CN1109888C - 烟气稀释采样器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涉及连续烟气成分定量分析的采样装置，利用流体动力特性的惯性过滤器和大过滤表面的柱状过滤器相结合，延长了过滤器寿命，并可以直接对惯性过滤器进行清洗而无需拆卸采样器，该稀释采样器还装有烟气回流装置，使多余的稀释样气通过烟气回流管输回到排气筒中，优化了采样器对烟气变化的响应时间。

Description

烟气稀释采样器

技术领域

本发明涉及一种环境监测技术，特别是涉及一种对连续烟气成分定量分析的采样装置。

背景技术

火电厂和有色金属冶炼厂等行业是排放大气污染的大户，如火电厂所排放的大气污染物往往占其所在地区的大气污染物排放总量的40％以上。排放的大气污染物主要是二氧化硫、氮氧化物和烟尘，而二氧化硫、氮氧化物是形成酸雨的主要污染物，也是大气污染物排放总量控制的重要指标。目前就全国而言，火电厂二氧化硫排放量占全国总量的三分之一以上，因此，对火电厂进行大气污染物排放连续监测是实现大气污染物排放总量控制的前提。固定污染源大气污染排放连续监测系统(CEM)就是为了满足对火电厂及大型燃煤锅炉、有色金属冶炼厂等行业的大气污染物排放总量的控制要求而设计的。一般情况下，CEM系统包括以下几个部分：气态污染物浓度测量，如对二氧化硫、氮氧化物的浓度测量；烟尘(固态颗粒物)浓度测量部分；烟气排放参数测量部分；数据采集与传输部分。

对烟气中的气态污染物进行分析，涉及到烟气采样技术。目前CEM系统中的烟气采样主要采用热管采样和稀释采样两种主流技术。其中热管采样技术的原理为：烟气经除尘后，通过加热、保温的采样管，使温度维持在120℃左右，防止烟气中的水份结露所造成二氧化硫溶解形成的损失，然后直接送往可对高湿气体进行分析的分析仪，或经过多级除湿、降温后再送往分析仪分析；稀释采样技术的原理为：利用纯净的干空气与烟气按一定比例进行混合，使混合后的烟气的露点温度降至环境温度以下，待分析的烟气样气可以在不需加热的情况下传输至分析仪进行分析。目前普遍采用的采样方法为稀释采样法，约占全球CEM系统市场的85％以上，其中声速孔稀释采样技术在连续烟气成分定量分析中得到广泛的应用。市场销售的EPM公司的产品Model797系列稀释采样器，就采用了这种技术。名称为《可调型烟气稀释采样装置》的中国发明专利申请(申请号91 108672.2)也采用了这项技术。

EPM公司的产品Model797主要由三部分组成，过滤器(前置初过滤器，第二过滤器)，声速孔，气体射流泵(文丘里管、文丘里输出腔等)。其具体结构如图1所示。

其工作原理简述如下：

烟气经粗过滤器101、第二过滤器102、声速孔103到达烟气混合腔104进入文丘里管107；净化的零空气105由零空气进入管112进入，经过喷嘴106，一个内置的热交换器109将零空气105预热到排气筒(烟囱)的温度，通过喷嘴的零空气105在烟气混合腔104中形成负压，混合腔104与声速孔103的低压端相连。当负压值超过临界条件时，流过声速孔103的烟气质量流量保持稳定，并在文丘里输出腔108与零空气稀释混合，稀释后的样气通过未加热的稀释样气输出管113输送到分析仪。为了监测拉阀尔喷射器工作状况有一条真空监测管111同时引至监测控制器。为了实现整个系统的定标，监测控制器提供一条标气管110到采样头。因此，采样器有4路管道连接控制器，即标气管道、零空气进入管道、稀释样气输出管道与真空监控管道。当喷嘴产生的负压使声速孔两边的压力之比P/P₀＜0.53时(P₀是烟气压力)，流过声速孔的质量流量保持恒定。

上述现有技术的主要缺点在于：1)由于整个采样器置于排气筒内，初级过滤器和第二过滤器的尺寸受到空间限制，有效过滤面积较小，因此过滤器寿命短，易引起堵塞；2)真空监测采用机械装置，因此，采用了长距离真空管进行测量，使用时经常由于管道泄漏造成测量失败；3)长距离真空管的微小泄漏会严重的影响混合比，使测量浓度下降；4)过滤器在烟道内，更换不便，不易维修。

