CN112725039A - 煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管co浓度分析系统及方法 - Google Patents

煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管co浓度分析系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统及方法，包括采样探头、涡旋冷却器、自动疏水阀、过滤器、转子流量计、电化学CO报警仪和射流泵，采样探头的出口与涡旋冷却器的样气进口，涡旋冷却器的样气出口与过滤器的进气口连接，自动疏水阀安装于涡旋冷却器的排液口；过滤器的出气口与转子流量计的进气口连接，转子流量计的出气口与电化学CO报警仪的进气口连接，电化学CO报警仪的出气口与射流泵的样气入口连接。本发明采用的测量技术对于气态水没有要求，能够满足监测要求，同时减少了电气设备的使用，性价比高。

Description

煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统及 方法
技术领域
本发明属于CO浓度分析技术领域，具体涉及一种煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统及方法。
背景技术
煤气化气化炉的进料喷嘴在正常运行时，喷嘴冷却水能为喷嘴提供足够的冷却和保护，若喷嘴冷却盘管出现泄漏或者损坏，将导致气化装置停车。若喷嘴有损坏或者轻微损坏时，就会有少量的合成气泄漏进入喷嘴冷却水中。为了能及时判断喷嘴冷却盘管是否发生泄漏，通过在喷嘴冷却水分离器N2放空管线上设置一氧化碳分析系统，可以及时监测喷嘴盘管是否发生泄漏。
传统技术对于该测点测量采用电子或者半导体冷凝器对抽取的样品气进行冷凝除湿，然后通过高精度红外CO分析仪分析。但是由于高精度红外分析仪器对于样品气中水份(气态水)的要求较高，一般含量低于1000ppm以下时，水份(气态水)对于红外分析仪测量结果的影响可以忽略，但是通过电子或者半导体冷凝器对于水份的滤除最低只能做到7000ppm，而且这种干扰是红外分析仪与生俱来的，所以传统技术测量的准确性不能保证，容易产生误报。此外，由于采用电子或者半导体冷凝器，增加了电气设备的使用，做成防爆型系统的话，系统较复杂，可靠性低，价格不菲。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统及方法，本发明采用的测量技术对于气态水没有要求，能够满足监测要求，同时减少了电气设备的使用，性价比高。
本发明采用的技术方案如下：
煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，包括采样探头、涡旋冷却器、自动疏水阀、过滤器、转子流量计、电化学CO报警仪和射流泵，采样探头的出口与涡旋冷却器的样气进口，涡旋冷却器的样气出口与过滤器的进气口连接，自动疏水阀安装于涡旋冷却器的排液口；过滤器的出气口与转子流量计的进气口连接，转子流量计的出气口与电化学CO报警仪的进气口连接，电化学CO报警仪的出气口与射流泵的样气入口连接。
优选的，涡旋冷却器的制冷气源入口和射流泵的气源入口均与动力气源连接。
优选的，本发明的CO浓度分析系统还包括含压力调节的气源处理器，气源处理器的入口与动力气源连接，气源处理器的出口分为两路，一路与涡旋冷却器的制冷气源入口连接，另一路与射流泵的气源入口连接，涡旋冷却器的制冷气源入口和射流泵的气源入口均设有调节阀。
优选的，本发明的CO浓度分析系统，还包括切换阀，切换阀具有样气入口、标准气入口和出气口，切换阀的样气入口与过滤器的出气口连接，切换阀的出气口与转子流量计的进气口连接。
优选的，本发明的CO浓度分析系统还包括机柜，所述涡旋冷却器、自动疏水阀、过滤器、转子流量计、电化学CO报警仪和射流泵均设置于所述机柜，机柜上设有动力气源入口和出口，涡旋冷却器的制冷气源入口和射流泵的气源入口均与机柜上的动力气源入口连接，自动疏水阀的排液口和射流泵的出气口均与机柜上的出口连接。
优选的，本发明的CO浓度分析系统还包括蒸汽伴热管，采样探头的出口与涡旋冷却器的样气进口的连接管路与蒸汽伴热管并行设置，且在并行部分外部包裹阻燃保温材料。
