主管和采样支管外侧均设置加热层。本公开可以保证等速采样的正常进行，实现不形成沉积层的烟尘过滤，同时避免吸收层流动阻力过大及吸收层穿透、失效。

Description

一种双通道烟气采样装置及采样方法
技术领域
本公开涉及烟气中气体成分的采样方法，特别涉及一种双通道烟气采样装置及采样方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本公开的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
在烟气中某种气体成分检测中，通常需要将少量烟气从烟道中抽取出来进行分析检测，抽取的过程中经常采用等速采样的方法，即进入抽取口的烟气速度等于抽气口所在位置烟气的速度。另外，烟气中通常含有烟尘，为了避免烟尘的影响，经常对烟尘进行过滤、净化，然后对净化后的烟气进行分析检测。对净化后烟气进行分析检测时，有一种方法是利用某种固体颗粒吸收剂设置成吸收层，对烟气中的待测气体成分进行吸收，然后对吸收层进行分析检测，获得烟气中对应待气体测成分的量。还有方法是将净化后的烟气通入到某种吸收液中吸收待测气体成分，然后对吸收液进行分析检测，得到待测气体成分的量。例如，本公开发明人在前期研究中提出了申请号为CN201610805094.9的中国专利，提供了一种基于盐吸收的检测烟气SO3的方法及系统，将采集后的烟气控温至高于SO3凝结温度，维持该烟气温度，再依次进行以下程序：除去烟气中的飞灰(即烟尘)，让烟气与盐进行充分接触，发生化学反应，使得SO3全部被盐吸收；然后检测盐中硫酸盐的含量，最后通过硫酸盐的含量计算得出烟气中SO3的含量，盐为能够与SO3反应生成比硫酸酸性弱的酸或可挥发性的酸的盐，采集烟气的方法按照等速采样法抽取烟气。该方法中提到的SO3在260℃及以下温度，部分或全部转化为气态H2SO4形式存在，因此也可称之为H2SO4。
发明内容
经过本公开发明人的进一步研究发现，上述采用盐层作为吸收层检测烟气中SO3的方法存在两个缺陷：
1、在采用过滤法除去烟尘时，烟尘在滤膜表面形成沉积层，烟尘中含有碱性物质，烟气在通过烟尘沉积层时，待测物质H2SO4气体可能被烟尘中的碱性物质吸收，而产生负偏差，影响测量精度。在一次采用该方法测试烟气中H2SO4的实验中证明：烟尘沉积层的存在使得测量结果发生了大约-26％的偏差。实际上，烟尘具有一定的物理和化学吸收性能，除了可吸收上述专利涉及的烟气成分外，还可吸收其它多种气体成分，因此这种在烟气采样过程中的烟尘过滤方法，应用于其它烟气成分进行检测时，也存在产生负偏差的风险。
2、采用等速采样抽取的烟气量大约为20～30L/min，这么大的烟气通过盐吸收层时，产生很大的流动阻力；另外盐层容易被穿透，而产生待测物质的逃逸的风险。实际上，除了上述专利，其它烟气成分测量时也经采用吸收层吸收待测的物质，比如利用活性炭吸收汞等。这种采用吸收层吸收待测物质的方法，通过吸收层的烟气流量都不易过大。另外，还有通过吸收液吸收待测物质的方法，通过吸收液的烟气流量也不易过大。
为了解决现有技术的不足，本公开的目的是提供一种双通道烟气采样装置及采样方法，可以保证等速采样的正常进行，实现不形成沉积层的烟尘过滤，同时避免吸收层流动阻力过大及吸收层穿透、失效。
为了实现上述目的，本公开的技术方案为：
一方面，一种双通道烟气采样装置，包括采样主管、采样支管,所述采样主管的管壁开设通孔，所述采样支管的进口设置在通孔处，采样主管的管道与采样支管的管道连通，采样支管的进口内由气体流向依次设有过滤层和吸收层，所述过滤层的进口侧与采样支管的进口边缘平齐，或所述过滤层的另一侧位于采样支管的进口边缘外侧，所述采样主管和采样支管外侧均设置加热层。
本公开中，从采样主管内抽取烟气，部分烟气从采样支管经过过滤层进入吸收层，从而烟气中的成分(例如SO3、汞蒸汽等)进行检测分析。当采样主管内通道烟气经过通孔时，由于过滤层的进口侧与采样支管的进口边缘平齐或过滤层的进口侧位于采样支管的进口边缘外侧，使得采样主管管道内的烟气对过滤层进行吹扫，避免烟尘的堆积和沉积层的形成，从而避免烟尘在过滤层形成的沉积层影响对烟气中的成分检测的准确性。
