CN111238885A - 一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置及方法 - Google Patents

一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置及方法，涉及烟气检测技术领域，该装置包括烟气采样装置、烟气预处理装置、烟气分析装置和数据采集传输装置；烟气采样装置用于与气化炉的烟气出口连接以采集烟气样气；烟气预处理装置与烟气采样装置连接，用于对烟气采样装置采集的样气进行预处理；烟气分析装置与烟气预处理装置连接，用于对烟气预处理装置预处理后的样气成分的浓度进行分析；数据采集传输装置与气化炉控制系统和烟气分析装置连接，用于将采集的烟气分析结果进行处理后传输给气化炉控制系统。本发明的有益效果能够实时并准确地分析烟气成分的浓度，对指导气化炉生产控制有重大意义。

Description

一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置及方法
技术领域
本发明涉及烟气检测技术领域，具体涉及一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置及方法。
背景技术
煤化工是以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体产品或半产品，而后进一步加工成化工、能源产品的过程。煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种气体燃料，是洁净的能源，有利于提高人民生活水平和环境保护；煤气化生产的合成气是合成液体燃料、化工原料等多种产品的原料。
煤气化原理：煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。气化炉是煤化工最为关键的装备，大部分煤化工项目都需要经历煤炭经气化炉转换为合成气这一环节。
气化炉生产工艺：原料煤经破碎由运输设施送至磨煤机，在磨煤机内将原料煤磨成煤粉(90％<100μm)并干燥，煤粉经常压煤粉仓、加压煤粉仓及给料仓，由高压氮气或二氧化碳气将煤粉送至气化炉煤烧嘴。来自空分的高压氧气经预热后与中压过热蒸汽混合后导入煤烧嘴。煤粉、氧气及蒸汽在气化炉高温加压条件下发生碳的氧化及各种转化反应。气化炉顶部约1500℃的高温煤气经除尘冷却后的冷煤气激冷至900℃左右进入合成气冷却器。经合成气冷却器回收热量副产高压、中压饱和蒸汽或过热蒸汽后的煤气进入干式除尘及湿法洗涤系统，处理后的煤气中含尘量小于1mg/m3送后续工序。
气化炉出口生成气的组成(体积％)约为：氢27-33、一氧化碳40-48、二氧化碳4-8、甲烷8-10、其它气体2，经加工处理可用作城市煤气及合成气，因含有大量的易燃易爆气体，所以在生产的过程中，对出口烟气含氧量、一氧化碳含量等气体含量的分析测量对于指导气动炉生产控制有重大、重要的意义。
由于气化炉是采用加压气化技术的一种炉型，气化强度高，出口气体压力大，一般在4Mpa～7Mpa，温度高，一般在600～1000℃；粉尘量大，含有大量焦油成分，烟气条件复杂，目前国内还没有针对煤化工行业中气化炉出口烟气进行实时在线监测的设备。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置及方法，以实时监测气化炉出口烟气成分和浓度，对指导气化炉生产控制有重大、重要的意义。
本发明的技术解决方案如下：
一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，包括烟气采样装置、烟气预处理装置、烟气分析装置和数据采集传输装置；
所述烟气采样装置用于与气化炉的烟气出口连接以采集烟气样气；
所述烟气预处理装置与所述烟气采样装置连接，用于对所述烟气采样装置采集的样气进行预处理；
所述烟气分析装置与所述烟气预处理装置连接，用于对所述烟气预处理装置预处理后的样气成分的浓度进行分析；
所述数据采集传输装置与气化炉控制系统和所述烟气分析装置连接，用于采集所述烟气预处理装置的分析结果，并将采集的分析结果经处理后传输至所述气化炉控制系统。
作为优选技术方案，所述烟气预处理装置包括依序连接的减压装置、除焦油装置、除尘装置、过滤装置、限流装置和除水装置，所述减压装置的进气口与所述烟气采样装置连接，所述除水装置的出气口与所述烟气分析装置连接。
