CN216024040U - 一种锅炉试验用烟气预处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种锅炉试验用烟气预处理系统，包括干燥系统和采样计量系统；其中干燥系统包括气体干燥管和Nafion管管束，Nafion管管束包括输入端板和输出端板，以及若干Nafion管；气体干燥管一端设置与输入腔室连通的湿烟气入口，另一端设置与输出腔室连通的干烟气出口，侧壁上设有分别与中部腔室连通的压缩空气出口和压缩空气入口；湿烟气入口用于连接锅炉试验用的烟气采样管的输出端，干烟气出口用于连接锅炉试验用的烟气分析仪的输入端。采样烟气在Nafion管管束中间流过，压缩空气流经Nafion管管束的外部，两路气流的流向相反，两股气流中的水分浓度差驱动了干燥过程，能迅速的干燥气体。

Description

一种锅炉试验用烟气预处理系统

技术领域

本实用新型属于烟气预处理技术领域，涉及一种锅炉试验用烟气预处理系统。

背景技术

在燃煤机组锅炉烟气污染物浓度试验中，为确保测试结果的可靠性，在烟气采样与烟气分析系统之间需要设置烟气预处理系统，用于除去烟气中的烟尘和水份等，延长烟气分析仪的使用寿命。

烟气预处理系统的核心是除湿，也就是干燥部分。目前锅炉试验中常用的烟气预处理系统一般使用冷凝器。冷凝器的功能是将烟气中的水和其他物质冷却至液体状态，然后收集冷凝液并排掉。冷凝器运行简单，但不具排异性，不仅除去了较低温度下冷凝的气体，而且还有一定比例溶解于冷凝水的气体也被排除，尤其是SO₂气体等，此种方式对测试结果的可靠性有影响。

针对上述问题，目前主要从干燥部分考虑，提出了干燥剂干燥器、渗透干燥器等方法。

干燥剂干燥器的功能是通过吸附剂吸收水。吸附剂可以是固体(如硅胶)或液体(如硫酸)，液体吸附剂可吸附水至其化学结构中。如同冷凝器一样也不具有排异性能，除了水以外同时除去许多化合物。与冷凝器不同，水不会通过简单的排出而从干燥剂中移除。在运行期间，干燥剂逐渐载满了水，必须定期更新替换新的干燥剂或把水排除，导致操作不便。

渗透干燥器的功能是由选择分子大小原则而定。渗透干燥器是一种微孔材料。当整个微孔材料的表面被施加压力时，大分子往往继续留在气流中而小分子将通过微孔材料被移除。渗透干燥器的非排异性使它不适合干燥复杂的气体采样气流，限制了其应用范围。

在现有技术中，烟气预处理过程中长期使用上述的干燥器，会导致在烟气干燥程度降低，从而影响测试结果的准确度。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种锅炉试验用烟气预处理系统，有效的提高了烟气干燥程度，从而提高了测试结果的准确度。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种锅炉试验用烟气预处理系统，包括干燥系统和采样计量系统；

所述干燥系统包括气体干燥管3和Nafion管管束，所述Nafion管管束包括输入端板和输出端板，以及若干Nafion管33；Nafion管33的两端分别穿过输入端板和输出端板密封连通设置；

