CN111220446A - 基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，包括承载壳体、加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管及露点测量单元，过滤器、渗透管均嵌于加热保温盒内，冷凝器、采样泵及露点测量单元均位于承载壳体内，排气泵与加热保温盒外表面连接，排水蠕动泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管均与承载壳体外表面连接。其检测方法包括设备组装和检测作业等两个步骤。本发明一方面极大的简化了设备结构和提高了设备结构调整灵活，另一方面极大的提高了检测作业的精度和设备使用稳定，并极大的延长了使用寿命降低使用及维护成本。

Description

基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置及方法，属尾气监测技术领域。

背景技术

便携式烟气采样分析系统在污染源排放废气监测管理发挥着重要作用。便携式烟气采样分析系统通常包括烟气预处理装置及烟气分析装置，烟气预处理装置主要的作用为：过滤颗粒物、伴热保真传输、脱除烟气水分、抗负压抽气、调节并稳定流量等，经过预处理后的烟气一般以正压形式传输至烟气分析装置中进行浓度和排放量的测定。现有便携式预处理装置的脱水单元采用原理方法为两种：冷凝脱水法，渗透膜脱水法。

冷凝脱水法是目前使用最多的方法，但由于通过低温将烟气中的水蒸气冷凝成液态，再将液态水通过物理方式分离掉，这样烟气中的易溶组分必然会在分离液态水的过程中一并带走导致组分丢失。

渗透膜脱水法，通过干燥气通过渗透膜吹扫烟气，由于水汽分压不同，水蒸汽向分压小的一侧扩散，及向干燥气一侧扩散，达到干燥烟气的目的。渗透膜法需要干燥的背景气持续吹扫，导致此方法使用的成本较高。除此之外，渗透管在存在液态水或氨气浓度较高的工况下脱水效果变差甚至存在不可逆损伤。

因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的监测设备结构及检测方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置及设计方法，克服了传统检测设备中粉尘、冷凝水等因素导致的烟气样本气体成分失真、烟气样本对检测设备造成侵蚀损害等缺陷，从而极大的提高了检测作业的精度和设备使用稳定，并极大的延长了使用寿命降低使用及维护成本。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，包括承载壳体、加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管及露点测量单元，承载壳体和加热保温盒均为横断面为矩形的闭合腔体结构，且承载壳体、加热保温盒相互连接，其中过滤器、渗透管均嵌于加热保温盒内，其中渗透管前端面与过滤器连通，后端面通过导流管与冷凝器连通，此外渗透管前半部分侧表面设一个排气口，后半部分侧表面设一个回流口，排气口通过导流管与排气泵连通，回流口通过导流支管与转子流量计Ⅰ连通，转子流量计Ⅰ通过导流管分别与采样泵、转子流量计Ⅱ连通，其中采样泵通过导流管与冷凝器连通，转子流量计Ⅱ通过导流管与露点测量单元连通，冷凝器另通过导流管与排水蠕动泵连通，此外转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ通过三通阀连通，冷凝器、采样泵及露点测量单元均位于承载壳体内，排气泵与加热保温盒外表面连接，排水蠕动泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管均与承载壳体外表面连接。

进一步的，所述承载壳体、加热保温盒轴线呈0°—90°夹角，且所述承载壳体、加热保温盒间通过滑槽、铰链中的任意一种相互连接，且承载壳体、加热保温盒之间间距为0—20厘米，所述过滤器对应的加热保温盒前端面设一个气体管道接头，且过滤器与气体管道接头连通。

进一步的，所述加热保温盒包括承载龙骨、保温防护外层、耐高温内层、电加热装置、温度传感器，所述承载龙骨为横断面为矩形的框架结构，所述保温防护外层包覆在承载龙骨外表面，耐高温内层包覆在承载龙骨内表面，且保温防护外层、耐高温内层分别构成与承载龙骨同轴分布的闭合腔体结构，所述电加热装置至少四个，环绕承载龙骨轴线呈螺旋状分布在耐高温内层内表面，且电加热装置轴线与承载龙骨轴线相交并呈30°—90°夹角，所述温度传感器至少两个，各温度传感器沿渗透管轴线均布，且渗透管前端面及后端面位置均设一个温度传感器。

进一步的，所述电加热装置为电加热丝、微波加热装置、远红外辐照加热装置中的任意或几种共用。

进一步的，所述露点测量单元对应的承载壳体侧表面设操作窗口和一个散热口，所述散热口对应的承载壳内表面设换气风机。

一种根据权利要求1所述基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置的检测方法，包括如下步骤：

S1，设备组装，首先对构成本发明的承载壳体、加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管及露点测量单元进行组装，然后将组装后的本发明通过承载壳体、加热保温盒安装到检测装置上，并将本发明的加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ及露点测量单元分别与检测设备的电路系统电气连接，从而完成本发明装配；