优选的，蒸汽伴热管上连接有蒸汽加热盘管，蒸汽加热盘管设置于所述机柜内，蒸汽加热盘管的出口与机柜的出口连接，蒸汽加热盘管的入口设有调节阀。
优选的，采样探头的出口设有开关阀。
本发明还提供了煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析方法，采用如上所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统进行，包括如下过程：
采样探头安装于放空管，采样探头的探杆伸入到放空管中心；
采样探头从放空管中采集样气；
采样探头采集的样气进入涡旋冷却器中，涡旋冷却器对样气进行降温除湿，涡旋冷却器中分离形成的液体进入自动疏水阀；
过滤器对涡旋冷却器中分离形成的气体进行过滤；
过滤器过滤后的气体经转子流量计，转子流量计对气体进行流量调节；
转子流量计流出的气体进入电化学CO报警仪，电化学CO报警仪对进入的气体进行分析；射流泵从电化学CO报警仪的出气口进行抽气，使气体从电化学CO报警仪的进气口进入，从电化学CO报警仪的出气口流出。
优选的，采样探头与放空管之间通过法兰结构连接。
本发明具有如下有益效果：
本发明煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统通过采用电化学CO报警仪以及是配的样气处理配套设备，使得本发明对于样气处理要求不高，本发明通过涡旋冷却器能够对样气进行涡旋制冷，涡旋制冷器通过迅速降温除湿得样气中的气态水凝结，并通过自动疏水阀排出。涡旋制冷器的制冷温度可通过调节气源的大小调节。通过设置涡旋制冷器能够利用现场的压缩空气或者氮气气源，无需用电，可将样气降温40℃，满足了分析仪的要求；涡旋制冷器的排液采用了自动疏水阀，当液位高过排液位置时，自动疏水阀将自动排液，无需人为操作，也不需要用电。相比较电动蠕动泵，需要供电，此外定期还得更换蠕动泵泵管，否则排液效果将变差。本发明采样点位属于常压，需要采样泵抽取气体，所以采用了射流泵取样。射流泵属于气动泵，无需用电，抽取气流量、压力大小可通过调节气源或者样气调节阀调整，方便操作。本发明采用电化学CO报警仪进行CO浓度的检测，能够避免样气中水蒸气带来的干扰，提高测量的精度，并能够测量较低浓度CO的浓度。本发明避免了采高成本半导体或者压缩机冷凝器、电动蠕动泵，样气电伴热，机柜电伴热，采用抗干扰电化学CO报警仪，利用现场已有压缩空气或者氮气、蒸汽资源，既实现了很好的防爆设计，也降低了系统的复杂程度，还更好的降低了系统的投入，又能满足现场定性定量分析的要求。进一步的，通过设置含压力调节的气源处理器，当现场的动力气源压力过高时，采用含压力调节的气源处理器能够降低相应的气压，满足本发明的使用需求，使得本发明能够正常工作，同时设置调节阀，能够使得涡旋冷却器和射流泵能够在各自的工作压力下正常工作。
进一步的，通过设置切换阀，能够实现对电化学CO报警仪的在线校准，当需要校准时，通过切换，使切换阀的标准气入口与转子流量计的进气口连通，从切换阀的标准气入口通入标准样气直接进行校准即可，校准完成后，切换校准阀将过滤器的出气口与转子流量计的进气口连通，即可继续进行电化学CO报警仪的在线检测。
进一步的，通过设置蒸汽伴热管，能够对采样探头的出口与涡旋冷却器的样气进口的连接管路进行加热，防止样气在检测前结冰，保证本发明能够在北方寒冷气候下正常使用。
进一步的，通过设置蒸汽加热盘管能够对机柜内进行加热，防止结冰，保证本发明能够在北方寒冷气候下正常使用。
附图说明
图1为本发明CO浓度分析系统的结构示意图。
Figure BDA0002849221700000041
Figure BDA0002849221700000051
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明。
参照图1，本发明煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，包括采样探头1、涡旋冷却器2、自动疏水阀3、过滤器4、转子流量计7、电化学CO报警仪8和射流泵9，采样探头1的出口与涡旋冷却器2的样气进口，涡旋冷却器2的样气出口与过滤器4的进气口连接，自动疏水阀3安装于涡旋冷却器2的排液口；过滤器4的出气口与转子流量计7的进气口连接，转子流量计7的出气口与电化学CO报警仪8的进气口连接，电化学CO报警仪8的出气口与射流泵9的样气入口连接。