发明内容

本发明的目的是提供一种能解决过滤器堵塞问题，延长过滤器寿命，方便清洗和维护的外置式烟气稀释采样器。

本发明提供了一种烟气稀释采样器，包括声速孔，混合泵、烟气回流管、烟气导引管、标气管、真空监测管、稀释空气管、稀释样气输出管，其特征在于：

它还包括回流泵、烟气回流管，回流泵使输出的稀释样气的多余部分通过烟气回流管回流到排气筒，并在声速孔前级空腔形成烟气流动，烟气回流管与烟气导引管在排气筒中的位置在空间上是分离的，且回流管在排气筒中的位置永远位于导引管的下游；

惯性过滤器，利用回流烟气的动力特性将大烟尘颗粒滤除；

柱状过滤器，通过大过滤表面的工业过滤器使烟气中的绝大部分颗粒物均被过滤；

片状过滤器，在清洗柱状过滤器时，防止烟气中的颗粒物进入声速孔；

从排气筒抽取的烟气通过惯性过滤器进入柱状过滤器，最后经过片状过滤器进入声速孔。

如上所述的烟气稀释采样器，其特征还在于所述的柱状过滤器由惯性过滤器接入口，标气接入口，柱状滤芯，滤芯填充器，以及滤芯密封盖、筒体、声速孔座组成，滤芯密封盖利用螺纹密封连接在筒体上，旋下密封盖可以抽出滤芯，更换新的滤芯。

如上述任意一项所述的烟气稀释采样器，其特征还在于烟气稀释采样器的烟气导引管伸入排气筒内，另一端连接一工字型法兰，工字型法兰前端与排气筒法兰相接，工字型法兰后端与惯性过滤器法兰相连接，将烟气稀释采样器固定在排气筒的外端，工字型法兰在铅垂面上前后端形成一定角度的交角，使得烟气在其中形成的凝结水能够流回排气筒而不在惯性过滤器中形成淤结。

如上述任意一项所述的烟气稀释采样器，其特征还在于柱状过滤器的外壁安装了恒温温度控制器。

如上述任意一项所述的烟气稀释采样器，其特征还在于所述的真空监测管连接半导体压力传感器监测真空度，将压力信号转换为电信号输送到数据采集器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、在不考虑惯性过滤器作用的前提下，通过使用大过滤表面的柱状过滤器，而使过滤面积提高了百倍以上，加上惯性滤尘器的效果，过滤器寿命比现有技术至少延长数百倍，基本解决采样过滤器的阻塞问题。

2、采用回流设计充分利用稀释气的余量增加了烟气的流动性使烟气一直保持新鲜；同时实现了烟气的惯性滤尘。

3、采用半导体压力传感技术代替长距离真空管线，在实现真空度监测的同时增加了系统可靠性。

4、采用恒温控制技术提高了稀释比的稳定性。

5、全外置的结构使维护更加方便，过滤器更换不需要从烟道上拆除稀释器，安全简单。

6、采用法兰盘使烟气导流管与外置部分分离，安装方便。

附图说明

图1是EPM烟道内置采样器的结构图。

图2是本发明提供的烟气稀释采样器的整体结构图。

图3是烟气稀释采样器的柱状过滤器的结构图。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对发明的具体实施方式作进一步说明。

本说明书的背景技术部分已对图1的原理做过介绍。

图2示出了本发明的一个实施例，由惯性过滤器201，柱状过滤器202，声速孔203，片状过滤器204、混合泵205、回流泵206、烟气回流管207、烟气导引管208，标气管210，真空监测管211，稀释空气管212，稀释样气输出管213等部分组成。其中混合泵205、回流泵206是拉阀尔泵。

烟气导引管208是一中空的管道，一端伸入排气筒烟囱内，另一端钢性连接一工字型倾斜法兰214，工字型法兰214前端与排气筒法兰209相接，工字型法兰214后端与惯性过滤器法兰215相连接。工字型法兰214在铅垂面上前后端面形成5度交角；使得惯性过滤器201的轴线与水平面形成5度的倾斜角，使得烟气在其中形成的凝结水能够流回排气筒而不在惯性过滤器201中形成淤结。