另一方面，一种双通道烟气采样方法，采用上述双通道烟气采样装置对烟道内烟气进行采集，采样主管内采用等速采样，采样支管内采用恒速采样，所述等速采样的烟气流速为10～50L/min，所述恒速采样的烟气流速为1～5L/min。
首先，采用的双通道烟气采样装置能够避免过滤层形成烟尘沉积层，从而避免因沉积层的吸收作用影响烟气成分检测的准确性。其次，本公开采样主管采用较大烟气流量的等速采样，采样支管采用较小烟气流量的恒速采样，能够避免较大流量的烟气全部通过吸收层，从而防止产生过大的流动阻力及吸收层被穿透产生待测物质逃逸的问题。
本公开的有益效果为：
1.本公开可在无烟尘沉积层吸收损失的情况下，对用于检测的烟气实现滤尘净化，避免沉积层吸收带来的负偏差。
2.本公开用于检测的采样支管的气流量小，可避免过大的阻力及待测气体成分的逃逸。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1的双通道烟气采样装置的结构示意图；
图2为本公开实施例2的采样主管和采样支管连接部分的放大结构示意图；
图3为本公开实施例3的采样主管和采样支管连接部分的放大结构示意图；
图4为本公开实施例4的采样主管和采样支管连接部分的放大结构示意图；
图5为本公开实施例5的双通道烟气采样装置的结构示意图；
图6为本公开实施例6的双通道烟气采样装置的结构示意图；
图7为本公开实施例7的双通道烟气采样装置的结构示意图；
其中，1、采样主管，2、采样支管，3、过滤层，4、吸收层，5、固定层，6、电热布，7、变径结构，8、突起，9、采样头，10、控制器，11、第一热电偶，12、第二热电偶。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有对吸收层对烟气中的成分进行分析检测的方法存在过滤层表面的沉积层、等速采样容易使吸收层容易被穿透的问题，本公开提出了一种双通道烟气采样装置及采样方法。
本公开的一种典型实施方式，提供了一种双通道烟气采样装置，包括采样主管、采样支管,所述采样主管的管壁开设通孔，所述采样支管的进口设置在通孔处，采样主管的管道与采样支管的管道连通，采样支管的进口内由气体流向依次设有过滤层和吸收层，所述过滤层的进口侧与采样支管的进口边缘平齐，或所述过滤层的进口侧位于采样支管的进口边缘外侧，所述采样主管和采样支管外侧均设置加热层。
本公开中，从采样主管内抽取烟气，部分烟气从采样支管经过过滤层进入吸收层，从而烟气中的成分(例如SO3、汞蒸汽等)进行检测分析。当采样主管内通道烟气经过通孔时，由于过滤层的进口侧与采样支管的进口边缘平齐或过滤层的进口侧位于采样支管的进口边缘外侧，使得采样主管管道内的烟气对过滤层进行吹扫，避免烟尘的堆积和沉积层的形成，从而避免烟尘在过滤层形成的沉积层影响对烟气中的成分检测的准确性。
本公开所述的采样主管和采样支管均为只有一条管道通路的管状结构。
当对烟气中的成分中的SO3进行检测分析时，吸收层为盐层，例如氯化钠层、氯化钾层等。
当对烟气中的成分中的汞蒸汽进行检测分析时，吸收层为活性炭层。
采样支管中，烟气从过滤层进口侧进入过滤层，从过滤层出口侧排出后进入吸收层。过滤层可以与吸收层接触，也可以与吸收层间隔一段距离。
本公开中所述的过滤层为能够进行过滤的层状结构或膜状结构，例如过滤棉层、玻璃纤维层、滤膜等。
本公开所述的加热层为能够对采样主管和采样支管进行加热的部件，例如电热布、电热膜、电热管等。电热布、电热膜均可以通过包覆在采样主管和采样支管外侧，形成加热层。电热管通过缠绕的方式在采样主管和采样支管外侧形成加热层。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述采样支管的进口设有变径结构，所述变径结构为径向直径由进口至采样支管管道逐渐扩大的管道结构。能够固定过滤层，防止被烟气吹扫进采样主管内。