输入端板和输出端板与气体干燥管3的内壁密封连接，分隔形成输入腔室、中部腔室和输出腔室；

所述气体干燥管3一端设置与输入腔室连通的湿烟气入口，另一端设置与输出腔室连通的干烟气出口，侧壁上设有分别与中部腔室连通的压缩空气出口A和压缩空气入口B；

所述湿烟气入口用于连接锅炉试验用的烟气采样管17的输出端，所述干烟气出口用于连接锅炉试验用的烟气分析仪15的输入端。

优选的，所述气体干燥管3的湿烟气入口连接有除氨器2，所述除氨器2的输入端依次连接精细过滤器1和加热采样管16。

优选的，还包括加热系统，加热系统内布置所述除氨器2和气体干燥管3用于维持设定环境温度。

优选的，所述压缩空气出口A依次连接真空表12，真空泵13，所述压缩空气入口B依次连接气动三联件9和压缩空气源。

优选的，所述在气动三联件9的输入端与压缩空气源之间设有压缩空气调节阀8，在气动三联件9的输出端和压缩空气入口B之间依次设有减压阀10和压缩空气流量计11。

优选的，所述采样计量系统还包括湿度传感器4，所述湿度传感器4输入端连接干烟气出口，湿度传感器4的输出端依次连接有隔膜抽气泵6和烟气分析仪15。

优选的，所述隔膜抽气泵6的输入端和湿度传感器4的输出端之间设有烟气调节阀5，所述隔膜抽气泵6的输出端设有烟气流量计7。

优选的，所述烟气预处理系统还包括PLC控制器14，所述PLC控制器14的输入端与湿度传感器4连接、PLC控制器14的输出端与隔膜抽气泵6连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型与目前常用烟气预处理装置相比较，本实用新型利用Nafion干燥管工作的原理，通过干燥系统上设置的气体干燥管和Nafion管管束，采样烟气在Nafion管管束中间流过，压缩空气流经Nafion管管束的外部，两路气流的流向相反，两股气流中的水分浓度差驱动了干燥过程，能迅速的干燥气体。此外，烟气在连续的除湿过程中，可完全保留样气中的SO₂、SO₃、NO、NO₂、HCl、HF、O₂、CO、CO₂等酸性无机气体，系统可选择性的去除样气中的水份，有效的提高的测试结果的可靠性。

进一步，本实用新型通过在系统中添加除氨器装置，可有效的去除烟气中携带的腐蚀性气体(氨气)，可以更好的保护烟气分析仪，延长Nafion管的使用寿命。

进一步，本实用新型通过在系统中设置调节阀、减压阀和流量计可控制气体干燥管中的输出的气体压力和流量，能使测试结果精确可靠性高，也可以更好的保护Nafion管和烟气分析仪的使用寿命。

更进一步，本实用新型在系统运行期间，无需定期更换干燥剂或定期排水，整个系统设计合理，结构简单，操作方便且降低了使用成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例中烟气预处理设备的示意图；

图2为本实用新型实施例中干燥系统中气体干燥管的结构示意图。

图3为本实用新型图2中气体干燥管的C-C剖面图。

图中：精细过滤器1，除氨器2，气体干燥管3，湿度传感器4，烟气调节阀5，隔膜抽气泵6，烟气流量计7，压缩空气调节阀8，气动三联件9，减压阀10，压缩空气流量计11，真空表12，真空泵13，PLC控制器14，烟气分析仪15，加热采样管16，烟气采样管17，干燥管外壳31，端板32，Nafion管33；

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

Nafion管由聚四氟乙烯和全氟-3，6-二环氧-4-甲基-7-癸烯-硫酸的共聚物制备合成。Nafion管具有极强的抗化学侵蚀特性、耐高温性和吸水性。作为一种新型的水分交换材料，其原理是根据管内外的湿度差，将烟气中的水分去除，具有快速除水、且不改变原有烟气成分的功能。

本实用新型一种新型锅炉试验用烟气预处理系统，包括干燥系统、采样计量系统；如图1和图2所示，包括，精细过滤器1，除氨器2，气体干燥管3，湿度传感器4，烟气调节阀5，隔膜抽气泵6，烟气流量计7，压缩空气调节阀8，气动三联件9，减压阀10，压缩空气流量计11，真空表12，真空泵13，PLC控制器14，烟气分析仪15，加热采样管16，烟气采样管17，干燥管外壳31，端板32，Nafion管33。

如图3所示，所述干燥系统包括气体干燥管3和Nafion管管束，所述Nafion管管束包括输入端板和输出端板，以及若干Nafion管33；Nafion管33的两端分别穿过输入端板和输出端板密封连通设置；输入端板和输出端板与气体干燥管3的内壁密封连接，分隔形成输入腔室、中部腔室和输出腔室；所述气体干燥管3一端设置与输入腔室连通的湿烟气入口，另一端设置与输出腔室连通的干烟气出口，侧壁上设有分别与中部腔室连通的压缩空气出口A和压缩空气入口B；进一步的，如图1所示，所述压缩空气出口A依次连接真空表12，真空泵13，所述压缩空气入口B连接气动三联件9和电厂仪用压缩空气源；