作为本发明优选的实施方案，涡旋冷却器2的制冷气源入口和射流泵9的气源入口均与动力气源连接。
作为本发明优选的实施方案，本发明的CO浓度分析系统还包括含压力调节的气源处理器11，气源处理器11的入口与动力气源连接，气源处理器11的出口分为两路，一路与涡旋冷却器2的制冷气源入口连接，另一路与射流泵9的气源入口连接，涡旋冷却器2的制冷气源入口和射流泵9的气源入口均设有调节阀。
作为本发明优选的实施方案，本发明的CO浓度分析系统，还包括切换阀6，切换阀6具有样气入口、标准气入口和出气口，切换阀6的样气入口与过滤器4的出气口连接，切换阀6的出气口与转子流量计7的进气口连接。
作为本发明优选的实施方案，本发明的CO浓度分析系统还包括机柜，所述涡旋冷却器2、自动疏水阀3、过滤器4、转子流量计7、电化学CO报警仪8和射流泵9均设置于所述机柜，机柜上设有动力气源入口和出口，涡旋冷却器2的制冷气源入口和射流泵9的气源入口均与机柜上的动力气源入口连接，自动疏水阀3的排液口和射流泵9的出气口均与机柜上的出口连接。
作为本发明优选的实施方案，本发明的CO浓度分析系统还包括蒸汽伴热管13，采样探头1的出口与涡旋冷却器2的样气进口21的连接管路与蒸汽伴热管13并行设置，且在并行部分外部包裹阻燃保温材料。
作为本发明优选的实施方案，蒸汽伴热管13上连接有蒸汽加热盘管14，蒸汽加热盘管14设置于所述机柜内，蒸汽加热盘管14的出口与机柜的出口连接，蒸汽加热盘管14的入口设有调节阀。
作为本发明优选的实施方案，采样探头1的出口设有开关阀12。
本发明还提供了煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析方法，采用如上所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统进行，包括如下过程：
采样探头1安装于放空管15，采样探头1的探杆11伸入到放空管15中心；
采样探头1从放空管15中采集样气；
采样探头1采集的样气进入涡旋冷却器2中，涡旋冷却器2对样气进行降温除湿，涡旋冷却器2中分离形成的液体进入自动疏水阀3；
过滤器4对涡旋冷却器2中分离形成的气体进行过滤；
过滤器4过滤后的气体经转子流量计7，转子流量计7对气体进行流量调节；
转子流量计7流出的气体进入电化学CO报警仪8，电化学CO报警仪8对进入的气体进行分析；射流泵9从电化学CO报警仪8的出气口进行抽气，使气体从电化学CO报警仪8的进气口进入，从电化学CO报警仪8的出气口流出。
作为本发明优选的实施方案，采样探头1与放空管15之间通过法兰结构连接，便于本发明的分析系统的安装。
实施例
本实施例煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO分析系统，包括采样探头1、样气传输管线、样气处理和样气分析。采样探头1安装于放空管15上，采样探头1的探杆伸入到排气总管的中心，采集有代表性样气。样气传输管线，包括样气管、以及与之并行的蒸汽伴热管13。样气管一端连接在采样探头1的开关阀12上，另一端接入机柜的样气进气口；蒸汽伴热管13一端接入现场蒸汽管为之预留的调节阀门上，另一端接入系统机柜的蒸汽进入口。样气管和蒸汽伴热管13采用阻燃型保温材料包裹。样气处理及分析部分包括涡旋冷凝器2、自动疏水阀3、过滤器4、切换阀6、转子流量计7、电化学CO报警仪8、射流泵9、第一调节阀5、第二调节阀10、第三调解阀16和气源处理器11。样品气进入机柜后通过气管连接至涡旋制冷器样气入口21，涡旋制冷器2下端为涡旋制冷器排液口24，涡旋制冷器排液口24安装自动疏水阀3，自动疏水阀3的上端为自动疏水阀入口31，下端为自动疏水阀排液口32，自动疏水阀入口31与涡旋制冷器排液口24连接，自动疏水阀排液口32接到机柜排液口，涡旋制冷器气源接口23处连接经过气源处理器11的压缩空气或者氮气，并且气源在进入涡旋制冷器前安装有第一调节阀5，第一调节阀5用于调节流量，样气从涡旋制冷器排气口22接至过滤器入口42，从过滤器出口41接至切换阀样气入口61，切换阀样气出口62接至系统机柜标定口，样气从切换阀出气口63接至玻璃转子流量计入口71，样气从玻璃转子流量计出口72接至电化学CO报警仪入口81，从电化学CO报警仪出口82接至射流泵样气入口91，射流泵气源入口92接第二调节阀10，第二调节阀10与经过气源处理器11处理的压缩空气或者氮气相连。
