CN113671117A - 应用于焦化厂的h2s和nh3监测系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统及监测方法，系统包括：采样单元，预处理单元，测量单元，校准单元，排放单元和数据采样及处理单元，采样单元，预处理单元，测量单元和排放单元依次连接，校准单元与采样单元相连，数据采样及处理单元分别与采样单元，预处理单元和测量单元相连接，监控系统通过取样探头经过带有电加热功能的样品传输管线送至预处理单元，经过滤、分析、校准上传至工控机，实现数据的采集、处理、存储和信号输出。本发明把H2S和NH3监控系统应用于焦化厂有组织排放气体的系统中，实现了焦化厂有组织排放的H2S和NH3气体浓度的实时监测和预警功能，确保焦化厂气体排放系统的正常运行，方便运行人员的日常维护。
Description
技术领域
本发明属于废气监测技术领域，特别涉及一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统及监测方法。
背景技术
在焦化厂、化工厂、钢铁厂等化学工厂的生产过程中会产生一定量的废气，这些废气通常会在处理后排放到空气中，由于排放的废气中仍然含有大量的有毒有害并带有刺激性气味的气体，对人体造成十分严重的危害，并且给生态环境带来较为恶劣的影响，已被认定为一项重要的大气污染源。焦化厂废气的监测大多数是针对于VOCs气体的测量，对于H2S和NH3的监测有一定的局限性。电化学等类似原理分析的H2S和NH3测量仪表多用于空气中测量扩散式空气污染物的成分，对于焦化厂有组织排放的测量应用很少，因此亟需研发一种针对焦化厂排放的H2S和NH3进行实时监控、分析和报警的监测系统，为企业环保管理提供更详尽的在线数据，以满足国家日趋严格的环保政策及督查。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统及监测方法，以解决现有废气排放监测系统对H2S和NH3的监测具有局限性的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统，包括：
采样单元，预处理单元，测量单元，校准单元，排放单元和数据采样及处理单元，采样单元，预处理单元，测量单元和排放单元依次连接，校准单元与采样单元相连，数据采样及处理单元分别与采样单元，预处理单元和测量单元相连接，其中采样单元包括依次设置在采样管路上的取样探头，电动三通阀和采样泵，采样管路上设置有高温伴热带，高温伴热带的一端与取样探头相连，另一端连接至排放单元，预处理单元包括依次设置在采样管路上的精细过滤器，流量计和阻水过滤器，精细过滤器与采样泵相连接，测量单元包括设置在采样管路上的废气分析仪，废气分析仪的一端与阻水过滤器相连，数据采样及处理单元包括工控机，工控机通过电源电缆及信号电缆分别与电动三通阀，采样泵，流量计和废气分析仪相连接。
根据本发明的一个具体实施例，废气分析仪包括NH3监测报警模块和H2S监测报警模块, NH3监测报警模块和H2S监测报警模块分别与数据采样及处理单元相连接。
根据本发明的一个具体实施例，排放单元包括设置在采样管路的输出端的排气口，排气口用于将系统产生的废气排出至室外，排放单元还包括设置在排气支路末端的尾气排放口，排气支路设置在采样单元和预处理单元之间的采样管路上，排气支路上设置有针阀，针阀用于对排气支路中的气体进行压力调整，并将尾气通过尾气排放口排出。
根据本发明的一个具体实施例，校准单元包括标气瓶以及与标气瓶相连通的减压阀，减压阀与电动三通阀相连通，其中减压阀用于对标定气体定时采样，并将标定气体输送至废气分析仪进行自动标定。
根据本发明的一个具体实施例，取样探头的输入端与烟囱相连，取样探头用于对烟囱排出的废气进行采样。
一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测方法，包括：
步骤1：采样单元通过取样探头，电动三通阀和采样泵从烟囱排出的废气中采集样气；