作为优选技术方案，所述除焦油装置包括除焦油罐，所述除焦油罐上具有样气进口、焦油溶解剂进口、蒸汽进口、废液出口以及样气出口，所述焦油溶解剂进口、蒸汽进口分别设置在所述除焦油罐的上部，所述废液出口设置在所述除焦油罐的底部，所述样气进口设置在所述焦油溶解剂进口和所述蒸汽进口的下方。
作为优选技术方案，所述除尘装置包括除尘罐，所述除尘罐上具有样气进口、蒸汽进口、废液出口以及样气出口，所述蒸汽进口、样气出口均设置在所述样气进口的上方。
作为优选技术方案，所述除水装置包括依序连接的三路冷凝装置，第一路冷凝装置和第二路冷凝装置均为直管冷凝装置，第三路冷凝装置为螺旋管路冷凝装置。
作为优选技术方案，所述除焦油罐上还设置有用于监测除焦油罐内液位的液位传感器，所述除焦油罐上分别设置有用于控制焦油溶解剂进口、蒸汽进口、废液出口通断的第二切断阀、第三切断阀和第四切断阀，所述液位传感器与第二切断阀、第三切断阀和第四切断阀联动连接；所述除尘罐上还设置有用于控制废液出口通断的第五切断阀，所述液位传感器与所述第五切断阀联动连接。
作为优选技术方案，所述除尘装置与所述过滤装置之间设置有用于控制管路通断的第六切断阀，所述液位传感器与所述第六切断阀联动连接。
作为优选技术方案，所述烟气采样装置包括采样管道以及用于控制所述采样管道通断的第一切断阀，所述采样管道的进气口与气化炉的烟气出口连接，出气口与所述减压装置连接，所述液位传感器与所述第一切断阀联动连接。
一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测方法，包括以下步骤：
S1、打开烟气采样装置，样气从气化炉上的烟气出口进入烟气采样装置；
S2、样气从烟气采样装置进入烟气预处理装置，通过烟气预处理装置对样气进行降压，并去除样气中的焦油、粉尘杂质和水分；
S3、经步骤S2处理后的样气进入烟气分析装置，通过烟气分析装置对样气成分的浓度进行分析，得到样气成分的浓度数据；
S4、通过数据采集传输装置采集步骤S3中的样气成分的浓度数据，并将样气成分的浓度数据经处理后传输至气化炉控制系统。
作为优选技术方案，所述步骤S2具体为：样气先经过减压装置使样气的压强降低至0.2-1.0Mpa；然后进入除焦油装置，除焦油装置内装有焦油溶解剂，样气经过焦油溶解剂除去样气中的焦油；经除焦油装置处理后的样气进入除尘装置以除去样气中的粉尘；经除尘装置处理后的样气进入过滤装置，过滤装置的过滤精度为0.5～2.5μm，除去粉尘杂质；经过滤装置处理后的样气进入限流装置，进一步降低样气的压力和流速；经限流装置处理后的样气依次进入三路冷凝装置，第一路冷凝装置和第二路冷凝装置均为直管冷凝装置，将样气冷却至5-10℃，第三路为螺旋管路冷凝装置，继续将样气冷却至1-2℃。
本发明的有益效果是：本发明创新的烟气采样装置对从气化炉出来的烟气进行取样，将样气经过烟气预处理装置的降压、除尘、除焦油、除水等预处理后，减少样气中杂质成分对烟气分析装置的影响，干净干燥样气进入烟气分析装置中实时进行样气成分的浓度分析，最后通过数据采集传输装置将测得的样气成分的浓度传输至气化炉控制系统，本发明其能够实时并准确地分析得到烟气成分的浓度值，具体如O2、CO等浓度，这对指导气化炉生产控制有重大意义，并且填补了煤化工行业中气化炉出口烟气实时监测的空白。
附图说明
图1为本发明优选实施例的系统原理示意框图；
图2为本发明优选实施例的部分结构示意图；
附图标记：1、烟气采样装置；11、第一手动切断阀；12、第一气动切断阀；2、烟气预处理装置；21、减压阀、22、除焦油罐；221、液位传感器；222、第二切断阀；223、第三切断阀；224、第四切断阀；23、除尘罐；231、第五切断阀；24、第一过滤器；25、限流器；26、冷凝装置；27、第二过滤器；28、第六切断阀；3、烟气分析装置；31、烟气分析仪；32、流量计；4、数据采集传输装置；5、气化炉；6、气化炉控制系统。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，该装置包括烟气采样装置1、烟气预处理装置2、烟气分析装置3和数据采集传输装置4；