S2，检测作业，完成S1步骤后，首先将加热保温盒内部温度升高至不低于外部待检测气体输送管路内部温度并保温，然后将本发明加热保温盒的气体管道接头与外部待检测气体输送管路连接，然后驱动采样泵运行，在采样泵驱动作用力下获得气体样本，气体样本通过气体管道接头输送至过滤器中，由过滤器对气体样本中粉尘污染物进行过滤净化，然后净化后的气体样本输送至渗透管中并沿渗透管轴线流动，并由渗透管和排气泵配套运行对气体样本进行脱水作业，并将通过渗透管脱水作业后的气体样本输送至冷凝器中，由冷凝器对气体样本进行冷凝降温，一方面降低气体样本温度，另一方面对气体样本中的水汽进行冷凝并分离，从而获得干燥气体样本，然后干燥气体样本在采样泵驱动下输送至三通阀处，然后经三通阀分流，一部分经过转子流量计Ⅰ进行流量监测后回流至渗透管中，另一部分在直接输送至转子流量计Ⅱ处，并由转子流量计Ⅱ进行流量监测后输送至露点测量单元，由露点测量单元对脱水后气体样本中的含水量监测，并实时输出监测的气体样本的露点值，从而完成监测作业。

进一步的，所述S2步骤中，加热保温盒内部温度最高不大于外部待检测气体输送管路内部温度30℃。

本发明较传统的检测设备，一方面极大的简化了设备结构和提高了设备结构调整灵活，从而极大的提高对烟气检测作业的灵活性和便捷性，另一方面有效的克服了传统检测设备中粉尘、冷凝水等因素导致的烟气样本气体成分失真、烟气样本对检测设备造成侵蚀损害等缺陷，从而极大的提高了检测作业的精度和设备使用稳定，并极大的延长了使用寿命降低使用及维护成本。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为加热保温盒结构示意图；

图3为本发明方法流程图。

具体实施方式

如图1和2所示，一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，包括承载壳体1、加热保温盒2、过滤器3、渗透管4、排气泵5、冷凝器6、排水蠕动泵7、采样泵8、转子流量计Ⅰ9、转子流量计Ⅱ10、导流支管11及露点测量单元12，承载壳体1和加热保温盒2均为横断面为矩形的闭合腔体结构，且承载壳体1、加热保温盒2相互连接，其中过滤器3、渗透管4均嵌于加热保温盒2内，其中渗透管4前端面与过滤器3连通，后端面通过导流管与冷凝器6连通，此外渗透管4前半部分侧表面设一个排气口41，后半部分侧表面设一个回流口42，排气口41通过导流管与排气泵5连通，回流口42通过导流支管11与转子流量计Ⅰ9连通，转子流量计Ⅰ9通过导流管分别与采样泵8、转子流量计Ⅱ10连通，其中采样泵8通过导流管与冷凝器6连通，转子流量计Ⅱ10通过导流管与露点测量单元12连通，冷凝器6另通过导流管与排水蠕动泵7连通，此外转子流量计Ⅰ9、转子流量计Ⅱ10通过三通阀13连通，冷凝器6、采样泵8及露点测量单元12均位于承载壳体1内，排气泵5与加热保温盒2外表面连接，排水蠕动泵7、转子流量计Ⅰ9、转子流量计Ⅱ10、导流支管11均与承载壳体1外表面连接。

其中，所述承载壳体1、加热保温盒2轴线呈0°—90°夹角，且所述承载壳体1、加热保温盒2间通过滑槽、铰链中的任意一种相互连接，且承载壳体1、加热保温盒2之间间距为0—20厘米，所述过滤器3对应的加热保温盒2前端面设一个气体管道接头17，且过滤器3与气体管道接头17连通。

同时，所述加热保温盒2包括承载龙骨21、保温防护外层22、耐高温内层23、电加热装置24、温度传感器25，所述承载龙骨21为横断面为矩形的框架结构，所述保温防护外层22包覆在承载龙骨21外表面，耐高温内层23包覆在承载龙骨21内表面，且保温防护外层22、耐高温内层22分别构成与承载龙骨21同轴分布的闭合腔体结构，所述电加热装置24至少四个，环绕承载龙骨21轴线呈螺旋状分布在耐高温内层23内表面，且电加热装置24轴线与承载龙骨21轴线相交并呈30°—90°夹角，所述温度传感器25至少两个，各温度传感器25沿渗透管4轴线均布，且渗透管4前端面及后端面位置均设一个温度传感器25。