本实施例中采样探头(1)的出口与涡旋冷却器2的样气进口采用不锈钢管连接，用于样气输送；蒸汽伴热管13与截止阀16连接，现场敷设时需要与所述不锈钢管并管施工，以实现样气的加热保温，最后还要在这两根并行管外面包裹阻燃保温材料。
截止阀16的出口蒸汽加热盘管14的入口连接，蒸汽加热盘管14的出口放空，蒸汽加热盘管14用于对机柜内的部件进行加热保温，以满足冰点以下系统的正常运行。
本实施例煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO分析系统的工作流程如下：
样气进入涡旋冷却器(2)后迅速降温除湿，经过涡旋冷却器(2)干燥后的样品气通过涡旋冷却器(2)的样气出口然后进入过滤器(4)的进气口，过滤器(4)对样气进行深度过滤，满足了分析的要求；涡旋冷却器(2)分离的液体通过其排液口与自动疏水阀3的进口连接，进入自动疏水阀(3)；涡旋冷却器(2)制冷需要的气源选择压缩空气或者氮气，现场提供。提供的气源首先进入含压力调节的气源处理器(11)的入口，经过调压过滤后从含压力调节的气源处理器(11)的出口送出，然后分成两路，一路进入第一调节阀(5)的进口，经过调节后从第一调节阀(5)的出口进入涡旋制冷器(2)的气源入口，气体压力控制在0.2-0.8Mpa；自动疏水阀(3)液位高过排液液位时会自动排液，液体通过自动疏水阀(3)的排液口排出。样气经过过滤器(4)精密过滤后，进入切换阀(6)的样气入口，使用过程可通过切换阀(6)对对测量状态进行转换。在切换阀标准气入口用于连接标准气体，测量时，手动旋转切换阀6至测量状态，校准时，手动切换切换阀6至校准状态；气体从切换阀(6)的出气口出来后进入转子流量计(7)入口，经过流量的调节后，从转子流量计(7)的出口出来进入电化学CO报警仪(8)的气体入口，经过分析的气体从电化学CO报警仪(8)的出气口出来进入射流泵(9)的样气入口，射流泵(9)的气源入口通入的是从含压力调节的气源处理器(11)分出来的另一路气源，这路气源经过调节阀(10)的调节成为了射流泵(9)的动力气源。进入射流泵(9)的样气及动力气源在射流泵(9)内混合，从射流泵(9)的出气口排出。
本发明采用的采样探头探杆深入到放空管的中心，能够取得有代表样气，使得测量数据更加符合工况真实情况。
本发明采用的样气传输管线，采用了蒸汽伴热方式，现场一般又具有蒸汽，很好的利用了现场条件，蒸汽伴热无需用电。
本发明分析仪对于样气处理要求不高，所以样气处理采用了涡旋制冷方式，涡旋制冷器通过迅速降温除湿得样气中的气态水凝结，并通过自动疏水阀排出。涡旋制冷器的制冷温度可通过调节气源的大小调节。该设计很好的利用了现场的压缩空气或者氮气气源，无需用电，可将样气降温40℃，满足了分析仪的要求；涡旋制冷器的排液采用了自动疏水阀，当液位高过排液位置时，自动疏水阀将自动排液，无需人为操作，也不需要用电。相比较电动蠕动泵，需要供电，此外定期还得更换蠕动泵泵管，否则排液效果将变差。
本发明采样点位属于常压，需要采样泵抽取气体，所以采用了射流取样泵。射流泵属于气动泵，无需用电，抽取气流量、压力大小可通过调节气源或者样气调节阀调整，方便操作。
本发明机柜户外放置要求设计，防护等级达到IP55以上，有蒸汽伴热，也适合于放置于户外环境，可在测点附近就近选择，使用条件低。
本发明分析仪采用隔爆型CO报警仪，抗干扰电化学传感器，量程0-100ppm，灵敏度高，通过设置报警值，如设置24ppm，由于正常情况下，没有冷却水管裂缝情况，气体进不到测点，CO浓度趋近于零或者为零，如果有气体进入测点，由于气体中CO为高浓度，有轻微泄露，CO浓度将超过设置的24ppm的报警值，所以非常适合于现场的定性与定量测量。相比较高精度红外分析仪，对于样气处理的要求较高，另外泄露气体中有其他高浓度气体对红外分析仪测量有干扰。
本发明的设计没有采高成本半导体或者压缩机冷凝器、电动蠕动泵，样气电伴热，机柜电伴热，采用抗干扰电化学CO报警仪，利用现场已有压缩空气或者氮气、蒸汽资源，既实现了很好的防爆设计，也降低了发明的复杂程度，还更好的降低了发明的投入，又能满足现场定性定量分析的要求。

Claims (10)

