CN1973196A - 用于从处理环境中抽取气体的探针和系统 - Google Patents
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Abstract
用于从处理环境抽取气体的探针(S)，包括管状元件(2)，该探针可以定位在处理环境内部中。所述管状元件在一端处具有气体抽取开口(TS)并限定内部空腔(CA)，所述处理环境可以通过该内部空腔与气体抽出系统流体连通。该探针还包括延伸到第一管状元件(2)的空腔内部的第二管状元件(1)。该第二管状元件具有设置在抽取开口端(也就是处理环境侧)的一端(UG)，以将所述加速气态流体朝第一管状元件(2)的抽取开口喷射并从此流回处理环境的方式形成。还提出了用于从处理环境抽取气体的系统，它可以联接到探针上，包括通过探针(2)的第一管状元件的空腔(CA)从处理环境吸取气体的回路(40，C)，和用于将所述气体通过探针(1)的第二管状元件重新喷射到同一处理环境中的回路(50，C)。
Description
本发明总体上涉及用于调节和控制涉及产生气体的化学过程，例如燃烧过程的系统。
系统已知用于从炉子抽取气体，设置有安装在炉子中的探针，其中所抽取的气体输送到分析器装置。
对于气体的抽取，这种系统使用低功率和低压力的小泵(通过探针)抽气。这意味着处理气体的热量/潮气，导致损伤联接件、管子和涉及气体流动的各种部件的腐蚀性酸，使情况恶化。出于避免凝结物沉淀在系统中(由于它在热/潮气体中下落)的目的，需要加热抽取管、过滤器和管子，但却得到不利的结果(包装问题、酸化等)。
该探针还具有使操作不可靠的阻塞气体抽取管的严重问题。
而且，在传统探针中，灰尘的过滤仅仅通过超载的和变得阻塞的过滤器实现。通过用(可编程的)压缩空气的冲洗循环实现探针的清洁，但是经常不足以完全将其恢复，而且这将污染物导入到将进行分析的气体中。
由于这些问题，炉子气体分析的值是近似的和无规律的，导致对管线的正确管理的误解，尤其是存在代用燃料的情况下。采用后者，即使使用当前最经济的探针也显示出它们的局限性。只有通过人工小心和连续的监管和维护才可能获得结果，尽管那样也只是刚刚够用。
本发明的一个目的是提供用于从处理环境中抽取气体的探针，它能够在不进行连续维护干涉的情况下防止或至少减少探针阻塞的发生，也就是保证使用的连续性(提高了气体抽取系统和分析的可靠性)。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1中所限定特征的用于从处理环境中抽取气体的探针实现。
探针的优选实施例限定在从属权利要求中。
本发明的另一目的是提供用于从处理环境中抽取气体的系统，它以最彻底的方式减少了灰尘和凝结物通过探针的进入，并保证了分析的连续性和可靠性。
根据本发明，该目的通过具有权利要求11中所限定特征的用于从处理环境中抽取气体的系统实现。
该系统的优选实施例在从属权利要求中限定。
通过与本发明所述探针相互配合，该系统降低了灰尘(过滤器压力较小)，可能干燥气体(不会阻塞和不产生酸)，并且在不需要压缩空气帮助的情况下通过使用同一处理气体(由于不会改变，所以确保了分析的连续性)进行自清洁。
它的使用使得可能从炉子抽取燃烧气体，从而可以利用传统分析器对它们进行分析。可能获得炉子的燃烧气体的可靠分析。从而，可能优化对安装(减少燃料消耗和提高炉子产物的质量/数量)的控制和对监视/减少空气排放的控制。
也可以应用于采用任何类型的燃料(即使是备用/废弃处理燃料)和任何类型的处理材料的任何类型的炉子(在使用的任何条件下，温度，灰尘水平，蒸汽，酸等)。
该探针已经设计用于水泥炉子，但是也可以用于不同类型的工业中的处理环境；钢铁厂、热电厂、化工/石化工厂、碳研磨和储存、焚化炉、爆炸火药存储料仓，也就是需要抽取气体用于随后分析的所有场所(炉子、料仓、烟囱、管道系统等)。
本发明所述探针和系统的突出特征在于减少了维护的需要。这通过避免灰尘/凝结物的抽取实现，并归功于由压缩机保证的压缩气体的剧烈和连续喷射。