步骤2：将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路传输至预处理单元进行预处理，并将预处理后的样气输送至测量单元；
步骤3：利用校准单元输出的标准气体对测量单元中的废气分析仪进行定期标定；
步骤4：通过测量单元的废气分析仪对样气进行在线连续测量，并将测量结果传输至数据采样及处理单元中；
步骤5：通过数据采样及处理单元的工控机对样气中的H2S和NH3的浓度进行监测分析和输出报警；
步骤6：利用排放单元调节和控制气路流量，以及将测量后的尾气排放至室外。
根据本发明的一个具体实施例，步骤2将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路传输至预处理单元进行预处理，并将预处理后的样气输送至测量单元，其中预处理包括过滤、稳流和恒温处理，具体包括：
步骤2.1：将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路输送至精细过滤器，过滤掉样气中的颗粒物和气溶胶；
步骤2.2：利用流量计对过滤后的样气的气量进行控制，将样气输送至阻水过滤器中去除样气中的水分；
步骤2.3：将去除水分后的样气输送至测量单元。
根据本发明的一个具体实施例，步骤3利用校准单元输出的标准气体对测量单元中的废气分析仪进行定期标定具体包括：
将标气瓶输出的标准样气通过减压阀和电动三通阀的配合采样，再经过采样管路、采样泵、精细过滤器、流量计和阻水过滤器输送至测量单元中对废气分析仪进行标定。
根据本发明的一个具体实施例，步骤5通过数据采样及处理单元的工控机对样气中的H2S和NH3的浓度进行监测分析和输出报警，具体包括：
步骤5.1：通过数据采样及处理单元的数据采集模块采集测量单元输出的测量数据；
步骤5.2：通过数据采样及处理单元的数据处理模块对测量数据进行数据分析，得到数据分析结果，数据分析结果包括测量数据的瞬时值，预设时间段内的污染物浓度平均值和排放量；
步骤5.3：数据采样及处理单元通过数据处理模块将数据分析结果进行整理并输送至显示器和报警器。
根据本发明的一个具体实施例，步骤6利用排放单元调节和控制气路流量，以及将测量后的尾气排放至室外，具体包括：
通过针阀控制气路压力，将样气从尾气排放口排出；
将系统产生的废气，经废气分析仪一侧的排气口排出至室外，其中废气包括样气和经过废气分析仪的标准气体。
与现有技术相比，本发明提供的一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统及监测方法，通过电加热一体化的取样探头经过带有电加热功能的样品传输管线送至预处理单元，经过滤、分析、校准上传至工控机，实现数据的采集、处理、存储和信号输出。本发明将H2S和NH3监控系统应用于焦化厂有组织排放气体的系统中，实现了焦化厂有组织排放的H2S和NH3气体浓度的实时监测和预警功能，确保焦化厂气体排放系统的正常运行，方便运行人员的日常维护。
附图说明
图1是根据本发明一实施例提供的一种焦化厂废气排放监测系统结构示意图。
图2是根据本发明一实施例提供的一种焦化厂废气排放监测方法流程图。
图3是根据本发明一实施例提供的对样气进行预处理的方法流程图。
图4是根据本发明一实施例提供的工控机对样气中的H2S和NH3的浓度进行监测分析和输出报警的方法流程图。
附图标记：
1-采样单元；2-预处理单元；3-测量单元；4-校准单元；5-排放单元；6-数据采样及处理单元；7-烟囱；
1.1-取样探头；1.2-高温伴热带；1.3-电动三通阀；1.4-采样管路；1.5-采样泵；
2.1-精细过滤器；2.2-流量计；2.3-阻水过滤器；
3.1-NH3监测报警模块；3.2-H2S监测报警模块；
4.1-标气瓶；4.2-减压阀；
