CN112179866A - 基于光电分析的烟气检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于光电分析的烟气检测装置和方法，所述烟气检测装置包括基于光电分析技术的GFC分析仪；烟气经过预处理单元后送所述分析仪；所述预处理单元包括：箱体内被隔离为第一区和第二区；温控模块用于调整所述第一区内的温度，使得第一区内烟气的温度高于水的露点；渗透管的部分处于所述第一区，部分处于所述第二区内；所述渗透管为内管和外管组成的复合管，烟气通过所述内管内部，内管和外管间为与外界空气隔离的空间，所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；泵的输入端连通所述空间，用于提高所述空间的真空度。本发明具有检测准确度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体检测，特别涉及基于光电分析的烟气检测装置和方法。
背景技术
在烟气检测中，GFC仪表采用非分散红外原理，但由于该原理中水对其它组分的干扰比较大，因此需要将烟气中的水除掉，同时全保留其它组分。
传统的非分散红外系统，通常采用冷干法脱除水分，即通过冷凝方式去除烟气中的水，此方法的主要不足在于：
1.在除水过程中，部分成分如SO2会被吸附，导致其测量值偏低。虽然可通过加酸方式来减小SO2的损失，但效果无法达到预期。
2.冷凝除水只能将水除到8000ppm左右(露点4℃)，若在此湿度下，采用算法来修正水对其它组分的干扰，存在水分测量值的准确性会较大的影响到修正值的弊端。
为了解决上述技术问题，在烟气检测中，利用渗透管除水得到了广泛的应用，但仍然存在问题：
1.难以达到预期，如经试验博纯的MD-110-72渗透管，能将20000ppm除到2000ppm左右，但无法达到预期。虽然理论上随着渗透管长度的增加，除水效果会更好，但由于此时外管真空度已经达到很高值(-95kpa)，随着管长的增加，真空度较难保证，同时外管的绝对气密性很难保证，稍微一点湿空气进来就会影响到外管的湿度值，因此管长继续增加，除水效果不够明显。
2.在保证不影响到其他组分的条件下，将烟气中的水除至2000ppm以下也是待解决的问题。
基于无法解决上述技术问题，冷干法GFC分析仪无法真正地用于烟气检测，即使强行应用，获得的各种气体组分的含量的准确度也极差，无法满足国家标准的要求。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种检测准确度高的基于光电分析的烟气检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
基于光电分析的烟气检测装置，所述烟气检测装置包括基于光电分析技术的GFC分析仪；所述基于光电分析的烟气检测装置还包括：
预处理单元，烟气经过所述预处理单元后送所述分析仪；所述预处理单元包括：
箱体，所述箱体内被隔离为第一区和第二区；
温控模块，所述温控模块用于调整所述第一区内的温度，使得第一区内烟气的温度高于水的露点；
渗透管，所述渗透管的部分处于所述第一区，部分处于所述第二区内；所述渗透管为内管和外管组成的复合管，烟气通过所述内管内部，内管和外管间为与外界空气隔离的空间，所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
泵，所述泵的输入端连通所述空间，用于提高所述空间的真空度。
本发明的目的还在于提供了应用上述烟气检测装置的基于光电分析的烟气检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
基于光电分析的烟气检测方法，所述基于光电分析的烟气检测方法包括以下步骤：
(A1)烟气进入设置在第一区内的渗透管内；
烟气中的水分子越过渗透管的内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被抽出；所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
所述第一区的温度高于第二区，并高于烟气中水的露点；
(A2)排出第一区内渗透管的烟气进入设置在第二区内的渗透管内；
烟气中的水分子越过渗透管的内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被抽出；所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
所述第二区的温度高于烟气中水的露点；
(A3)排出第二区内渗透管的烟气送基于光电分析技术的GFC分析仪，获知烟气中气体的含量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
本发明在研究现有渗透管在高低温下的工作特点的基础上，创造性地将渗透管分设在不同温度下的第一区和第二区，从而达到了：
1.检测准确度高；
渗透管分设在不同温度下的第一区和第二区，充分兼顾了渗透效率和渗透极限值，整个预处理中不会出现冷凝水，显著地排除了烟气中的水对其它成分检测的干扰；同时，烟气中其它成分不受影响，相应地提高了烟气中成分检测的准确度：
通过增压，使得渗透管的内管内外的压力变大，提高了除水效果；
将除水后的烟气的部分送渗透管的与外界空气隔离的空间，并用泵提供高真空度，提高了内管内外的水浓度差，进一步提高了除水效果；