由于过滤器是在用于探针清洁的快速排放期间利用强有力的气体逆流进行自清洁的，所以它具有较长的使用寿命。
而且，通过使用来自炉子的压缩气体，并且不喷水，实现了干燥灰尘的减少。而且，气体的干燥导致了酸的减少。该系统采用连续循环，随后通过使用压缩气体进行自清洁，因此不需要采用(通过对其进行污染)将影响气体分析的压缩空气，而是通过使用来自炉子的气体进行清洗循环。这避免了必须使用大量的用于气体处理(带有过滤器、抑酸剂、气泡室等)的控制面板，用于电磁阀的控制面板和(带有PLC的)各种指示电控制面板。这导致了相关问题和成本的减少。
为了在高温下使用，该探针受到水冷。它具有用于使热区域(气体回路)和冷区域(冷却水套管)分离的抗凝结内部空间，允许抽取的气体保持其温度。该设置避免了凝结物在抽取管的内壁中形成，从而使得灰尘的阻塞最小化。由于用于气体和冷却水的两个腔室用凸缘联接，所以它们可以分离。这使得可能从炉子中只去除气体回路(为了甚至在炉子工作中的可能的检查和清洁)，只保留固定到炉子上的冷却系统。
该系统的可靠性和连续性使得它可能使用其自动炉子管理(不使用导致O2升高的压缩空气清洗)的输出值。压缩机的容量较高，因此其响应比常规系统中更快，并且可能的微小损失不具有影响。结果，获得了更加可靠的分析。
该探针易于快速安装，不需要适应现有系统的大量工作，就能将其连接。而且，不需要对在炉子中的最佳定位(最小灰尘点等)进行大量研究。
现在将参照附图描述本发明的优选的但是非限制性的例子，其中：
图1是本发明所述用于从炉子抽取燃烧后气体的系统的总图表；
图2是本发明所述用于从炉子抽取燃烧后气体的探针的示意性侧视图；
图3是图2的探针的示意性侧视图，其中不带有冷却套管(coolingjacket)；及
图4是图2的探针的冷却套管的示意性侧视图；
参照图1，用于从例如炉子(未说明)的处理环境抽取气体的系统包括探针S、压缩机C、用于将冷却水供给到探针S的管20，和用于将该冷却水从探针S排出的管30，用于从探针S抽取气体的管40，和用于将气体重新喷射到探针S/处理环境的管50。
该系统设有压缩机C和电磁阀EV1G、EV2G的电压，用于冷却探针S的流体，例如水，和用于电磁阀驱动器EV1G、EV2G的压缩流体，例如空气。或者，带有封闭循环水的低温制冷器可以用于冷却系统。
参照图3，处于其基本形式的探针S包括两个同心管1和2，该管用例如AISI304钢制成，但是可能使用更加适合于高温和耐酸腐蚀的材料。外管2专用于气体的抽取，内管1用于气体输送。该探针S可在低温环境中使用。为了在高温下使用它，需要对其设置水冷套管(在图4中进行了说明)。
在图2中，探针S示出设置有气体循环腔和水冷套管CRA。(带有水冷的)该型式用于高温，并包括五个同心管1、2、3、4、5。该探针S利用支承凸缘FS安装并固定到炉子的壁中。探针头TS安装有起到防备杂质进入探针的第一屏障作用的保护锥体(protection cone)CP。
三个最外层管3、4、5构成了水流过的冷却腔CRA(利用凸缘FS刚性地固定到炉子上，以允许其安装和固定)。套管CRA的最内层管3和中间层管4之间的空间利用对水进行冷却的水过滤器FA连接到供水管20上，并且套管CRA的最外层管5利用用于调节冷却水的流速的手动阀VMA连接到排水管30上。所述空间液体流通地连接到探针的头部TS上。供水管20的上游和排水管30的下游分别设置有冷却水泄压阀VSA。而且，在排水管30中设置有用于控制水温的传感器Ta，用于控制水压的传感器Pa，和用于控制水流的传感器Fa。
两个最内层管1和2正确和适当地构成了抽气探针(利用凸缘FL安装和联接到冷却套管上，以允许即使在操作中安装也可以简单和快速的方式拆卸，参见图2和3)。