进一步优化的，所述电加热装置24为电加热丝、微波加热装置、远红外辐照加热装置中的任意或几种共用。

此外，所述露点测量单元12对应的承载壳体1侧表面设操作窗口14和一个散热口15，所述散热口15对应的承载壳内表面设换气风机16。

如图3所示，一种根据权利要求1所述基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置的检测方法，包括如下步骤：

S1，设备组装，首先对构成本发明的承载壳体、加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管及露点测量单元进行组装，然后将组装后的本发明通过承载壳体、加热保温盒安装到检测装置上，并将本发明的加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ及露点测量单元分别与检测设备的电路系统电气连接，从而完成本发明装配；

S2，检测作业，完成S1步骤后，首先将加热保温盒内部温度升高至不低于外部待检测气体输送管路内部温度并保温，然后将本发明加热保温盒的气体管道接头与外部待检测气体输送管路连接，然后驱动采样泵运行，在采样泵驱动作用力下获得气体样本，气体样本通过气体管道接头输送至过滤器中，由过滤器对气体样本中粉尘污染物进行过滤净化，然后净化后的气体样本输送至渗透管中并沿渗透管轴线流动，并由渗透管和排气泵配套运行对气体样本进行脱水作业，并将通过渗透管脱水作业后的气体样本输送至冷凝器中，由冷凝器对气体样本进行冷凝降温，一方面降低气体样本温度，另一方面对气体样本中的水汽进行冷凝并分离，从而获得干燥气体样本，然后干燥气体样本在采样泵驱动下输送至三通阀处，然后经三通阀分流，一部分经过转子流量计Ⅰ进行流量监测后回流至渗透管中，另一部分在直接输送至转子流量计Ⅱ处，并由转子流量计Ⅱ进行流量监测后输送至露点测量单元，由露点测量单元对脱水后气体样本中的含水量监测，并实时输出监测的气体样本的露点值，从而完成监测作业。

其中，所述S2步骤中，加热保温盒内部温度最高不大于外部待检测气体输送管路内部温度30℃。

本发明运行中，样气经过进入加热保温盒高温区域的过滤器，过滤器的主要作用是对样气中的颗粒物进行过滤去除；加热保温盒，主要对含在其内部的渗透管和过滤器进行加热保温，避免样气中水汽在过滤和渗透环节冷凝成液态；经过过滤后再进入渗透管中，渗透管的结构为双层复合气管结构，内管为样气通路，外管为干燥气吹扫通路，内管壁为渗透膜，渗透膜的特点为只允许水分子通过，水分子可以根据渗透膜两侧的水汽分压的大小，由分压大的一侧扩散至分压小的一侧，逆向扩散可以忽略不计；同时渗透管另与连通，排气泵可以在渗透管的外管产生负压利于内管样气中水汽渗透至外管排出，经过过滤罐的样气进入冷凝器；冷凝器通过低温脱出样气中的水蒸气；并在排水蠕动泵驱动下冷凝水从冷凝器中排出。

此外，采样泵为抽气动力来源，优选具备一定流量且抗负压能力强的采样泵；

同时，经过采样泵后的氧气用三通阀分流，三通阀一端连接调节吹扫气流量的转子流量计Ⅰ，转子流量计Ⅰ通过导流支管连接到渗透管；另一端与连接仪表流量调节的转子流量计Ⅱ连接，转子流量计Ⅱ另与露点测量单元连接，并通过转子流量计Ⅱ对样气脱水效果进行检测，实时测量输出气体的露点值；最终预处理装置输出气，并将检测结果输出至分析单元即可。

本发明将过滤器放置加热区域，可以实现高温样气先经过过滤环节再进入其他预处理环节，避免颗粒物对后端其他预处理环节部件的污染甚至损伤；将渗透管放置在高温区域，解决了环境温度造成的冷凝液态水产生而导致渗透管脱水功能失效的问题；

同时，冷凝器对样气进行冷凝脱水处理，可以产生较低露点的干燥吹扫气，使得渗透管不需要依赖外部的干燥气吹扫，实现预处理系统的自吹扫功能，减少系统的使用成本和增加现场适应性；

此外，整个吹扫过程是一个露点逐步下降的过程，增加露点测量单元，对整个预处理装置的脱水效果进行定量测量，当露点达到并稳定在期望值的时候，可以将输出气通入分析装置进行样气的组分测定；