如图3所示，把气体干燥管3设计为管壳式水份交换器，管体积小，易溶于水，壳体为不锈钢316L材质，内部为Nafion管管束以更好的控制干燥气体，提高测试结果的精确度。在气体干燥管3的内部还设有端板32，所述端板为一种密封元件，以防止在干燥过程中空气和烟气互相交换，而影响测试结果的可靠性。

所述在干燥系统上设有除氨器2，所述除氨器2的出口与湿烟气入口连接，在除氨器2的入口依次连接精细过滤器1和加热采样管16。除氨器用于除去烟气中携带的腐蚀性气体(氨气)，以保护Nafion管33和烟气分析仪15，除氨器中主要填装磷酸盐。所述在气体干燥管3与除氨器2之间设有加热装置，所述加热装置为温控器和加热器。

进一步的，如图1所示，所述在气体干燥管3的压缩空气入口B和气动三联件9的出口间依次设有压缩空气流量计11，减压阀10，所述在气动三联件9的入口与电厂仪用压缩空气源之间设有压缩空气调节阀8。通过设置压缩空气调节阀8和压缩空气流量计11可以调节电厂仪用压缩空气输出的吹扫空气的流量，设置减压阀更好的控制气体输送到干燥管中的压力，以更好的保护Nafion管的使用寿命。

所述采样计量系统包括烟气采样管17，所述烟气采样管17通过烟气流动通道依次与气体干燥管3和烟气分析仪15连接；所述采样计量系统还包括湿度传感器4，所述湿度传感器4的出口连接有隔膜抽气泵6入口，所述隔膜抽气泵6出口连接烟气分析仪15。

所述采样计量系统包括烟气采样管17和烟气分析仪15，所述烟气采样管17连接湿烟气入口，烟气分析仪15连接干烟气出口。

进一步的，如图1所示，采样计量系统还包括烟气调节阀5和烟气流量计7，所述烟气调节阀5设置在湿度传感器4的出口和隔膜抽气泵6的入口之间。通过设置烟气调节阀5和烟气流量计7可控制气体干燥管3中的输出的气体压力可以更好的保护烟气分析仪的使用寿命。采样计量系统主要作用为根据烟气分析仪的耗气量抽取相应流量的烟气，并实施监测烟气流量和烟气湿度。湿度传感器4用于控制抽气泵的启停。

所述烟气预处理系统还包括烟气除尘系统、控制系统和加热系统，所述除尘系统用于去除烟气中的杂质，包括精细过滤器1，所述精细过滤器1的入口与烟气采样管17的烟气流动通道相接，精细过滤器1的出口连接除氨器2的入口；进一步的，在除尘系统中安装有2个精细过滤器分别为一级2μm过滤器和一级0.1μm过滤器，进行双重过滤，可以更好的过滤烟气中的杂质，能有效防止烟气管道的拥堵。

所述控制系统包括PLC控制器14和电源，所述PLC控制器14与湿度传感4器，隔膜抽气泵6和烟气流量计7相连接；所述PLC控制器14主要作用为通过从输入端采集信号，获得指令，从输出端发出指令以控制隔膜抽气泵6和真空泵13的启停，并实时监测采样气体的湿度满足分析仪的需要。

所述加热系统包括温控器和加热器，分别设置温控器和加热器与加热采样管16连接以提高烟气的温度，在气体干燥管3和除氨器2内部都设有温控器和加热器，主要作用为保证除氨器2和气体干燥管3的温度。

进一步的，上述系统内各部件间的连接管路采用聚四氟乙烯耐腐蚀软管。

基于上述任意一种系统，一种新型锅炉试验用烟气预处理方法，包括如下步骤：

S1、对气体干燥管3和Nafion管管束进行预热，达到恒温状态；

S2、通过烟气采样管17采集的烟气经湿烟气入口注入气体干燥管3的输入腔室中，再输送到Nafion管管束中；压缩空气经压缩空气入口B注入气体干燥管3中，输送到中部腔室中，在温度和压力的作用下，对Nafion管管束中的烟气进行干燥除水；