两个腔(气体和冷却水，也就是说从内侧向外排列的第二和第三根管2、3)的联接导致内部空间IN在探针底部(炉子外侧)封闭，并在头部TS(炉子内侧)开放，也就是说，它受到气体冲洗。这避免了抽气管2(第二管)中沉积的形成，并使得气体可能在不受到过度冷却的情况下退出。该气体抽取到由第一和第二管1、2构成的腔CA中，并再次利用压缩机C通过同心中央管(第一管1)喷射到炉子内部。中央管的炉子侧端部UG受到调节，从而排出的气体受到压缩。最好，该端部具有喷嘴。或者，同一中央管1可以设计成将气体朝探针头部TS喷射(例如可以形成为毛细管)。以这种方式，气体需要一定压力和动能，构成防备灰尘的屏障并有效清洁探针头部TS。基本上，气体通过管40抽取并利用压缩机C以足够压力和速度通过管50，返回炉子。在气体抽取和输送回路40、50(炉子-压缩机C-炉子)中，安装有支路41，它利用泵PM在压缩机C的上游将要进行分析的较小比例的流体输送到传统分析器O2-CO-NOX。分析器的上游设置有流到分析器气体的调节器RF，和用于控制流到分析器的气体压力的传感器P2g。而且，这些分析器受到过滤器F3G保护，过滤器起到耐酸/凝结的作用。分析器的下游设置有从分析器排出的排气管SG。
在到达压缩机C和泵PM之前，气体通过抽气管40中的上游过滤器F1G和F2G适当地过滤。过滤器F1G连接到灰尘洗涤器(dustdecanter)D上，以减少回路中可能存在的灰尘。循环流体的高流速确保了较短的响应时间，这有利于炉子的管理。
用于控制压缩机的气体压力的传感器P1g和用于压缩机C的气体过压的阀VSG连接到压缩机C的输出管上。
在系统中，分别在压缩机C的抽气侧和输出侧上还具有两个储存器S1G(减压的)和S2G(加压的)。这实现了收集冷凝物和稳定压缩机的压力/真空(depression)的功能。尤其是，储存器S2G形成了用于减少冷凝物的制冷器/干燥器RE的一部分。储存器S2G的下游连接到设置用于排放冷凝物SC的自动冷凝物排放阀VAC上。储存器还设置有两个定时电磁阀EV1G和EV2G，它们根据需要可设定时间地以循环方式驱动相应伺服阀。电磁阀EV1G为安装在减压储存器S1G和探针S的抽气侧之间的二通阀，并具有停止从探针S抽气的功能，从而加强其输送的推力，以提高探针头部的清洁。电磁阀EV1G的下游设置有用于控制气体流到压缩机C的传感器Fg。安装在前一电磁阀上游的三通电磁阀EV2G具有剧烈排放的功能，将压力储存器S2G中的流体量完全喷向抽气管2。大量的流体在与正常流向相反的方向上高速流动，将任何可能的沉积物冲向炉子内部，从而实现逆流(回洗)清洁。
为了监视正常操作并在堵塞的情况下获得指示，真空计Vg安装在抽气管2上的探针S上，并且压力计Mg安装在输出管1上。尤其是，真空计Vg安装在十字形连接器CR上，并且压力计Mg安装在T型连接器TE上。连接器CR、TE和螺母DT(带有用于以气密方式密封气体的垫圈)也起到将两根管保持在一起的功能。这种设置可能使得中央气体输出管1可以相对于抽气管2滑动，用于装置的最佳调节。
所述类型的探针可能以连续方式具有排除干燥灰尘、干燥气体和清洁头部的功能，避免了材料的堆积。由于不需要用压缩空气进行清洁循环(这会导致O2增加)，所以所抽出气体的分析在不中断(一刻也不停止)的情况下是连续的。这通过使用使得同一气体在炉子中再循环的压缩机实现；它利用定位在输出管的内部端部的喷嘴的节流阀以离散压力和动能抽取气体，并将气体输回到炉子中。由于所述管与抽气管同心，所以它产生灰尘过滤屏障，并保持头部清洁。同样，这允许所抽取气体的足够干燥。清除了灰尘的冷却和干燥气体不会导致凝结或酸化，并且不会导致堆积。从开始就去除了灰尘和凝结物，并使其返回到炉子，避免了沿着分析装置输送它们。这对管、连接器、压缩机、泵、分析器及控制和安全传感器都是有利的，并将使它们具有更高的效率和更长的使用寿命。而且，可能使它们使用更加经济的类型，而不需要使用更加昂贵的耐酸型。本发明所述探针和系统减少了灰尘(对过滤器压力更小)，干燥了气体(不会增生和产生酸化)，并且探针为不需要压缩空气帮助而使用同一过程气体(由于不会改变，所以可以连续分析)的自清洁型。
该探针的长处在于压缩机中央管，它允许气体以特定压力和动能再循环到炉子。自然地，可能使用其它类型的连续循环机器替换该压缩机。