该实施方式的一种或多种实施例中，采样主管内壁设有突起，所述突起与通孔位于采样主管的同一径向截面。减少流经通孔处的采样主管的流通面积，从而增加采样主管内的烟气流速，从而强化该吹扫过滤层表面的效果。
该实施方式的一种或多种实施例中，采样支管的进口位于采样主管的通道内。该方式也可以减少流经通孔处的采样主管的流通面积。
该实施方式的一种或多种实施例中，采样主管的进口设有采样头。方便取样。
该系列实施例中，所述采样头为弧形管状结构。能够减少烟气进入采样主管的阻力。
该实施方式的一种或多种实施例中，通孔与采样主管的进口之间的距离为采样主管总长度的2/3～9/10。能够保证烟气在进入采样支管前，能够受到足够的加热。
该实施方式的一种或多种实施例中，包括控制器、第一热电偶，第一热电偶设置在采样主管的通道内，第一热电偶位于通孔与采样主管的进口之间，第一热电偶与控制器连接，控制器与加热层连接。所述控制器由编程为用于执行本文所描述的一个或多个操作和/或功能的微处理器来执行。根据一个或多个实施例，所述控制器整个或部分地由专门配置的硬件来执行。第一热电偶检测采样主管内的烟气温度，并将烟气温度转化为温度信号传送至控制器，控制器根据温度信号控制加热层的进行加热或不加热，从而控制采样主管内的烟气温度。
该系列实施例中，第一热电偶与采样主管的进口之间的距离为通孔与采样主管的进口之间距离2/3～9/10。能够保证进入采样支管的烟气温度。
该系列实施例中，包括第二热电偶，第二热电偶位于第一热电偶与采样主管的进口之间的管壁，第二热电偶与控制器连接。第二热电偶检测采样主管内的烟气温度，并将烟气温度转化为温度信号传送至控制器，控制器根据温度信号控制加热层的进行加热或不加热，从而控制采样主管的管壁温度。通过管壁控温，能够避免待测气体成分在采样主管内壁的凝结。通过烟气控温，能够更好的保证进入采样支管的烟气温度。
该实施方式的一种或多种实施例中，吸收层的一侧与过滤层接触，吸收层的另一侧设置固定层。用于对吸收层进行固定。所述固定层为过滤棉层、玻璃纤维层等。
本公开的另一种实施方式，提供了一种双通道烟气采样方法，采用上述双通道烟气采样装置对烟道内烟气进行采集，采样主管内采用等速采样，采样支管内采用恒速采样，所述等速采样的烟气流速为10～50L/min，所述恒速采样的烟气流速为1～5L/min。
该实施方式的一种或多种实施例中，所述恒速采样的烟气流速为1～2L/min。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本公开的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本公开的技术方案。
实施例1
一种双通道烟气采样装置，如图1所示，包括采样主管1、采样支管2，采样主管1的管壁开设通孔，采样支管2的进口设置在通孔处，采样主管1的管道与采样支管2的管道连通，采样支管2的进口内由气体流向依次设有过滤层(过滤棉层)3、吸收层(氯化钠层)4和固定层(过滤棉层)5，过滤层3的出口侧与吸收层4的接触，过滤层4的进口侧与采样支管3的进口边缘平齐，采样主管1和采样支管2外侧均设置电热布6。
实施例2
本实施例的装置与实施例1相同，不同之处在于：采样支管2的进口设有变径结构7，如图2所示，变径结构7为径向直径由进口至采样支管2管道逐渐扩大的管道结构。
实施例3
本实施例的装置与实施例1相同，不同之处在于：采样主管1内壁设有突起8，如图3所示，所述突起与通孔位于采样主管的同一径向截面。
实施例4
本实施例的装置与实施例1相同，不同之处在于：采样支管的进口位于采样主管的通道内，如图4所示。
实施例5
本实施例的装置与实施例1相同，不同之处在于：采样主管1的进口设有采样头9，如图5所示，采样头9为弧形管状结构。
实施例6
