CN210487723U - 一种烟气连续在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟气连续在线监测系统，属于烟气排放连续监测技术领域。本实用新型包括烟气采样单元、烟气除湿单元、烟气深冷捕集单元和烟气分析单元，烟气采样单元和烟气的烟道相连；烟气采样单元通过管道经烟气除湿单元与烟气分析单元相连，烟气除湿单元与烟气分析单元之间设置有烟气深冷捕集单元。本实用新型对烟气除湿处理后进行深冷捕集，其中冷阱烟气的温度≤0℃，而后再采用烟气分析单元对烟气中的污染物进行监测，通过对烟气依次进行除湿净化和深冷捕集处理，有效降低烟气中夹杂的干扰成分，从而提升烟气污染物监测的准确度。

Description

一种烟气连续在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及烟气排放连续监测技术领域，更具体地说，涉及一种烟气连续在线监测系统。

背景技术

随着科学技术和全球经济的迅猛发展，环境污染和生态破坏日趋严重，大气质量正在不断的恶化。控制和减少环境污染不仅是一种政府行为要强制执行，而且是一种民族意识。大气环境污染监测系统则是进行控制和减轻大气环境污染工作必不可少的首要装备。对于碳素行业中的烟气采样、分析的监测工作来说，烟气连续排放监测系统CEMS就显得尤为重要。常规的CEMS包括烟气采样单元、烟气传输单元、烟气预处理单元和烟气分析单元等组成部分。

碳素烟气监测过程中经常会出现监测数据出现偏差的情况，本领域的技术人员通常认为是由于反应性气体和可压缩性气体等存在而导致的测量结果有误，认为这些气体在烟道的流动过程中可能会发生反应或者它们会在温度较低的抽取采样系统中被液化、吸附或者在达到分析仪之前就已经被聚合。但是结合碳素制备分析可知，铝用碳素行业通常以石油焦为原料，通过煅烧辅以煤沥青为黏结剂，加工成各种规格的阳极制品。在生产的每个工序中都有大量的生产性粉尘溢出，尤其在成型沥青熔化、混捏、成型过程中会产生大量的沥青烟尘，该沥青烟气逸散点分散，在实际运行的过程中如果治理方法不当，极易造成沥青烟气外逸。此外沥青烟气成分非常复杂，含有数百种具有一定危害性的物质，通常情况下即使及时采用洗净化处理，仍然会导致10％的沥青烟暖气残留，并对烟气监测造成干扰。现有技术中，本领域的技术人员并没有考虑到沥青烟对设备监测的影响，对于目前的碳素行业来说，亟需设计一款针能够提高在线监测稳定性的装置，从而达到连续准确可靠的监测目的。

经检索，实用新型创造的名称为：一种烟气连续自动监测系统中的防堵除湿采样设备(专利申请号：CN201720521763.X，申请日：2017-05-11)，包括顺次连接的除雾装置、防堵装置、加热除湿装置和烟气采样机，加热除湿装置包括圆周向由外向内依次设置的外套管、内套管和加热管组件，加热管组件包括第一中间管、第二中间管和设置于第一中间管、第二中间管圆周外侧的加热管，第一中间管和第二中间管同轴设置、且中间设有间隙，用于对湿法脱硫烟气中夹带的石膏浆液进行去除。但本申请案仍然不能排除沥青烟对监测装置的影响。

此外，实用新型创造的名称为：烟气连续在线监测系统(申请号：CN201811534954.5，申请日：2018-12-14)，包括烟道采样器、伴热管、烟气预处理系统、HC去除器和烟气浓度分析仪，其中伴热管与烟道采样器相连；烟气预处理系统与伴热管相连，对烟气进行浓度分析前的预处理；HC去除器设置在烟气预处理系统的上游或者下游，HC去除器包括通气管道和加热部件；烟气浓度分析仪与烟气预处理系统或者HC去除器相连，用于消除碳氢化合物对紫外光谱或者红外光谱监测的干扰。但是本申请案的装置仍然无法保证CEMS实时监测数据的准确性。

实用新型内容

1.实用新型要解决的技术问题

本实用新型的目的在于克服现有技术中，烟气中的污染物难以进行准确监测的不足，提供了一种烟气连续在线监测系统，依次对烟气进行除湿净化、深冷捕集，通过去除烟气污染物监测过程中的干扰物质，从而提高烟气监测的准确度。

2.技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的一种烟气连续在线监测系统，包括烟气采样单元、烟气除湿单元、烟气深冷捕集单元和烟气分析单元，其中烟气采样单元和烟气的烟道相连；烟气采样单元通过管道经烟气除湿单元与烟气分析单元相连，烟气除湿单元与烟气分析单元之间设置有烟气深冷捕集单元。

