CN1866027B

CN1866027B - 一体化气体在线检测仪

Info

Publication number: CN1866027B
Application number: CN 200610040370
Authority: CN
Inventors: 包克明
Original assignee: NANJING ZHUOCHENG AUTOMATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: NANJING ZHUOCHENG AUTOMATION EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: CN1866027A

Abstract

本发明一体化气体在线检测仪涉及的是一种在线检测仪可连续在线测量烟气、窑气、炉气等混合气体中CO、CO₂、SO₂、NO、NO₂、N₂O、CH₄、HCl、H₂S、HF、O₂、H₂、C1₂等各种气体成分含量，并实现多组份同时测量。广泛应用于电力、环保、石油、化工、化肥、制气、冶金、建材、煤矿、垃圾焚化等工业部门，也可用于医疗及其它科学实验场合。结构包括采样探头、反吹阀、防腐抽气泵、渗透法除水器、精细过滤器、旁路阀、校验阀、稳流阀、流量计、多组份气体分析传感器、控制器、信号显示器、信号输出接口、操作按钮、压缩空气干燥器、供电电源、户外机箱、安装法兰、采样管、样气管、反吹管；除采样探头、安装法兰和采样管以外，所有的部件全部安装在一个户外机箱内。

Description

一体化气体在线检测仪

技术领域

本发明一体化气体在线检测仪涉及的是一种在线检测仪可连续在线测量烟气、窑气、炉气等混合气体中CO、CO2、SO2、NO、NO2、N2O、CH4、HCl、H2S、HF、O2、H2、Cl2等各种气体成分的含量，并可实现多组份同时测量。可广泛应用于电力、环保、石油、化工、化肥、制气、冶金、建材、煤矿、垃圾焚化等工业部门，也可用于医疗及其它科学实验场合。

背景技术

国内外现有气体分析仪根据测量原理可分两大类：直接测量方式和抽取式测量方式；而抽取式测量方式根据被测气体的水溶性特点又可分两类：直接抽取电加热保温法和稀释采样法。

直接测量方式是目前激光气体分析仪器采用的主要检测方法。检测仪器直接安装在现场，不需要采样和气体预处理，仪器结构简单，安装维护方便，优点明显。但是，激光气体分析仪器只能检测CO、CO2、SO2、HCl、HF、O2等几种气体，而且要求混合气体中烟尘少、水份低；另外，一台仪器只能分析一种气体，如分析不同的气体需配置不同的激光气体分析仪。每台仪器造价昂贵。

直接抽取电加热保温法是通过采样探头除尘后抽取的样气经电加热保温采样管(温度控制在140℃～160℃之间，避免结露)送到离采样点几十米外的分析小屋，进入压缩机制冷或半导体制冷的气体干燥处理器除水，然后经稳流后送到各气体分析仪测量。由于采用冷凝法除水，该测量方式不能分析易溶于水的HCl，HF等气体，对于可溶于水的气体，如SO2、H2S、Cl2等，其测量误差就偏高，达到±10％；另外，长距离常年高温传输对电加热保温管的加热及保温要求较高，可靠性难以长期保证。

稀释采样法采用探头内丘利文管稀释技术，抽取较小量的烟道气体。该方法需配以零气处理系统和稀释比控制器，稀释比范围从1∶100到1∶250，不进行除水处理，解决了样气传输过程中的冷凝问题；适用烟尘少、水份低或要求超常距离架设采样管线的工程，适合需要测量强腐蚀性或易溶于水的各种气体，如HCl、H₂S、NH₃、Cl₂等。对于烟尘多、水份大的混合气体难以满足要求。测量误差也随稀释比控制器的不确定性(稀释比随环境日夜温度的变化和大气压力的变化而变化)而带来较大误差，误差可达到±20％。

上述三种方式各有利弊，但都有使用的局限性。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种全新的满足上述各种使用要求的一体化气体在线检测仪。多组份气体同时测量，而且是易溶于水的气体和非易溶于水的气体可在一个设备中同时测量；气体采样、处理和分析一体化集成，设备就地安装，避免样气长距离输送；系统简单、造价低、维护方便，应用领域广泛。