5.1-针阀；5.2-排气口；5.3-尾气排放口。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更加清楚地理解本发明的概念和思想，以下结合具体实施例详细描述本发明。应理解，本文给出的实施例都只是本发明可能具有的所有实施例的一部分。本领域技术人员在阅读本申请的说明书以后，有能力对下述实施例的部分或整体作出改进、改造、或替换，这些改进、改造、或替换也都包含在本发明要求保护的范围内。
在本文中，术语“第一”、“第二”和其它类似词语并不意在暗示任何顺序、数量和重要性，而是仅仅用于对不同的元件进行区分。在本文中，术语“一”、“一个”和其它类似词语并不意在表示只存在一个事物，而是表示有关描述仅仅针对事物中的一个，事物可能具有一个或多个。在本文中，术语“包含”、“包括”和其它类似词语意在表示逻辑上的相互关系，而不能视作表示空间结构上的关系。例如，“A包括B”意在表示在逻辑上B属于A，而不表示在空间上B位于A的内部。另外，术语“包含”、“包括”和其它类似词语的含义应视为开放性的，而非封闭性的。例如，“A包括B”意在表示B属于A，但是B不一定构成A的全部，A还可能包括C、D、E等其它元素。
在本文中，术语“实施例”、“本实施例”、“一实施例”、“一个实施例”并不表示有关描述仅仅适用于一个特定的实施例，而是表示这些描述还可能适用于另外一个或多个实施例中。本领域技术人员应理解，在本文中，任何针对某一个实施例所做的描述都可以与另外一个或多个实施例中的有关描述进行替代、组合、或者以其它方式结合，替代、组合、或者以其它方式结合所产生的新实施例是本领域技术人员能够容易想到的，属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。结合图1，本发明实施例提供的一种焦化厂废气排放监测系统，包括：
采样单元1，预处理单元2，测量单元3，校准单元4，排放单元5和数据采样及处理单元6，采样单元1，预处理单元2，测量单元3和排放单元5依次连接，校准单元4与采样单元1相连，数据采样及处理单元6分别与采样单元1，预处理单元2和测量单元3相连接，其中采样单元1包括依次设置在采样管路1.4上的取样探头1.1，电动三通阀1.3和采样泵1.5，采样管路1.4上设置有高温伴热带1.2，高温伴热带1.2的一端与取样探头1.1相连，另一端连接至排放单元5，预处理单元2包括依次设置在采样管路1.4上的精细过滤器2.1，流量计2.2和阻水过滤器2.3，精细过滤器2.1与采样泵1.5相连接，测量单元3包括设置在采样管路1.4上的废气分析仪，废气分析仪的一端与阻水过滤器2.3相连，数据采样及处理单元6包括工控机，工控机通过电源电缆及信号电缆分别与电动三通阀1.3，采样泵1.5，流量计2.2和废气分析仪相连接。
具体的，废气分析仪包括NH3监测报警模块3.1和H2S监测报警模块3.2, NH3监测报警模块3.1和H2S监测报警模块3.2分别与数据采样及处理单元6相连接。废气分析仪的测量范围为0-100ppm，重现性≤±1.5%F.S，精度≤±3%FS，响应时间＜30秒，供电要求：DC24V，输出信号型式4-20mA，废气分析仪具有液晶显示，可自诊断、报警、自动测量和校准功能，警报输出包括系统故障报警和超限报警。
具体的，排放单元5包括设置在采样管路1.4的输出端的排气口5.2，排气口5.2用于将系统产生的废气排出至室外，排放单元5还包括设置在排气支路末端的尾气排放口5.3，排气支路设置在采样单元1和预处理单元2之间的采样管路1.4上，排气支路上设置有针阀5.1，针阀5.1用于对排气支路中的气体进行压力调整，并将尾气通过尾气排放口5.3排出。
具体的，数据采集与处理单元6以工控机和PLC控制器作为硬件，实现数据的采集、处理、存储和信号输出。根据监控系统的需求，工控机上可添加系统的监控画面、组态、逻辑控制以及报警提示等功能，可以对整个监控系统进行操作，根据需求改变系统变量，具有声光报警功能，帮助操作人员快速发现、定位、解决和处理故障和错误，从而减少生产事故的发生，方便运行人员维护和操作。数据采样及处理单元6的数据采集模块采集来自测量单元3的模拟量和开关量信号。数据采样及处理单元6的数据处理模块对采集的数据进行处理，可以提供监测参数的瞬时值、指定时间段的污染物浓度的平均值和指定时间段污染物的排放量。系统将所需的信号进行整理输送至其它系统，包括显示器、工控机（数据分析及报表等）、标准信号输出接口（4-20mA）、报警输出接口（继电器，干接点，5A），通讯输出接口（RS485）等。