1.煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，包括采样探头(1)、涡旋冷却器(2)、自动疏水阀(3)、过滤器(4)、转子流量计(7)、电化学CO报警仪(8)和射流泵(9)，采样探头(1)的出口与涡旋冷却器(2)的样气进口，涡旋冷却器(2)的样气出口与过滤器(4)的进气口连接，自动疏水阀(3)安装于涡旋冷却器(2)的排液口；过滤器(4)的出气口与转子流量计(7)的进气口连接，转子流量计(7)的出气口与电化学CO报警仪(8)的进气口连接，电化学CO报警仪(8)的出气口与射流泵(9)的样气入口连接。
2.根据权利要求1所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，涡旋冷却器(2)的制冷气源入口和射流泵(9)的气源入口均与动力气源连接。
3.根据权利要求2所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，还包括含压力调节的气源处理器(11)，气源处理器(11)的入口与动力气源连接，气源处理器(11)的出口分为两路，一路与涡旋冷却器(2)的制冷气源入口连接，另一路与射流泵(9)的气源入口连接，涡旋冷却器(2)的制冷气源入口和射流泵(9)的气源入口均设有调节阀。
4.根据权利要求1所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，还包括切换阀(6)，切换阀(6)具有样气入口、标准气入口和出气口，切换阀(6)的样气入口与过滤器(4)的出气口连接，切换阀(6)的出气口与转子流量计(7)的进气口连接。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，还包括机柜，所述涡旋冷却器(2)、自动疏水阀(3)、过滤器(4)、转子流量计(7)、电化学CO报警仪(8)和射流泵(9)均设置于所述机柜，机柜上设有动力气源入口和出口，涡旋冷却器(2)的制冷气源入口和射流泵(9)的气源入口均与机柜上的动力气源入口连接，自动疏水阀(3)的排液口和射流泵(9)的出气口均与机柜上的出口连接。
6.根据权利要求5所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，还包括蒸汽伴热管(13)，采样探头(1)的出口与涡旋冷却器(2)的样气进口(21)的连接管路与蒸汽伴热管(13)并行设置，且在并行部分外部包裹阻燃保温材料。
7.根据权利要求6所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，蒸汽伴热管(13)上连接有蒸汽加热盘管(14)，蒸汽加热盘管(14)设置于所述机柜内，蒸汽加热盘管(14)的出口与机柜的出口连接，蒸汽加热盘管(14)的入口设有调节阀。
8.根据权利要求1所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统，其特征在于，采样探头(1)的出口设有开关阀(12)。
9.煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析方法，其特征在于，通过权利要求1-8任意一项所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析系统进行，包括如下过程：
采样探头(1)安装于放空管(15)，采样探头(1)的探杆(11)伸入到放空管(15)中心；
采样探头(1)从放空管(15)中采集样气；
采样探头(1)采集的样气进入涡旋冷却器(2)中，涡旋冷却器(2)对样气进行降温除湿，涡旋冷却器(2)中分离形成的液体进入自动疏水阀(3)；
过滤器(4)对涡旋冷却器(2)中分离形成的气体进行过滤；
过滤器(4)过滤后的气体经转子流量计(7)，转子流量计(7)对气体进行流量调节；
转子流量计(7)流出的气体进入电化学CO报警仪(8)，电化学CO报警仪(8)对进入的气体进行分析；射流泵(9)从电化学CO报警仪(8)的出气口进行抽气，使气体从电化学CO报警仪(8)的进气口进入，从电化学CO报警仪(8)的出气口流出。
10.根据权利要求9所述的煤制气气化炉喷嘴冷却分离器氮气放空管CO浓度分析方法，其特征在于，采样探头(1)与放空管(15)之间通过法兰结构连接。
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