一体化气体在线检测仪是在综合现有产品的基础上，发明一种可以通用于各种应用场合、多组份气体可以一体化在线检测既可靠又实用的测量装置。

一体化气体在线检测仪是采取以下方案实现：

一体化气体在线检测仪结构包括双向脉冲式反吹采样探头、反吹阀、防腐抽气泵、渗透法除水器、精细过滤器、旁路阀、校验阀、稳流阀、流量计、多组份气体分析传感器、控制器、信号显示器、信号输出接口、操作按钮、压缩空气干燥器、供电电源、户外机箱、安装法兰、采样管、样气管、反吹管。

除采样探头、安装法兰和采样管以外，所有的部件全部安装在一个户外机箱内。户外机箱可采用壁挂式户外机箱

采样探头经安装法兰安装在现场，采样探头通过采样管与户外机箱内的反吹阀相连。反吹阀为三通阀，一路经反吹管与压缩空气干燥器相连，压缩空气干燥器连接外部提供的压缩空气；另一路经样气管与抽取泵相连，抽取泵直接与渗透法除水器的样气入口相连，渗透法除水器的样气出口与精细过滤器相连。渗透法除水器的压缩空气入口与压缩空气干燥器相连，渗透法除水器的压缩空气出口为湿空气直接对外排放。

精细过滤器的出口分两路连接，一路与校验阀连接，将样气送往气体检测传感器；另一路与旁路阀连接，过量的样气经旁路阀释放。校验阀为三通阀，一路入口连接样气，另一路连接标准气体，出口与稳流阀连接。如测量一种气体，只配置一种气体传感器，那么只需配一路稳流阀；如须分析多种气体，根据不同的气体传感器需配置多路稳流阀。本申请书仅以配置两路稳流阀说明。稳流阀的输出与气体流量计相连，气体流量计的输出与气体传感器的气体入口相连。气体传感器的输出信号与控制器相连，显示器、操作按钮和输出接口与控制器相连，输出接口提供各种信号与外部设备连接。

供电单元接收外部供电，对内部的各电气部件提供电源。

一体化气体在线检测仪是在综合开发和应用气体采样技术、防腐除尘技术、渗透脱水技术、多组份气体分析技术、计算机处理技术和网络通讯技术的基础上设计开发的新产品，其最大特点有二个：一是易溶性气体和非易溶性气体可同时采集处理和测量，克服了现有气体分析装置两者不能兼顾的不足；二是气体采样、处理和分析一体化集成，设备可就地安装，避免样气长距离输送，并省略分析小屋，大大降低投资成本，而且缩短响应时间，进一步提高产品可靠性。

实现一体化气体在线检测仪可连续在线测量烟气、窑气、炉气等混合气体中CO、CO2、SO2、NO、NO2、N2O、CH4、HCl、H2S、HF、O2、H2、Cl2等各种气体成分的含量，并可实现多组份同时测量。可广泛应用于电力、环保、石油、化工、化肥、制气、冶金、建材、煤矿、垃圾焚化等工业部门，也可用于医疗及其它科学实验场合，是目前污染源烟气连续排放监测系统CEMS的发展方向。

一体化气体在线检测仪的主要特点：

1、多组份同时测量，而且是易溶于水的气体和非易溶于水的气体可同时在一个设备中采集、处理和测量。

2、气体采样、处理和分析一体化集成，设备就地安装，避免样气长距离输送。

3、气体分析可采用GFC多通道红外线气体传感器，或热导式气体传感器、顺磁氧传感器、紫外线气体传感器、电化学气体传感器、固态气体传感器，或激光气体传感器。可根据具体需要配置。