优选地，烟气除湿单元的进气口与烟气采样单元相连，烟气除湿单元的出气口与烟气深冷捕集单元相连，烟气除湿单元的进气口和出气口之间依次设置有除湿装置和第一过滤器。

优选地，烟气深冷捕集单元上设置有制冷部件，烟气深冷捕集单元的冷却进气口与烟气除湿单元的出气口相连，烟气深冷捕集单元的冷却出气口与烟气分析单元相连，冷却进气口和冷却出气口之间设置有第二过滤器。

优选地，烟气采样单元和烟气除湿单元之间设置有烟气传输单元，烟气传输单元内设置有加热部件。

优选地，除湿装置为冷凝除湿器或者干燥除湿器。

优选地，烟气深冷捕集单元的冷阱温度T≤0℃。

优选地，烟气深冷捕集单元的第二过滤器上设置有排凝口，排凝口的端口延伸至烟气深冷捕集单元的外部。

优选地，烟气采样单元内设置有滤芯，滤芯的过滤孔径≤2μm。

本实用新型的一种烟气连续在线监测系统的使用方法，烟气经过除湿处理后进行深冷捕集，其中冷阱后烟气的温度≤0℃，而后再采用烟气分析单元对烟气中的污染物进行监测。

采用上述烟气连续在线监测系统对烟气进行监测，具体步骤如下：利用滤芯过滤精度d≤2μm的烟气采样单元对烟气进行采样并过滤；采样过滤后的烟气在烟气传输单元中进行加热，其中加热温度≥120℃，而后烟气进入烟气除湿单元进行除湿处理，其中烟气除湿单元为冷却除湿器，冷却除湿器的冷凝温度为2～6℃；除湿后的烟气进入烟气深冷捕集单元，经冷阱后烟气的温度≤0℃，再采用烟气分析单元对烟气中的污染物进行监测。

3.有益效果

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本实用新型的一种烟气连续在线监测系统，包括烟气采样单元、烟气除湿单元、烟气深冷捕集单元和烟气分析单元，其中烟气采样单元和烟气的烟道相连；烟气采样单元通过管道经烟气除湿单元与烟气分析单元相连，烟气除湿单元与烟气分析单元之间设置有烟气深冷捕集单元，通过创造性的对常规CEMS系统进行改进，可对除湿后的烟气进行深冷捕集处理，有效去除烟气污染物监测过程中的干扰物质，从而达到提高烟气监测准确度的目的；

(2)本实用新型的一种烟气连续在线监测系统，烟气除湿单元与烟气分析单元之间设置有烟气深冷捕集单元，烟气除湿单元用于对烟气中的水分进行脱除，烟气深冷捕集单元对残留的沥青烟进行深冷捕集，烟气除湿单元和烟气深冷捕集单元相互配合，从而提高去除烟气中沥青烟的效果，避免干扰物对系统监测的影响；

(3)本实用新型的一种监测烟气污染物浓度的方法，烟气经过除湿处理后进行深冷捕集，其中冷阱烟气的温度≤0℃，而后再采用烟气分析单元对烟气中的污染物进行监测。烟气经过除湿和深冷捕集处理，能有效降低其夹杂的烟气成分，从而提升烟气监测的准确度。

附图说明

图1为本实用新型的一种烟气连续在线监测系统的整体结构示意图；

图2为实施例1的烟气除湿单元的内部结构示意图图；

图3为实施例1的烟气深冷捕集单元的结构示意图；

图4为本实用新型的一种烟气连续在线监测系统使用方法的流程图。

示意图中的标号说明：

100、烟道；

200、烟气采样单元；

300、烟气传输单元；

400、烟气除湿单元；410、除湿装置；420、第一过滤器；

500、烟气深冷捕集单元；510、冷却进气口；520、冷却出气口；530、排凝口；531、端口；540、制冷部件；550、第二过滤器；

600、烟气分析单元。

具体实施方式

下文对本实用新型的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本实用新型的元件和特征由附图标记标识。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴；除此之外，本实用新型的各个实施例之间并不是相互独立的，而是可以进行组合的。

实施例1

如图1所示，本实用新型的一种烟气连续在线监测系统，通过对常规CEMS系统进行改进，在烟气预处理单元的后段串联有深冷捕集装置，对烟气进行除湿处理后并对烟气进行深冷捕集，有效去除烟气污染物监测过程中的干扰物质，从而达到提高烟气监测准确度的目的。