通过利用上述技术手段，使得烟气中含水量快速下降，排出预处理单元的烟气的含水量完全满足了基于光电分析技术的GFC分析仪的要求，从而使得基于光电分析技术的GFC分析仪能真正地用于烟气检测，烟气中各成分不失真，基于光电分析技术的GFC分析仪输出的各成分含量值的准确度高；
2.结构简单；
装置中各器件的技术成熟，结构简单，可靠性好。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的基于光电分析的烟气检测装置的结构简图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的基于光电分析的烟气检测装置的结构简图，如图1所示，所述基于光电分析的烟气检测装置包括：
基于光电分析技术的GFC分析仪41；
预处理单元，烟气经过所述预处理单元后送所述分析仪；所述预处理单元包括：
箱体，所述箱体内被隔离为第一区和31和第二区32；
温控模块，所述温控模块用于调整所述第一区内的温度，使得所述第一区31的温度高于所述第二区32，且高于第一区31内烟气中水的露点，防止了冷凝水的析出；
渗透管21-22，所述渗透管21-22的部分处于所述第一区31，部分处于所述第二区32内；所述渗透管21为内管和外管组成的复合管，烟气通过所述内管内部，内管和外管间为与外界空气隔离的空间；所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；利用第一区提高渗透效率，之后利用第二区降低渗透极限值；
泵61，所述泵61的输入端连通所述空间，用于提高所述空间的真空度。
为了有效地带出内管和外管间空间内的气体，通过提高水的浓度差以提高水分子的渗透效果，进一步地，所述预处理单元还包括：
阻流器52，所述阻流器52设置在所述第二区内，阻流器52的输入端连通所述渗透管的烟气出口，输出端连通所述空间。
为了有效提高内管和外管间空间内的压力差，以提高水分子的渗透效果，进一步地，所述预处理单元还包括：
增压模块71和调压阀72，所述增压模块71和调压阀72设置在第二区32内，且依次设置在从所述第一区31内的渗透管21到第二区32内的渗透管22方向的烟气流路上；
为了分流排出渗透管的烟气，进一步地，所述预处理单元还包括：
三通接头51，所述三通接头51的输入端连通所述渗透管的烟气出口，输出端分别连通所述分析仪和阻流器。
为了降低结构复杂度以及成本，进一步地，所述渗透管包括：
第一渗透管21，所述第一渗透管的部分或全部设置在所述第一区内；
第二渗透管22，所述第二渗透管设置在所述第二区内，且第一渗透管21和第二渗透管22的内管间连通。
为了保护下游的器件，以延长装置的使用寿命，进一步地，所述预处理单元还包括除氨器81和过滤器82，分别设置在渗透管的上游。
本发明实施例的基于光电分析的烟气检测方法，即根据上述的烟气检测装置的工作方法，所述基于光电分析的烟气检测方法包括以下步骤：
(A1)烟气进入设置在第一区31内的渗透管21内；
烟气中的水分子越过渗透管21的内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被抽出；所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
所述第一区31的温度高于第二区32，并高于烟气中水的露点；
(A2)排出第一区31内渗透管的烟气进入设置在第二区32内的渗透管内；
烟气中的水分子越过渗透管22的内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被抽出，提高了所述空间的真空度；所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
所述第二区32的温度高于烟气中水的露点；
(A3)排出第二区32内渗透管22的烟气送基于光电分析技术的GFC分析仪41，获知烟气中气体的含量。
实施例2：
根据本发明实施例1的基于光电分析的烟气检测装置和方法的应用例。
在该应用例中，如图1所示，基于光电分析的烟气检测装置包括伴热管10、箱体，所述箱体内被隔离为第一区31和第二区32，其中第一区31的内侧设置隔热层，电加热模块设置在第一区31内，用于调整第一区31内的温度，使第一区31内的温度高于第二区32，并高于第一区内烟气中水的露点，有效地防止了第一区内出现冷凝水；除氨器81和过滤器82依次设置在所述第一区31内连通伴热管和第一渗透管21间的管道上；
第一渗透管21和第二渗透管22均是复合管结构，内管采用亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的穿过，阻止其它分子的穿过；内管和外管之间是与外界空气隔离的空间；第一渗透管21的一部分设置在第一区31内，另一部分设置在第二区32内，第二渗透管22完全设置在第二区32内；泵61(采用真空泵)连通第一渗透管21的与外界空气隔离的空间，并提高此空间内的真空度。
增压模块71(采用压缩机)和调压阀72设置在第二区32内，并依次设置在从第一渗透管21到第二渗透管22方向的管道上；第二渗透管22的出口连接三通接头51，三通接头51的一个出口连通箱体外的基于光电分析技术的GFC分析仪41，另一个出口连接阻流器52，阻流器52的出口依次连通第二渗透管22和第一渗透管21的与外界空气隔离的空间。
本发明实施例的基于光电分析的烟气检测方法，即根据上述的烟气检测装置的工作方法，所述基于光电分析的烟气检测方法包括以下步骤：