具体的，校准单元4包括标气瓶4.1以及与标气瓶4.1相连通的减压阀4.2，减压阀4.2与电动三通阀1.3相连通，其中减压阀4.2用于对标定气体定时采样，并将标定气体输送至废气分析仪进行自动标定。通过电动三通阀1.3和减压阀4.2的配合对标定气定时取样，以便对废气分析仪定时校准。
具体的，取样探头1.1的输入端与烟囱7相连，取样探头1.1用于对烟囱7排出的废气进行采样。
实施例2
如图2-图4所示，本发明实施例提供一种焦化厂废气排放监测方法，具体包括以下步骤：
S1：采样单元1通过取样探头1.1，电动三通阀1.3和采样泵1.5从烟囱7排出的废气中采集样气。
S2：将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路1.4传输至预处理单元2进行预处理，并将预处理后的样气输送至测量单元3，其中预处理包括过滤、稳流和恒温处理，具体包括：
S2.1：将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路1.4输送至精细过滤器2.1，过滤掉样气中的颗粒物和气溶胶。
S2.2：利用流量计2.2对过滤后的样气的气量进行控制，将样气输送至阻水过滤器中去除样气中的水分。
S2.3：将去除水分后的样气输送至测量单元3。
S3：利用校准单元4输出的标准气体对测量单元3中的废气分析仪进行定期标定，具体包括：
将标气瓶4.1输出的标准样气通过减压阀4.2和电动三通阀1.3的配合采样，再经过采样管路1.4、采样泵1.5、精细过滤器2.1、流量计2.2和阻水过滤器2.3输送至测量单元3中对废气分析仪进行标定。
S4：通过测量单元3的废气分析仪对样气进行在线连续测量，并将测量结果传输至数据采样及处理单元6中。
S5：通过数据采样及处理单元6的工控机对样气中的H2S和NH3的浓度进行监测分析和输出报警，具体包括：
S5.1：通过数据采样及处理单元6的数据采集模块采集测量单元3输出的测量数据。
S5.2：通过数据采样及处理单元6的数据处理模块对测量数据进行数据分析，得到数据分析结果，数据分析结果包括测量数据的瞬时值，预设时间段内的污染物浓度平均值和排放量。
S5.3：数据采样及处理单元6通过数据处理模块将数据分析结果进行整理并输送至显示器和报警器。
S6：利用排放单元5调节和控制气路流量，以及将测量后的尾气排放至室外，具体包括：
通过针阀5.1控制气路压力，将样气从尾气排放口5.3排出。
将系统产生的废气，经废气分析仪一侧的排气口5.2排出至室外，其中废气包括样气和经过废气分析仪的标准气体。
采样单元1采用专用不锈钢电伴热式自限温加热（120℃）的取样探头1.1结合电动三通阀1.3和采样泵1.5，从烟囱7排出的废气中采集样气。采集完的气体通过精细过滤器2.1、流量计2.2以及阻水过滤器2.3进行预处理，之后传输至测量单元3，其中精细过滤2.1用于过滤掉样气中的细小颗粒物和气溶胶等物质，流量计2.2用于对气量的控制，阻水过滤器2.3用于除掉样气中的水分，确保干净的气体进入测量仪表。在校准单元4中，标气瓶4.1输出的标准样气通过电动三通阀1.3与减压阀4.2的配合采样，再经过采样管路1.4、采样泵1.5、精细过滤器2.1、流量计2.2、阻水过滤器2.3进入到测量单元3中对废气分析仪进行标定。此标定可以实现自动标定，标定时间可以在数据采集及处理单元6中进行设定，通过电动三通阀1.3的控制开关实现。该系统可通过针阀5.1控制气路压力，从尾气排放口5.3排出，系统产生的废气，包括样气及标准气经过废气分析仪后的气体，经废气分析仪一侧的排气口5.2排出至室外。