本实施例的装置与实施例1相同，不同之处在于：包括控制器10、第一热电偶11、第二热电偶12，第一热电偶11设置在采样主管1的通道内，第一热电偶11位于通孔与采样主管1的进口之间，第二热电偶12位于第一热电偶11与采样主管1的进口之间的管壁，第一热电偶11与控制器10连接，控制器10与电热布6连接，第二热电偶12与控制器10连接，如图6所示。
实施例7
一种双通道烟气采样装置，如图7所示，包括采样主管1、采样支管2、控制器10、第一热电偶11、第二热电偶12，采样主管1的管壁开设通孔，采样支管2的进口设置在通孔处，采样主管1的管道与采样支管2的管道连通，采样支管2的进口内由气体流向依次设有过滤层(过滤棉层)3、吸收层(氯化钠层)4和固定层(过滤棉层)5，过滤层3的一侧与吸收层4的接触，过滤层4的另一侧与采样支管3的进口边缘平齐，采样主管1和采样支管2外侧均设置电热布6。
第一热电偶11设置在采样主管1的通道内，第一热电偶11位于通孔与采样主管1的进口之间，第二热电偶12位于第一热电偶11与采样主管1的进口之间的管壁，第一热电偶11与控制器10连接，控制器10与电热布6连接，第二热电偶12与控制器10连接。
通孔与采样主管1的进口之间的距离为采样主管1总长度的9/10。第一热电偶11与采样主管1的进口之间的距离为通孔与采样主管1的进口之间距离2/3。
采样支管2的进口设有变径结构7，如图2所示，变径结构7为径向直径由进口至采样支管2管道逐渐扩大的管道结构。采样主管1的进口设有采样头9。采样头9为弧形管状结构。
采样过程为：在采样主管出口连接等速采样泵，在采样支管出口连接恒流采样泵，采样电热布对采样主管、采样支管进行加热至260℃以上，并进行保温，等速采样泵的采样流速与烟道烟气中的流速一致(30L/min)；恒流采样泵的采样流速为1L/min。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双通道烟气采样装置，其特征是，包括采样主管、采样支管,所述采样主管的管壁开设通孔，所述采样支管的进口设置在通孔处，采样主管的管道与采样支管的管道连通，采样支管的进口内由气体流向依次设有过滤层和吸收层，所述过滤层的进口侧与采样支管的进口边缘平齐，或所述过滤层的进口侧位于采样支管的进口边缘外侧，所述采样主管和采样支管外侧均设置加热层。
2.如权利要求1所述的双通道烟气采样装置，其特征是，所述采样支管的进口设有变径结构，所述变径结构为径向直径由进口至采样支管管道逐渐扩大的管道结构。
3.如权利要求1所述的双通道烟气采样装置，其特征是，采样主管内壁设有突起，所述突起与通孔位于采样主管的同一径向截面。
4.如权利要求1所述的双通道烟气采样装置，其特征是，采样支管的进口位于采样主管的通道内。
5.如权利要求1所述的双通道烟气采样装置，其特征是，采样主管的进口设有采样头；
优选的，所述采样头为弧形管状结构。
6.如权利要求1所述的双通道烟气采样装置，其特征是，通孔与采样主管的进口之间的距离为采样主管总长度的2/3～9/10。
7.如权利要求1所述的双通道烟气采样装置，其特征是，包括控制器、第一热电偶，第一热电偶设置在采样主管的通道内，第一热电偶位于通孔与采样主管的进口之间，第一热电偶与控制器连接，控制器与加热层连接；
优选的，第一热电偶与采样主管的进口之间的距离为通孔与采样主管的进口之间距离2/3～9/10；
优选的，包括第二热电偶，第二热电偶位于第一热电偶与采样主管的进口之间的管壁，第二热电偶与控制器连接。
8.如权利要求1所述的双通道烟气采样装置，其特征是，吸收层的一侧与过滤层接触，吸收层的另一侧设置固定层。
9.一种双通道烟气采样方法，其特征是，采用权利要求1～8任一所述的双通道烟气采样装置对烟道内烟气进行采集，采样主管内采用等速采样，采样支管内采用恒速采样，所述等速采样的烟气流速为10～50L/min，所述恒速采样的烟气流速为1～5L/min。
10.如权利要求9所述的双通道烟气采样方法，其特征是，所述恒速采样的烟气流速为1～2L/min。
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