(A1)烟气(流量为4L/min)经过伴热管10进入箱体的第一区31内，第一区31内被加热至120℃，高于第二区32内的温度，且高于第一区内烟气中水的露点，有效地防止了冷凝水的出现；
烟气依次经过除氨器81和过滤器82，去除烟气中的粉尘和氨，之后进入第一渗透管21的处于第一区31内的部分的内管内，烟气中水分子选择性地透过内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被泵61抽出；
(A2)烟气进入第一渗透管21的处于第二区32内的部分的内管内，烟气中水分子选择性地透过内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被泵61抽出；排出第一渗透管21的烟气含水量下降到6000ppm；
之后，排出第一渗透管21内管的烟气被增压模块71增压至0.4MPa，经过调压阀72后送第二渗透管22，烟气在第二渗透管22内去除水，排出第二渗透管22的烟气水含量仅有100ppm，完全满足基于光电分析技术的GFC分析仪的要求；
排出第二渗透管22的烟气经三通接头51分为二路，其中一路通过管道送出箱体至所述基于光电分析技术的GFC分析仪41，另一路(流量为1L/min)送第二区32内的阻流器52，之后依次送第二渗透管22和第一渗透管21的与外界空气隔离的空间；
第二区32内为常温的30℃，高于第二区内烟气中水的露点；
(A3)基于光电分析技术的GFC分析仪41分析烟气，从而获知烟气中各成分气体的含量。
实施例3：
根据本发明实施例1的基于光电分析的烟气检测装置和方法的应用例，与实施例2不同的是：
第一渗透管全部地设置在第一区内。
Claims (10)
1.基于光电分析的烟气检测装置，所述烟气检测装置包括基于光电分析技术的GFC分析仪；其特征在于，所述基于光电分析的烟气检测装置还包括：
预处理单元，烟气经过所述预处理单元后送所述分析仪；所述预处理单元包括：
箱体，所述箱体内被隔离为第一区和第二区；
温控模块，所述温控模块用于调整所述第一区内的温度，使得第一区内烟气的温度高于水的露点；
渗透管，所述渗透管的部分处于所述第一区，部分处于所述第二区内；所述渗透管为内管和外管组成的复合管，烟气通过所述内管内部，内管和外管间为与外界空气隔离的空间，所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
泵，所述泵的输入端连通所述空间，用于提高所述空间的真空度。
2.根据权利要求1所述的基于光电分析的烟气检测装置，其特征在于，所述预处理单元还包括：
阻流器，所述阻流器设置在所述第二区内，阻流器的输入端连通所述渗透管的烟气出口，输出端连通所述空间。
3.根据权利要求2所述的基于光电分析的烟气检测装置，其特征在于，所述预处理单元还包括：
增压模块和调压阀，所述增压模块和调压阀设置在第二区内，且依次设置在从所述第一区内的渗透管到第二区内的渗透管方向的烟气流路上。
4.根据权利要求1所述的基于光电分析的烟气检测装置，其特征在于，所述渗透管包括：
第一渗透管，所述第一渗透管的部分或全部设置在所述第一区内；
第二渗透管，所述第二渗透管设置在所述第二区内，第一渗透管和第二渗透管的内管间连通。
5.根据权利要求4所述的基于光电分析的烟气检测装置，其特征在于，所述第一渗透管的部分设置在第一区内，部分设置在第二区内。
6.根据权利要求1所述的基于光电分析的烟气检测装置，其特征在于，所述预处理单元还包括除氨器和过滤器，分别设置在渗透管的上游。
7.基于光电分析的烟气检测方法，所述基于光电分析的烟气检测方法包括以下步骤：
(A1)烟气进入设置在第一区内的渗透管内；
烟气中的水分子越过渗透管的内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被抽出；所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
所述第一区的温度高于第二区，并高于烟气中水的露点；
(A2)排出第一区内渗透管的烟气进入设置在第二区内的渗透管内；
烟气中的水分子越过渗透管的内管，进入内管和外管间的与外界空气隔离的空间，并被抽出；所述内管为亲水性高分子选择性渗透膜，适于水分子的选择性渗透；
所述第二区的温度高于烟气中水的露点；
(A3)排出第二区内渗透管的烟气送基于光电分析技术的GFC分析仪，获知烟气中气体的含量。
8.根据权利要求7所述的基于光电分析的烟气检测方法，其特征在于：在步骤(A2)中，排出第一区内渗透管的烟气被增压，压力超过大气压，之后进入第二区内的渗透管。
9.根据权利要求8所述的基于光电分析的烟气检测方法，其特征在于：排出第二区内渗透管的烟气分为二路，一路送所述分析仪，另一路经过阻流器后依次进入第二区和第一区内的渗透管的与外界空气隔离的空间。
10.根据权利要求8所述的基于光电分析的烟气检测方法，其特征在于，所述渗透管包括：
第一渗透管，所述第一渗透管的部分或全部设置在所述第一区内；
第二渗透管，所述第二渗透管设置在所述第二区内，第一渗透管和第二渗透管的内管间连通。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 罗宁 等: ""CEMS预处理装置集成与示范"", 《资源节约与环保》, no. 11, pages 32 - 34 * |
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