综上所述，本发明实施例提供的一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统及监测方法，通过电加热一体化的取样探头经过带有电加热功能的样品传输管线送至预处理单元，经过滤、分析、校准上传至工控机，实现数据的采集、处理、存储和信号输出。本发明将H2S和NH3监控系统应用于焦化厂有组织排放气体的系统中，实现了焦化厂有组织排放的H2S和NH3气体浓度的实时监测和预警功能，确保焦化厂气体排放系统的正常运行，方便运行人员的日常维护。
以上结合具体实施方式（包括实施例和实例）详细描述了本发明的概念、原理和思想。本领域技术人员应理解，本发明的实施方式不止上文给出的这几种形式，本领域技术人员在阅读本申请文件以后，可以对上述实施方式中的步骤、方法、系统、部件做出任何可能的改进、替换和等同形式，这些改进、替换和等同形式应视为落入在本发明的范围内，本发明的保护范围仅以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统，其特征在于，包括：采样单元（1），预处理单元（2），测量单元（3），校准单元（4），排放单元（5）和数据采样及处理单元（6），所述采样单元（1），预处理单元（2），测量单元（3）和排放单元（5）依次连接，所述校准单元（4）与所述采样单元（1）相连，所述数据采样及处理单元（6）分别与所述采样单元（1），预处理单元（2）和测量单元（3）相连接，其中所述采样单元（1）包括依次设置在采样管路（1.4）上的取样探头（1.1），电动三通阀（1.3）和采样泵（1.5），所述采样管路（1.4）上设置有高温伴热带（1.2），所述高温伴热带（1.2）的一端与所述取样探头（1.1）相连，另一端连接至排放单元（5），所述预处理单元（2）包括依次设置在所述采样管路（1.4）上的精细过滤器（2.1），流量计（2.2）和阻水过滤器（2.3），所述精细过滤器（2.1）与所述采样泵（1.5）相连接，所述测量单元（3）包括设置在所述采样管路（1.4）上的废气分析仪，所述废气分析仪的一端与所述阻水过滤器（2.3）相连，所述数据采样及处理单元（6）包括工控机，所述工控机通过电源电缆及信号电缆分别与所述电动三通阀（1.3），采样泵（1.5），流量计（2.2）和废气分析仪相连接。
2.根据权利要求1所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统，其特征在于，所述废气分析仪包括NH3监测报警模块（3.1）和H2S监测报警模块（3.2）,所述NH3监测报警模块（3.1）和H2S监测报警模块（3.2）分别与所述数据采样及处理单元（6）相连接。
3.根据权利要求1所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统，其特征在于，所述排放单元（5）包括设置在所述采样管路（1.4）的输出端的排气口（5.2），所述排气口（5.2）用于将系统产生的废气排出至室外，所述排放单元（5）还包括设置在排气支路末端的尾气排放口（5.3），所述排气支路设置在所述采样单元（1）和所述预处理单元（2）之间的采样管路（1.4）上，所述排气支路上设置有针阀（5.1），所述针阀（5.1）用于对所述排气支路中的气体进行压力调整，并将尾气通过所述尾气排放口（5.3）排出。
4.根据权利要求1所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统，其特征在于，所述校准单元（4）包括标气瓶（4.1）以及与所述标气瓶（4.1）相连通的减压阀（4.2），所述减压阀（4.2）与所述电动三通阀（1.3）相连通，其中所述减压阀（4.2）用于对标定气体定时采样，并将标定气体输送至废气分析仪进行自动标定。
5.根据权利要求1所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测系统，其特征在于，所述取样探头（1.1）的输入端与烟囱（7）相连，所述取样探头（1.1）用于对烟囱（7）排出的废气进行采样。
6.一种应用于焦化厂的H2S和NH3监测方法，其特征在于，包括：