4、采用内外双向脉冲反吹采样探头和空隙分布外小内大的碳化硅除尘过滤器。

5、采用选择性水分子渗透法除水干燥器。

6、可选配GPRS或CDMA无线通信。

7、系统简单、造价低、维护方便。

8、应用领域广泛。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明。

图1是一体化气体在线检测仪结构示意图。

图2是一体化气体在线检测仪的采样探头结构示意图。

图3是一体化气体在线检测仪的采样探头剖视图。

图4是一体化气体在线检测仪的渗透法除水器结构示意图。

图5是一体化气体在线检测仪的气体传感器结构示意图。

具体实施方式

参照附图1～5，一体化气体在线检测仪结构包括双向脉冲式反吹采样探头(1)、反吹阀(2)、防腐抽气泵(3)、渗透法除水器(4)、精细过滤器(5)、旁路阀(6)、校验阀(7)、稳流阀(8)、流量计(9)、多组份气体分析传感器(10)、控制器(11)、信号显示器(12)、信号输出接口(13)、操作按钮(14)、压缩空气干燥器(15)、供电电源(16)、户外机箱(17)、安装法兰(18)、采样管(19)、样气管(20)、反吹管(21)。

除采样探头(1)、安装法兰(18)和采样管(19)以外，所有的部件全部安装在一个户外箱(17)内。

采样探头(1)经安装法兰(18)安装在现场，采样探头(1)通过采样管(19)与户外箱(17)内的反吹阀(2)相连。反吹阀(2)为三通阀，一路经反吹管(21)与压缩空气干燥器(15)相连，压缩空气干燥器(15)连接外部提供的压缩空气；另一路经样气管(20)与抽取泵(3)相连，抽取泵(3)直接与渗透法除水器(4)的样气入口相连，渗透法除水器(4)的样气出口与精细过滤器(5)相连。渗透法除水器(4)的压缩空气入口与压缩空气干燥器(15)相连，渗透法除水器(4)的压缩空气出口为湿空气直接对外排放。

精细过滤器(5)的出口分两路连接，一路与校验阀(7)连接，将样气送往气体检测传感器；另一路与旁路阀(6)连接，过量的样气经旁路阀(6)释放。校验阀(7)为三通阀，一路入口连接样气，另一路连接标准气体，出口与稳流阀(8)连接。如测量一种气体，只配置一种气体传感器(10)，那么只需配一路稳流阀(8)；如须分析多种气体，根据不同的气体传感器(10)需配置多路稳流阀(8)。本申请书仅以配置两路稳流阀(8)说明。稳流阀(8)的输出与气体流量计(9)相连，气体流量计(9)的输出与气体传感器(10)的气体入口相连。气体传感器(10)的输出信号与控制器(11)相连，显示器(12)、操作按钮(14)和输出接口(13)与控制器(11)相连，输出接口(13)提供各种信号与外部设备连接。

供电单元(16)接收外部供电，对内部的各电气部件提供电源。

具体工作原理如下：

被测样气由抽气泵(3)经采样探头(1)从工艺过程中提取，首先在采样探头(1)中除尘，反吹阀(2)压缩空气被关闭，样气经抽气泵(3)由负压变正压后被送往渗透法除水器(4)干燥除水，干燥后的样气经精细过滤器(5)后分成两路，一路经校验阀(7)送往稳流阀(8)和流量计(9)稳流和计量，然后再送往气体传感器(10)检测分析；多余的样气经旁路阀(6)排放。气体传感器(10)检测分析的信号由控制器(11)进行采集处理，结果在显示器(12)上显示，并通过输出接口(13)提供报警输出信号、4～20mA模拟信号、RS232/RS485通讯接口信号、或GPRS/CDMA无线传输信号。

对设备的操作、标定、设定、修改等工作，可通过操作按钮(14)来实现。

标准气体可直接与校验阀的标气入口相连。

渗透法除水器(4)的压缩空气由外部压缩空气经干燥器(15)后提供，湿空气直接排放大气中。

气体传感器(10)可采用GFC多通道红外线气体传感器、热导式气体传感器、顺磁氧传感器、紫外线气体传感器、电化学气体传感器、固态气体传感器、或激光气体传感器。根据具体需要来选择配置。