烟气采样装置1用于与气化炉5的烟气出口连接以采集烟气样气；本实施例中，烟气采样装置1包括采样管道以及用于控制采样管道通断的第一切断阀，采样管道的进气口与气化炉5的烟气出口连接，出气口与烟气预处理装置2连接，第一切断阀包括第一手动切断阀11和第一气动切断阀12；气化炉5的烟气出口管道内烟气的压力很大，一般为4-7Mpa，在气化炉5的烟气出口管道后焊接采样管道，气化炉5内的烟气会自动流向采样管道内，采用手动阀和自动阀双重保护，能快速关断管路，防止高压烟气对后续设备的冲击。
烟气预处理装置2与烟气采样装置1连接，用于对烟气采样装置1采集的样气进行预处理；本实施例中，烟气预处理装置2包括依序连接的减压装置、除焦油装置、除尘装置、过滤装置、限流装置和除水装置；具体地本实施例中，减压装置包括减压阀21，减压阀21的进气口与烟气采样装置1的采样管道连接，用来将样气的压力由6.5Mpa减压至0.2-1.0Mpa间，减压阀21能够耐高温600-1000℃、高压4-7Mpa，同时通径在DN50-DN250间，保证样气能顺利通过管道以及阀门；除焦油装置包括除焦油罐22，除焦油罐22的进气管与减压阀21连接，除焦油罐22上具有样气进口、焦油溶解剂进口、蒸汽进口、废液出口以及样气出口，焦油溶解剂进口、蒸汽进口分别设置在除焦油罐22的上部，废液出口设置在除焦油罐22的底部，样气进口设置在焦油溶解剂进口和蒸汽进口的下方，样气出口设置在样气进口的上方；除尘装置包括除尘罐23，除尘罐23的进气管与除焦油罐22连接，除尘罐23上具有样气进口、蒸汽进口、废液出口以及样气出口，蒸汽进口、样气出口均设置在样气进口的上方；过滤装置包括第一过滤器24，第一过滤器24的过滤精度在0.5～2.5μm，且耐压为<5Mpa，样气通过第一过滤器24后可去除大部分除尘罐23未去除的粉尘杂质等；限流装置包括限流器25，通过限流器25将样气压力和流速进一步降低，使样气可以通入分析装置；除水装置包括冷凝装置26，本实施例中冷凝装置26为依序连接的三路冷凝装置，第一路冷凝装置和第二路冷凝装置均为直管冷凝装置，能够瞬间将高温样气冷却至5-10℃，一大部分水分在此两路冷凝装置凝结后排出，第三路冷凝装置为螺旋管路冷凝装置，将前两路的冷凝气体继续降温至1-2℃，气体中剩余的水分将在此路凝结并排出，通过冷凝装置26后的样气露点在2-7℃，可将99.99％水分去除。
烟气分析装置3与烟气预处理装置2连接，用于对烟气预处理装置2预处理后的样气成分的浓度进行分析；本实施例中，烟气分析装置3包括烟气分析仪31，烟气分析仪31采用氧顺磁性原理以及红外吸收原理的分析仪表。
数据采集传输装置4与气化炉控制系统6和烟气分析装置3连接，用于采集烟气预处理装置3分析得到的样气成分的浓度值，并将采集到的样气成分的浓度值经处理后传输至气化炉控制系统6，供生产控制人员操作参考，本实施例中的数据采集传输装置4为现有技术，具体可以包括PLC、模拟量数据保存模块等，由于数据采集传输装置4的结构和原理为本领域技术人员所熟知，本申请不再赘述。
作为本实施例的优选技术方案，其还可以具有以下技术特征：
除焦油罐22上还设置有用于监测除焦油罐22内液位的液位传感器221，除焦油罐22上分别设置有用于控制焦油溶解剂进口、蒸汽进口、废液出口通断的第二切断阀222、第三切断阀223和第四切断阀224，液位传感器221与第二切断阀222、第三切断阀223和第四切断阀224联动连接；除尘罐23上还设置有用于控制废液出口通断的第五切断阀231，液位传感器221与第五切断阀231联动连接，便于监测除焦油罐22内的液位，并且便于根据液位来进行取样和反吹。除尘罐23与第一过滤器24之间设置有用于控制管路通断的第六切断阀28，液位传感器221与第六切断阀28联动连接，便于控制通断。液位传感器221与第一手动切断阀11和第一气动切断阀12联动连接。本实施例中的反吹过程为通过液位传感器221监测除焦油罐22内液位到达设定值后，联动打开除焦油罐22罐底部第四切断阀224、除尘罐23底部第五切断阀231以及顶部高温蒸汽第三切断阀223，关闭第一气动切断阀12、第八切断阀28，将除焦油罐22和除尘罐23内废液排出；到达排空位后液位传感器221联动关闭罐底部第四切断阀224、第五切断阀231以及顶部高温蒸汽第三切断阀223，同时打开上部第二切断阀222，使除焦油溶解剂进入除焦油罐22以及除尘罐23。通过液位传感器221监测除焦油罐22内溶液达到设定液位后，联动关闭第二切断阀22，打开主气路上第一气动切断阀12、第八切断阀28，使本实施例中的在线监测装置处于取样工作状态。