步骤1：采样单元（1）通过取样探头（1.1），电动三通阀（1.3）和采样泵（1.5）从烟囱（7）排出的废气中采集样气；
步骤2：将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路（1.4）传输至预处理单元（2）进行预处理，并将预处理后的样气输送至测量单元（3）；
步骤3：利用校准单元（4）输出的标准气体对测量单元（3）中的废气分析仪进行定期标定；
步骤4：通过测量单元（3）的废气分析仪对样气进行在线连续测量，并将测量结果传输至数据采样及处理单元（6）中；
步骤5：通过数据采样及处理单元（6）的工控机对样气中的H2S和NH3的浓度进行监测分析和输出报警；
步骤6：利用排放单元（5）调节和控制气路流量，以及将测量后的尾气排放至室外。
7.根据权利要求6所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测方法，其特征在于，所述步骤2将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路（1.4）传输至预处理单元（2）进行预处理，并将预处理后的样气输送至测量单元（3），其中所述预处理包括过滤、稳流和恒温处理，具体包括：
步骤2.1：将采集的样气通过带有电加热功能的采样管路（1.4）输送至精细过滤器（2.1），过滤掉样气中的颗粒物和气溶胶；
步骤2.2：利用流量计（2.2）对过滤后的样气的气量进行控制，将样气输送至阻水过滤器（2.3）中去除样气中的水分；
步骤2.3：将去除水分后的样气输送至测量单元（3）。
8.根据权利要求6所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测方法，其特征在于，所述步骤3利用校准单元（4）输出的标准气体对测量单元（3）中的废气分析仪进行定期标定具体包括：
将标气瓶（4.1）输出的标准样气通过减压阀（4.2）和电动三通阀（1.3）的配合采样，再经过采样管路（1.4）、采样泵（1.5）、精细过滤器（2.1）、流量计（2.2）和阻水过滤器（2.3）输送至测量单元（3）中对废气分析仪进行标定。
9.根据权利要求6所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测方法，其特征在于，所述步骤5通过数据采样及处理单元（6）的工控机对样气中的H2S和NH3的浓度进行监测分析和输出报警，具体包括：
步骤5.1：通过数据采样及处理单元（6）的数据采集模块采集测量单元（3）输出的测量数据；
步骤5.2：通过数据采样及处理单元（6）的数据处理模块对所述测量数据进行数据分析，得到数据分析结果，所述数据分析结果包括所述测量数据的瞬时值，预设时间段内的污染物浓度平均值和排放量；
步骤5.3：所述数据采样及处理单元（6）通过所述数据处理模块将所述数据分析结果进行整理并输送至显示器和报警器。
10.根据权利要求6所述的应用于焦化厂的H2S和NH3监测方法，其特征在于，所述步骤6利用排放单元（5）调节和控制气路流量，以及将测量后的尾气排放至室外，具体包括：
通过针阀（5.1）控制气路压力，将样气从尾气排放口（5.3）排出；
将系统产生的废气，经废气分析仪一侧的排气口（5.2）排出至室外，其中所述废气包括样气和经过废气分析仪的标准气体。
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| CN215493466U (zh) * | 2021-07-19 | 2022-01-11 | 国家能源集团煤焦化有限责任公司 | 一种焦化厂废气排放监测系统 |
-
2021
- 2021-07-19 CN CN202110815245.XA patent/CN113671117A/zh active Pending
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