本实用新型的一种烟气连续在线监测系统，包括烟气采样单元200、烟气除湿单元400、烟气深冷捕集单元500和烟气分析单元600；其中烟气采样单元200和烟气的烟道100相连，烟气从烟道100进入烟气采样单元200进行初步过滤，烟气采样单元200内设置有滤芯，滤芯的过滤孔径≤2μm，用于去除烟气中夹杂的大颗粒杂质，避免杂质损毁监测系统。烟气采样单元200的出口和烟气除湿单元400相连，烟气除湿单元400主要用于对烟气中的水分及残余颗粒物进行除湿净化，烟气除湿单元400与烟气分析单元600之间设置有烟气深冷捕集单元500，烟气深冷捕集单元500通过对烟气深冷捕集，去除烟气中的干扰物。烟气除湿单元400和烟气深冷捕集单元500相互配合，既能减轻烟气中干扰物的残留率，又能降低烟气中干扰物去除的难度，同时还能降低监测系统的维护费用。去除干扰物的烟气继续运动至烟气分析单元600进行烟气污染物的准确监测。

值得说明的是，常规的CEMS系统经常存在烟气的实时监测数据出现偏差的问题，导致烟气污染物的监测失误现象频频发生，给烟气治理带来极大困难，现有技术中并没有人提出有效的解决方案。而本实用新型的申请人通过对以往的烟气成分和仪器监测结果实验、分析得出，烟气监测出现误差的极大原因在于：碳素焙烧过程中，作为粘合剂的沥青会加热形成沥青烟并掺杂在烟气中，经洗涤塔和静电补集焦油器净化处理后的烟气中仍然残留有沥青烟。而正是残留的沥青烟对于设备长期稳定测量存在干扰，尤其是对于CEMS设备零点造成漂移影响，从而导致实时监测数据出现偏差而导致的实时监测数据出现的偏差。但是在碳素行业中，本领域的技术人员并未发现沥青烟对烟气监测造成的干扰，此外，现有技术中也没有相关的文献记载通过排除沥青烟对仪器的干扰进而提高烟气监测准确度的方法。而本实用新型创造性的提出了在常规的烟气处理单元和烟气监测单元之间设置烟气深冷捕集单元500，并根据烟气的组分特性，有效去除烟气中的沥青烟来达到大气环境污染物准确监测的目的。

烟气除湿单元400的进气口与烟气采样单元200相连(如图2所示)，该烟气除湿单元400的进气口和出气口之间依次设置有除湿装置410和第一过滤器420。本实施例的除湿装置410可以为冷凝除湿器，如压缩机冷凝器、半导体冷凝器等，通过降低烟气除湿单元400使其出口露点≤4℃；除湿装置410也可以为干燥除湿器，如Nafion管干燥器。由于烟气中的沥青烟主要以0.1～1.0μm的焦油细物粒的形态存在，烟气进入烟气除湿单元400后，在冷凝除湿设备(2～6℃除湿温度)的影响下，烟气中大量水分转换成液态，产生的冷凝液能够自动收集并排出烟气除湿单元400。第一过滤器420的过滤精度≤2μm，除湿净化后的烟气经第一过滤器420过滤后进入烟气深冷捕集单元500。需要说明的是，随着烟气排放的不断进行，烟气除湿单元400将水分基本脱除，此时烟气中仍然残留大量沥青烟，无法有效捕集脱除，并对烟气的监测造成极大影响，而常规的烟气监测装置通常只能对烟气进行初步处理，本实用新型克服了现有技术的偏见，创造性的在烟气除湿单元400后增加烟气深冷捕集单元500，从而解决烟气中残留的沥青烟对烟气监测的影响。

烟气除湿单元400的出气口与烟气深冷捕集单元500的冷却进气口510相连，烟气深冷捕集单元500上设置有制冷部件540(如图3所示)，制冷部件540具有稳定的制冷性能，考虑到烟气中水分以及沥青烟的冷凝点交叉特性，经过烟气除湿单元400将大量水汽去除，但是除湿过滤后的烟气中仍然残留大量沥青烟，烟气深冷捕集单元500控制制冷部件540的冷阱温度T≤0℃，经过烟气除湿单元400后的烟气避免出现结冰堵塞问题。烟气深冷捕集单元500的冷却出气口520与烟气分析单元600相连，冷却进气口510和冷却出气口520之间设置有第二过滤器550。沥青烟通过冷凝作用可增加其颗粒直径，第二过滤器550内设置有比表面积较大的活性物质吸附剂，并避免吸附剂与沥青烟发生化学反应，第二过滤器550用于过滤沥青烟颗粒。需要说明的是，为了便于第二过滤器550能拆卸、更换、清洗，第二过滤器550的材质可以为陶瓷、玻纤、不锈钢等。第二过滤器550上还设置有排凝口530，排凝口530的端口531延伸至烟气深冷捕集单元500的外部，用于将冷凝液及时排出，本实施例中所采用的排凝方式可以为蠕动泵或控制阀。