整个系统的工作都在控制器的统一管理下协调进行。

参照附图2～3，一体化气体在线检测仪的采样探头可采用双向脉冲反吹采样探头。

采样探头(1)的作用是从含尘的烟气中采集干净的样气，不会因结焦、磨损、腐蚀等问题造成探头堵塞、开裂和变形。

采样探头(1)在设计思想上需满足如下具体要求：首先，过滤器安装在烟道外部，避免高温影响过滤器的透气性能；其次，在结构设计上，实现对过滤器的内外双向反吹，加上电路控制，进一步实现脉冲式振动反吹，确保过滤器的透气性能不会下降。第三，也是关键点。气体除尘是整个气体分析系统的第一等重要工作。普通过滤器主要有两个问题，第一个是过滤不彻底，除尘不干净，引起下游设备气体管路、电磁阀、抽气泵、除水设备的堵塞和磨损，甚至造成气体分析仪器的损坏。第二个是过滤器本身堵塞，由于过滤器材质或透气性能问题，造成粉尘黏结在过滤器的毛细孔中，逐渐将整个过滤器的毛细孔堵截。因此，本专利采用新型的碳化硅除尘过滤器。碳化硅材料可耐1300度以上的高温，硬度大，仅次于金刚石，不怕磨损，透气性能超群。其次，该过滤器的特点是孔隙非均匀分布，在表面孔隙非常小，在0.3μm以下，而中间相对大，使粉尘只落在表面，而反吹变得非常容易，确保保持过滤器在使用过程中的透气性能不变。通过上述方法，实现采样探头免维护运行的目标。

双向脉冲反吹采样探头示意图及连接结构如下：由7个部件组成，采样管(1-1)，法兰(18)，碳化硅过滤器(1-2)，电加热器(1-3)，外反吹压缩空气接口(1-4)，样气及内反吹接口(1-5)，不锈钢管(1-6)。采样管(1-1)与法兰(18)直接相连，碳化硅过滤器(1-2)在不锈钢管(1-6)的内部，电加热器(1-3)在不锈钢管(1-6)的外部，外反吹压缩空气接口(1-4)与不锈钢管(1-6)连通，两个外反吹压缩空气接口(1-4)在不锈钢管(1-6)的两侧，以切线方向相连，样气及内反吹接口(1-5)与碳化硅过滤器(1-2)的内部相连。

双向脉冲反吹采样探头工作原理：

样气从采样管(1-1)进入，经碳化硅过滤器(1-2)过滤后从样气接口(1-5)排出。碳化硅过滤器(1-2)为U形结构，过滤孔为不均匀分布，表面过滤孔非常精细，在0.3μm以下，内部过滤孔相对要大，约5～30μm。样气经过过滤器时，很细小的灰尘全部被阻挡在过滤器(1-2)的表面，而不落到过滤器内部的缝隙中。当外反吹时，由于从切向吹入两股压缩空气，会形成一股旋转的气流将过滤器(1-2)表面积存的灰尘吹尽，而内反吹时，从过滤器(1-2)内部出吹出的压缩空气又很容易将过滤器表面缝隙中的灰尘吹尽。在控制器的作用下，内外反吹采用间隔交替方式进行，达到双向脉冲式反吹的目的。

参照附图4，一体化气体在线检测仪的渗透法除水器(4)由两个同轴心的精细管组成。外部设有外管(4-1)，内部设有过滤管(4-2)，由具有选择性的半透性材料组成，在压缩空气产生的负压作用下，水分子可从内部淅出到外部，而其他气体分子不受影响。淅出原理如下附图4所示。

参照附图5，一体化气体在线检测仪的气体传感器可采用GFC多通道红外线气体传感器、热导式气体传感器、顺磁氧传感器、紫外线气体传感器、电化学气体传感器、固态气体传感器、激光气体传感器中的一种及其组合。