烟气经烟气导气管208进入惯性过滤器201，利用回流烟气的动力特性将大烟尘颗粒滤除。

从惯性过滤器201进入的烟气通过柱状过滤器202。柱状过滤器202结构如图3所示，柱状过滤器202由惯性过滤器接入口301，标气接入口310，柱状滤芯303，滤芯填充器304，以及滤芯密封盖302、筒体306、声速孔座307组成。滤芯密封盖302利用螺纹密封连接在筒体306上，旋下密封盖302可以抽出滤芯303，方便地更换新的滤芯。柱状过滤器202的筒体306的外壁安装了恒温温度控制器305，使柱状过滤器202的温度保持稳定。

经惯性过滤后的烟气通过柱状过滤器202的滤芯303，绝大部分颗粒物都被过滤。过滤后的烟气经过片状过滤器204进入声速孔203。片状过滤器204的另外一个功能是在更换清洗柱状过滤器202时，防止烟尘进入声速孔203。

声速孔座307安装在柱状过滤器筒体306的一端，孔座307分别与声速孔203，真空监测管211，真空抽气口308形成一个三通接头。

真空监测管211连接到半导体压力传感器，压力传感器可以直接安装在排气筒上，压力传感器的输出电信号通过电线再输送到数据采集器，不需使用长距离的真空监测管道，增加了系统的可靠性。因此与现有技术相比，采样器只有3路管道连接控制器。

真空抽气口308直接连接在混合泵205的真空抽气口上，混合泵205的稀释空气进气管212接入稳定的高压干燥零空气即稀释气。当声速孔203满足临界条件，即声速孔203两边的压力之比P/P₀＜0.53时(P₀是烟气压力)，流过声速孔203的质量流量保持恒定。因此在混合泵中205中能实现稳定稀释。稀释比由声速孔203的临界参数和混合泵205的进气量共同决定。

稀释后的一部分样气从混合泵205的稀释样气输出管213输出，经过样气管线馈送到气体分析仪，多余部分经过一流量分配器进入回流泵206的进气口，由回流泵206驱动烟气回流实现烟气的连续流动。

回流泵206的进气口与混合泵205的稀释样气出口相连，回流泵206的出气口与烟气回流管207一端相连接，烟气回流管207的另一端通过工字法兰214将多余的稀释样气直接送回排气筒中。

Claims (5)

1、一种烟气稀释采样器，包括声速孔(203)，混合泵(205)、烟气回流管(207)、烟气导引管(208)、标气管(210)、真空监测管(211)、稀释空气管(212)、稀释样气输出管(213)，其特征在于：

它还包括：

回流泵(206)、烟气回流管(207)，回流泵(206)使输出的稀释样气的多余部分通过烟气回流管(207)回流到排气筒，并在声速孔(203)前级空腔形成烟气流动；

惯性过滤器(201)，利用回流烟气的动力特性将大烟尘颗粒滤除；

柱状过滤器(202)，通过大过滤表面的工业过滤器使烟气中的绝大部分颗粒物均被过渡；

片状过滤器(204)，在清洗或更换柱状过滤器(202)时，防止烟气中的颗粒物进入声速孔(203)；

从排气筒抽取的烟气通过惯性过滤器(201)进入柱状过滤器(202)，最后经过片状过滤器(204)进入声速孔(203)。

2、如权利要求1所述的烟气稀释采样器，其特征在于所述的柱状过滤器(202)由惯性过滤器接入口(301)，标气接入口(310)，柱状滤芯(303)，滤芯填充器(304)，以及滤芯密封盖(302)、筒体(306)、声速孔座(307)组成，滤芯密封盖(302)利用螺纹密封连接在筒体(306)上。

3、如权利要求1或2中所述的烟气稀释采样器，其特征在于烟气稀释采样器的烟气导引管(208)伸入排气筒内，另一端连接一工字型法兰(214)，工字型法兰(214)前端与排气筒法兰(209)相接，工字型法兰(214)后端与惯性过滤器法兰(215)相连接，将烟气稀释采样器固定在排气筒的外端，工字型法兰(214)在铅垂面上前后端形成一定交角。

4、如权利要求1或2中所述的烟气稀释采样器，其特征在于柱状过滤器(202)的外壁安装了恒温温度控制器(305)。

5、如权利要求1或2中所述的烟气稀释采样器，其特征在于所述的真空监测管(211)连接半导体压力传感器。