实施例2

本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：本实用新型还包括烟气传输单元300，烟气传输单元300设置于烟气采样单元200和烟气除湿单元400之间，烟气传输单元300内设置有加热部件，其伴热温度≥120℃，经烟气采样单元200过滤的烟气仍有余热，且烟气传输单元300内还设置有双芯气路，该双芯气路分别用于烟气采样传输和全系统校准，如果不对烟气进行加热保温，导致烟气在烟气传输单元300内冷凝成颗粒并附着在双芯气路上，从而影响系统对烟气的校准。

实施例3

如图4所示，本实用新型的一种监测烟气污染物浓度的方法，烟气经过除湿处理后进行深冷捕集，其中冷阱烟气的温度≤0℃，而后再采用烟气分析单元600对烟气中的污染物进行监测。烟气依次经过除湿净化和深冷捕集后，能有效降低烟气中的沥青烟，从而提升烟气监测的准确度。

本实用新型的一种监测烟气污染物浓度的方法具体步骤如下：

(1)利用滤芯过滤精度d≤2μm的烟气采样单元200对烟气进行采样并过滤，避免烟气中的颗粒杂质对系统造成损坏；

(2)采样过滤后的烟气在烟气传输单元300中进行加热，其中加热温度≥120℃，而后烟气进入烟气除湿单元400进行除湿净化，其中冷凝除湿器的冷凝温度一般为2～6℃，此时烟气中大量的水汽形成冷凝液，产生的冷凝液能够自动收集并排出烟气除湿单元400；

(3)除湿后的烟气进入烟气深冷捕集单元500中进行深冷捕集，冷阱烟气的温度≤0℃，沥青烟通过深冷作用可增加其颗粒直径，第二过滤器550内设置有比表面积较大的活性物质吸附剂，并避免吸附剂与沥青烟发生化学反应，第二过滤器550用于过滤沥青烟颗粒；

(4)采用烟气分析单元600对烟气污染物进行监测，此时烟气中的干扰物沥青烟被充分过滤，从而解决了沥青烟的干扰影响，并保证CEMS实时监测数据的准确性。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本实用新型。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本实用新型的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本实用新型的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本实用新型或本申请和本实用新型的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本实用新型的示例性实施例，但是本实用新型并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本实用新型的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (8)

1.一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：包括烟气采样单元(200)、烟气除湿单元(400)、烟气深冷捕集单元(500)和烟气分析单元(600)，其中烟气采样单元(200)和烟气的烟道(100)相连；烟气采样单元(200)通过管道经烟气除湿单元(400)与烟气分析单元(600)相连，烟气除湿单元(400)与烟气分析单元(600)之间设置有烟气深冷捕集单元(500)。

2.根据权利要求1所述的一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：烟气除湿单元(400)的进气口与烟气采样单元(200)相连，烟气除湿单元(400)的出气口与烟气深冷捕集单元(500)相连，烟气除湿单元(400)的进气口和出气口之间依次设置有除湿装置(410)和第一过滤器(420)。

3.根据权利要求1所述的一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：烟气深冷捕集单元(500)上设置有制冷部件(540)，烟气深冷捕集单元(500)的冷却进气口(510)与烟气除湿单元(400)的出气口相连，烟气深冷捕集单元(500)的冷却出气口(520)与烟气分析单元(600)相连，冷却进气口(510)和冷却出气口(520)之间设置有第二过滤器(550)。

4.根据权利要求1所述的一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：烟气采样单元(200)和烟气除湿单元(400)之间设置有烟气传输单元(300)，烟气传输单元(300)内设置有加热部件。

5.根据权利要求1所述的一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：除湿装置(410)为冷凝除湿器或者干燥除湿器。

6.根据权利要求1所述的一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：烟气深冷捕集单元(500)的冷阱温度T≤0℃。

7.根据权利要求3所述的一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：烟气深冷捕集单元(500)的第二过滤器(550)上设置有排凝口(530)，排凝口(530)的端口(531)延伸至烟气深冷捕集单元(500)的外部。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种烟气连续在线监测系统，其特征在于：烟气采样单元(200)内设置有滤芯，滤芯的过滤孔径≤2μm。

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