GFC多通道红外线气体传感器(10)为恒温控制的光路多次折射的气体多路分析传感器，其结构由样气分析仓(10-1)，红外线光源(10-2)，相关轮(10-3)，反射镜(10-4)，检测器(10-5)和电机(10-6)构成。在分析仓(10-1)内安装有反射镜(10-4)组合，电机(10-6)与相关轮(10-3)相连，红外线光源(10-2)发出的红外线通过反射镜(10-4)组合最终达到检测器(10-5)。

红外线由红外线光源(10-2)产生，相关轮(10-3)上有多个孔，根据被测气体的种类，相关轮(10-3)上附有相应的气体滤膜(10-7)。相关轮(10-3)由电机(10-6)带动旋转，连续光谱的红外线被相关轮(10-3)选择切光后产生连续的不同波长的脉冲光谱，脉冲光谱进入样气分析仓(10-1)，在样气分析仓(10-1)内经反射镜(10-4)多次折射，脉冲光谱最终由经冷却控制的检测器(10-5)检测。由于脉冲光谱在样气分析仓(10-1)内经反射镜(10-4)多次折射大大提高了光程长度，也就是提高了被测气体的吸收力，因此测量精度非常高。过滤膜间切换的时间及检测器输出的信号均由微处理器控制。

Claims

1.一种一体化气体在线检测仪，其特征在于结构包括采样探头、反吹阀、防腐抽气泵、渗透法除水器、精细过滤器、旁路阀、校验阀、稳流阀、气体流量计、多组份气体分析传感器、控制器、信号显示器、信号输出接口、操作按钮、压缩空气干燥器、供电电源、户外机箱、安装法兰、采样管、样气管、反吹管；

除采样探头、安装法兰和采样管以外，所有的部件全部安装在一个户外机箱内，采样探头经安装法兰安装在现场，采样探头通过采样管与户外机箱内的反吹阀相连；反吹阀为三通阀，一路经反吹管与压缩空气干燥器相连，压缩空气干燥器连接外部提供的压缩空气；另一路经样气管与防腐抽气泵相连，防腐抽气泵直接与渗透法除水器的样气入口相连，渗透法除水器的样气出口与精细过滤器相连；渗透法除水器的压缩空气入口与压缩空气干燥器相连，渗透法除水器的压缩空气出口为湿空气直接对外排放；

精细过滤器的出口分两路连接，一路与校验阀连接，将样气送往多组份气体分析传感器；另一路与旁路阀连接，过量的样气经旁路阀释放；校验阀为三通阀，一路入口连接样气，另一路连接标准气体，出口与稳流阀连接；如测量一种气体，只配置一种多组份气体分析传感器，那么只需配一路稳流阀；如须分析多种气体，根据不同的多组份气体分析传感器需配置多路稳流阀；稳流阀的输出与气体流量计相连，气体流量计的输出与多组份气体分析传感器的气体入口相连；多组份气体分析传感器的输出信号与控制器相连，信号显示器、操作按钮和信号输出接口与控制器相连，信号输出接口提供各种信号与外部设备连接；

供电单元接收外部供电，对内部的各电气部件提供电源。

2.根据权利要求1所述的一体化气体在线检测仪，其特征在于户外机箱可采用壁挂式户外机箱。

3.根据权利要求1所述的一体化气体在线检测仪，其特征在于渗透法除水器由两个同轴心的精细管组成，外部设有外管，内部设有过滤管，由具有选择性的半透性材料组成。

4.根据权利要求1所述的一体化气体在线检测仪，其特征在于多组份气体分析传感器采用GFC多通道红外线气体传感器、热导式气体传感器、顺磁氧传感器、紫外线气体传感器、电化学气体传感器、固态气体传感器、激光气体传感器中的一种或它们的组合。

5.根据权利要求5所述的一体化气体在线检测仪，其特征在于GFC多通道红外线气体传感器为恒温控制的光路多次折射的气体多路分析传感器，其结构由样气分析仓、红外线光源、相关轮、反射镜、检测器、电机构成，在分析仓内安装有反射镜组合，电机与相关轮相连，红外线光源发出的红外线通过反射镜组合最终达到检测器。