烟气预处理装置2还包括第二过滤器27，第二过滤器27的进气口与冷凝装置26连接，出气口与烟气分析装置3连接，用来进一步除去样气中的粉尘，减少粉尘对烟气分析装置3测试结果的影响。
烟气分析装置3还包括流量计32，流量计32的进气口与第二过滤器27连接，出气口与烟气分析仪31连接，用来测量进入烟气分析仪31中样气的流量，避免损坏烟气分析仪31。
本实施例通过采用烟气采样装置对从气化炉出来的烟气进行取样，将样气经过烟气预处理装置的降压、除尘、除焦油、除水等预处理后，减少样气中杂质成分对烟气分析装置的影响，干净干燥样气进入烟气分析装置中实时进行样气成分的浓度分析，最后通过数据采集传输装置将测得的样气成分的浓度经处理后传输至气化炉控制系统，本发明其能够实时并准确地分析得到烟气成分的浓度值，这对指导气化炉生产控制有重大、重要的意义，并且填补了煤化工行业中气化炉出口烟气实时监测的空白。同时，本实施例通过采用烟气预处理装置有效的除去了烟气样气中的焦油、类似泥浆的大量粉尘成分以及水分等，减少了样气中其他成分对分析结果的影响。
实施例2
本实施例提供一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测方法，包括以下步骤：
S1、打开烟气采样装置1，样气从气化炉5上的烟气出口进入烟气采样装置1；
S2、样气从烟气采样装置1进入烟气预处理装置2，通过烟气预处理装置2对样气进行降压，并去除样气中的焦油、粉尘杂质和水分等；具体地包括：样气先经过减压阀21使样气的压强降低至0.2-1.0Mpa；然后进入除焦油罐22，除焦油装置内装有焦油溶解剂，样气经过焦油溶解剂除去样气中的焦油；经除焦油罐22处理后的样气进入除尘罐23除去样气中的粉尘；经除尘罐23处理后的样气进入第一过滤器24，第一过滤器24的过滤精度为0.5～2.5μm，除去粉尘杂质；经第一过滤器24处理后的样气进入限流器25，进一步降低样气的压力和流速；经限流器25处理后的样气依次进入三路冷凝装置26，第一路冷凝装置和第二路冷凝装置均为直管冷凝装置，将样气冷却至5-10℃，第三路为螺旋管路冷凝装置，继续将样气冷却至1-2℃。
S3、经步骤S2处理后的样气进入烟气分析仪31，通过烟气分析仪31对样气成分的浓度进行分析，得到样气成分的浓度数据；
S4、通过数据采集传输装置4采集步骤S3中的样气成分的浓度数据，并将样气成分的浓度数据经处理后传输至气化炉控制系统6。
该方法还包括反吹过程，具体为通过液位传感器221监测除焦油罐22内液位到达设定值后，联动打开除焦油罐22罐底部第四切断阀224、除尘罐23底部第五切断阀231以及顶部高温蒸汽第三切断阀223，关闭第一气动切断阀12、第八切断阀28，利用高温蒸汽将焦油罐22和除尘罐23内的焦油和杂质进一步除去，然后将除焦油罐22和除尘罐23内废液排出；待除焦油罐22和除尘罐23内废液到达排空位后，液位传感器221联动关闭罐底部第四切断阀224、第五切断阀231以及顶部高温蒸汽第三切断阀223，同时打开上部第二切断阀222，使除焦油溶解剂进入除焦油罐22以及除尘罐23，待焦油罐22以及除尘罐23内的除焦油溶解剂达到液位设定值时，即可打开该在线监测装置进行取样分析。
以上仅是本发明的特征实施范例，对本发明保护范围不构成任何限制。凡采用同等交换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于，包括烟气采样装置(1)、烟气预处理装置(2)、烟气分析装置(3)和数据采集传输装置(4)；
所述烟气采样装置(1)用于与气化炉(5)的烟气出口连接以采集烟气样气；
所述烟气预处理装置(2)与所述烟气采样装置(1)连接，用于对所述烟气采样装置(1)采集的样气进行预处理；
所述烟气分析装置(3)与所述烟气预处理装置(2)连接，用于对所述烟气预处理装置(2)预处理后的样气成分的浓度进行分析；
所述数据采集传输装置(4)与气化炉控制系统(6)以及所述烟气分析装置(3)连接，用于采集所述烟气预处理装置(3)的分析结果，并将采集的分析结果进行处理后传输至气化炉控制系统(6)。
2.根据权利要求1所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于，所述烟气预处理装置(2)包括依序连接的减压装置、除焦油装置、除尘装置、过滤装置、限流装置和除水装置，所述减压装置的进气口与所述烟气采样装置(1)连接，所述除水装置的出气口与所述烟气分析装置(3)连接。