样气先经过高温区域的渗透管，将样气中的水蒸气以气态方式渗透脱出，避免了单纯冷干法脱出液态水造成的易溶组分丢失，尤其在超低排放监测中有着重要意义。

本发明通过上述实施例具体应用可知，本发明通过上述装置和方法其一方面彻底消除行车中，乘客对方向盘干扰而产生的交通安全隐患；和防范行车中，驾驶员急病、昏迷而产生的交通安全隐患；另一方面采用微型触发开关方便改装，工作可靠，安装方便，价格低廉，并可有效满足各类车辆方向盘设备配套运行的需要，具有良好的适应性和通用性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，其特征在于：所述基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置包括承载壳体、加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管及露点测量单元，所述承载壳体和加热保温盒均为横断面为矩形的闭合腔体结构，且承载壳体、加热保温盒相互连接，其中所述过滤器、渗透管均嵌于加热保温盒内，其中渗透管前端面与过滤器连通，后端面通过导流管与冷凝器连通，所述渗透管前半部分侧表面设一个排气口，后半部分侧表面设一个回流口，所述排气口通过导流管与排气泵连通，回流口通过导流支管与转子流量计Ⅰ连通，所述转子流量计Ⅰ通过导流管分别与采样泵、转子流量计Ⅱ连通，其中所述采样泵通过导流管与冷凝器连通，转子流量计Ⅱ通过导流管与露点测量单元连通，所述冷凝器另通过导流管与排水蠕动泵连通，此外所述转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ通过三通阀连通，所述冷凝器、采样泵及露点测量单元均位于承载壳体内，所述排气泵与加热保温盒外表面连接，所述排水蠕动泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管均与承载壳体外表面连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，其特征在于：所述承载壳体、加热保温盒轴线呈0°—90°夹角，且所述承载壳体、加热保温盒间通过滑槽、铰链中的任意一种相互连接，且承载壳体、加热保温盒之间间距为0—20厘米，所述过滤器对应的加热保温盒前端面设一个气体管道接头，且过滤器与气体管道接头连通。

3.根据权利要求1所述的一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，其特征在于：所述加热保温盒包括承载龙骨、保温防护外层、耐高温内层、电加热装置、温度传感器，所述承载龙骨为横断面为矩形的框架结构，所述保温防护外层包覆在承载龙骨外表面，耐高温内层包覆在承载龙骨内表面，且保温防护外层、耐高温内层分别构成与承载龙骨同轴分布的闭合腔体结构，所述电加热装置至少四个，环绕承载龙骨轴线呈螺旋状分布在耐高温内层内表面，且电加热装置轴线与承载龙骨轴线相交并呈30°—90°夹角，所述温度传感器至少两个，各温度传感器沿渗透管轴线均布，且渗透管前端面及后端面位置均设一个温度传感器。

4.根据权利要求3所述的一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，其特征在于：所述电加热装置为电加热丝、微波加热装置、远红外辐照加热装置中的任意或几种共用。

5.根据权利要求1所述的一种基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置，其特征在于：所述露点测量单元对应的承载壳体侧表面设操作窗口和一个散热口，所述散热口对应的承载壳内表面设换气风机。

6.一种根据权利要求1所述基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置的检测方法，其特征在于，所述基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置的检测方法包括如下步骤：

S1，设备组装，首先对构成本发明的承载壳体、加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ、导流支管及露点测量单元进行组装，然后将组装后的本发明通过承载壳体、加热保温盒安装到检测装置上，并将本发明的加热保温盒、过滤器、渗透管、排气泵、冷凝器、排水蠕动泵、采样泵、转子流量计Ⅰ、转子流量计Ⅱ及露点测量单元分别与检测设备的电路系统电气连接，从而完成本发明装配；

S2，检测作业，完成S1步骤后，首先将加热保温盒内部温度升高至不低于外部待检测气体输送管路内部温度并保温，然后将本发明加热保温盒的气体管道接头与外部待检测气体输送管路连接，然后驱动采样泵运行，在采样泵驱动作用力下获得气体样本，气体样本通过气体管道接头输送至过滤器中，由过滤器对气体样本中粉尘污染物进行过滤净化，然后净化后的气体样本输送至渗透管中并沿渗透管轴线流动，并由渗透管和排气泵配套运行对气体样本进行脱水作业，并将通过渗透管脱水作业后的气体样本输送至冷凝器中，由冷凝器对气体样本进行冷凝降温，一方面降低气体样本温度，另一方面对气体样本中的水汽进行冷凝并分离，从而获得干燥气体样本，然后干燥气体样本在采样泵驱动下输送至三通阀处，然后经三通阀分流，一部分经过转子流量计Ⅰ进行流量监测后回流至渗透管中，另一部分在直接输送至转子流量计Ⅱ处，并由转子流量计Ⅱ进行流量监测后输送至露点测量单元，由露点测量单元对脱水后气体样本中的含水量监测，并实时输出监测的气体样本的露点值，从而完成监测作业。

7.一种根据权利要求1所述基于渗透膜和冷干法融合技术的烟气预处理装置的检测方法，其特征在于，所述S2步骤中，加热保温盒内部温度最高不大于外部待检测气体输送管路内部温度30℃。

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