采用压缩机和分支原理可以获得无灰尘和干燥的气体(通过屏障效果)和不需要压缩空气冲洗循环(利用不中断和改变分析气体的连续循环)的自清洁头部。
Claims (17)
1.用于从处理环境抽取气体的探针(S)包括管状元件(2)，该探针可以定位在处理环境内部中，所述管状元件在一端处具有气体抽取开口(TS)并限定内部空腔(CA)，所述处理环境可以通过该内部空腔与气体抽出系统流体连通，其特征在于，它还包括喷射装置(1)，该喷射装置联接到第一管状元件(2)上，可操作成将所述气态流体喷射到空腔(CA)的内部，朝第一管状元件(2)的所述抽取开口加速，并从该抽取开口再次进入处理环境。
2.如权利要求1所述的探针，其特征在于，所述喷射装置包括第二管状元件(1)，该第二管状元件在第一管状元件(2)的空腔(CA)内部延伸，形成使得能够将所述加速的气态流体朝第一管状元件(2)的所述抽取开口喷射，并从此再次进入处理环境。
3.如权利要求2所述的探针，其特征在于，第二管状元件(1)的端部设置有喷嘴(UG)，该端部设置在抽取开口的侧面，也就是处理环境侧上。
4.如权利要求1或2所述的探针，其特征在于，所述第一(2)和第二(1)管状元件是同轴的。
5.如权利要求4所述的探针，包括连接元件(CR，T)、穿孔螺母(DT)和气密密封件，它们可操作成组装所述第一(2)和第二(1)管状元件，并使第二管状元件(1)可相对于第一管状元件(2)滑动。
6.如前述权利要求中任意一项所述的探针，还包括设置在所述第一管状元件(2)周围的冷却套管(CRA)。
7.如权利要求6所述的探针，其特征在于，所述冷却套管设置成在所述套管和所述第一管状元件(2)之间限定内部空间(IN)。
8.如权利要求6或7所述的探针，其特征在于，所述冷却套管以可与探针(S)的所述第一管状元件(2)分离的方式组装。
9.如权利要求6至8中任意一项所述的探针，其特征在于，所述冷却套管与低温制冷器流体连通地连接，形成封闭流体回路。
10.如前述权利要求中任意一项所述的探针，还包括设置在所述抽取开口(TS)附近的屏蔽元件(CP)。
11.用于从处理环境抽出气体的系统，它可以联接到前述权利要求中任意一项所述的探针上，包括用于通过探针(S)的所述第一管状元件(2)从处理环境中抽出气体的装置(40，C)，其特征在于，它还包括用于将所述气体重新喷射到探针/处理环境中的装置(50，C)，该装置设置成与探针(S)的所述喷射装置(1)流体连通。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，用于抽出气体的所述装置(40，C)和用于重新喷射气体的所述装置(50，C)包括共同的连续循环机器(C)，该连续循环机器可操作成抽出、压缩所述气体，并将所述气体喷回同一处理环境，也就是给于气体压力和动能。
13.如权利要求12所述的系统，还包括储存器(S2G)，它设置在所述连续循环机器(C)的输出中，用于稳定探针(S)的所述喷射装置(1)中的压力，和获得用于探针(S)的所述第一管状元件(2)的循环逆流清洁的气体的快速排放，也就是实现回洗。
14.如权利要求11至13所述的系统，还包括控制装置(EV1G，EV2G)，它们可操作地连接到用于抽出气体的所述装置(40，C)，和用于采用同一处理气体实现探针循环和连续清洁的重新喷射气体的装置(50，C)上。
15.如权利要求11至14中任意一项所述的系统，还包括连接到所述抽出装置(40，C)上用于抽取一部分所述气体的抽取装置(41，PM)，所述抽取装置还连接到用于所述气体的分析的分析器装置(O2-CO-NOX)上。
16.如权利要求11至15中任意一项所述的系统，还包括洗涤器装置(D)，它设置在探针(S)的下游，以进一步减少所述气体中的灰尘。
17.如权利要求11至16中任意一项所述的系统，还包括用于监视探针工作状况的连接到探针(S)的第一管状元件(2)上的真空计(Vg)和连接到探针(S)的喷射装置(1)上的压力计(Mg)。
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