3.根据权利要求2所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于，所述除焦油装置包括除焦油罐(22)，所述除焦油罐(22)上具有样气进口、焦油溶解剂进口、蒸汽进口、废液出口以及样气出口，所述焦油溶解剂进口、蒸汽进口分别设置在所述除焦油罐(22)的上部，所述废液出口设置在所述除焦油罐(22)的底部，所述样气进口设置在所述焦油溶解剂进口和所述蒸汽进口的下方。
4.根据权利要求2所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于，所述除尘装置包括除尘罐(23)，所述除尘罐(23)上具有样气进口、蒸汽进口、废液出口以及样气出口，所述蒸汽进口、样气出口均设置在所述样气进口的上方。
5.根据权利要求2所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于，所述除水装置包括依序连接的三路冷凝装置(26)，第一路冷凝装置和第二路冷凝装置均为直管冷凝装置，第三路冷凝装置为螺旋管路装置。
6.根据权利要求2所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于，所述除焦油罐(22)上还设置有用于监测除焦油罐(22)内液位的液位传感器(221)，所述除焦油罐(22)上分别设置有用于控制焦油溶解剂进口、蒸汽进口、废液出口通断的第二切断阀(222)、第三切断阀(223)和第四切断阀(224)，所述液位传感器(221)与第二切断阀(222)、第三切断阀(223)和第四切断阀(224)联动连接；所述除尘罐(23)上还设置有用于控制废液出口通断的第五切断阀(231)，所述液位传感器(221)与所述第五切断阀(231)联动连接。
7.根据权利要求6所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于：所述除尘装置与所述过滤装置之间设置有用于控制管路通断的第六切断阀(28)，所述液位传感器(221)与所述第六切断阀(28)联动连接。
8.根据权利要求6所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测装置，其特征在于，所述烟气采样装置(1)包括采样管道以及用于控制所述采样管道通断的第一切断阀，所述采样管道的进气口与气化炉(5)的烟气出口连接，出气口与所述减压装置连接，所述液位传感器(221)与所述第一切断阀联动连接。
9.一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、打开烟气采样装置(1)，样气从气化炉(5)上的烟气出口进入烟气采样装置(1)；
S2、样气从烟气采样装置(1)进入烟气预处理装置(2)，通过烟气预处理装置(2)对样气进行降压，并去除样气中的焦油、粉尘杂质和水分；
S3、经步骤S2处理后的样气进入烟气分析装置(3)，通过烟气分析装置(3)对样气成分的浓度进行分析，得到样气成分的浓度数据；
S4、通过数据采集传输装置(4)采集步骤S3中样气成分的浓度数据，并将采集到的样气成分的浓度数据经处理后传输至气化炉控制系统(6)。
10.根据权利要求9所述的一种抽取式煤化工煤气烟气浓度在线监测方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：样气先经过减压装置使样气的压强降低至0.2-1.0Mpa；然后进入除焦油装置，除焦油装置内装有焦油溶解剂，样气经过焦油溶解剂除去样气中的焦油；经除焦油装置处理后的样气进入除尘装置以除去样气中的粉尘；经除尘装置处理后的样气进入过滤装置，过滤装置的过滤精度为0.5～2.5μm，除去粉尘杂质；经过滤装置处理后的样气进入限流装置，进一步降低样气的压力和流速；经限流装置处理后的样气依次进入三路冷凝装置，第一路冷凝装置和第二路冷凝装置均为直管冷凝装置，将样气冷却至5-10℃，第三路冷凝装置为螺旋管路冷凝装置，继续将样气冷却至1-2℃。
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