S3、干燥完成后的烟气经Nafion管管束输送到输出腔室中，再经干烟气出口输入到烟气分析仪15中进行烟气测试作业；所述压缩空气从压缩空气出口A排出气体干燥管外。

优选的，在测试过程中，PLC控制器14根据湿度传感器4检测到烟气湿度与设定值比较；当高于设定值时，PLC控制器14发出关闭指令关闭隔膜抽气泵6；当不高于设定值时，PLC控制器14发出开启指令开启隔膜抽气泵6。

优选的，一种新型锅炉试验用烟气预处理方法的具体实施方式如下：

步骤一、启动电源和PLC控制器14，启动加热装置的温控器和加热器；

步骤二、接通电厂仪用压缩空气对烟气预处理系统进行预热，使除氨器2和气体干燥管3达到恒温状态，启动真空泵13、真空表12，通过控制压缩空气调节阀8、气动三联件9、减压阀10、压缩空气流量计11等调节烟气预处理系统中的压力和流量，达到试验所需的状态；并对整个测试系统进行检查，确保气路通畅、密封良好；

步骤三、启动采样计量样系统中的湿度传感器4、隔膜抽气泵6以及烟气分析仪15；

步骤四、在测试过程中，烟气通过烟气采样管17，流经加热采样管16，待烟气达到恒温状态后通入过滤器1中进行过滤除尘后，通入除氨器2中去除氨气后，经湿烟气入口注入气体干燥管3的输入腔室中，再通过Nafion管管束的输入端板输送到中部腔室中，压缩空气的通过压缩空气入口B注入气体干燥管3中，在温度和压力的驱动下对中部腔室的烟气进行干燥除水。

步骤五、干燥完成后的烟气经Nafion管管束的输出端板输送到输出腔室中，之后通过干烟气出口输入到湿度传感器4中进行烟气湿度测量，待达到烟气湿度达到所需标准后，并通过烟气调节阀5调节和压缩空气流量计7调节烟气流量，通过烟气分析仪15中进行烟气测试作业；压缩空气从压缩空气出口A排出气体干燥管外。

进一步，在测试过程中，当湿度传感器4检测到烟气湿度高于设定值时，PLC控制器发出报警信号，且PLC控制器14自动关闭隔膜抽气泵6，以保护烟气分析仪15；当烟气湿度低于设定值时，待报警信号消失后，PLC控制器14发出指令开启隔膜抽气泵6，继续进行测量。

进一步，抽气泵的抽取流量控制在1.5L/min～2L/min，吹扫气流量控制在4～6L/min，且必须采用电厂仪用压缩空气，不能采用杂用压缩空气。因为电厂仪用压缩空气是经过除水的，而杂用压缩空气没有除水，会影响测试结果。此外，利用真空泵保证吹扫空气的压力低于采样烟气的压力，以保证吹扫空气压力过大损坏Nafion管和烟气分析仪。

进一步，为保证干燥速度，烟气干燥系统需要加热并控制温度在150℃。将用于将除氨器和Nafion管的温度控制在150℃，为防止烟气温度过低，是烟气中，一些杂质气体和水蒸气遇冷凝结，而影响测试结果的准确度。

进一步，采样烟气在Nafion管管束中间流过，电厂仪用压缩空气流经纳分管管束的外部，两路气流的流向相反，两股气流中的水分浓度差驱动了干燥过程，能迅速的干燥气体。仪用压缩空气的流量为采样烟气流量的2～3倍。Nafion管所承受最大压力为552kPa，因此，为了不损坏Nafion管，采样烟气的压力需低于552kPa，电厂仪用压缩空气经过气体三联件除湿、减压、出水后再通过减压阀进一步降低压力，最后通过真空泵将仪用压缩空气的压力降低至552kPa以下。

综上所述，本实用新型通过利用Nafion管工作的原理，把Nafion管设计成管束的状态，烟气在连续的除湿过程中，可完全保留样气中的SO₂、SO₃、NO、NO₂、HCl、HF、O₂、CO、CO₂等酸性无机气体，系统可选择性的去除样气中的水份，从而有效的提高的测试结果的可靠性。通过在烟气预处理装置中设置除氨器，吸收腐蚀性气体，更好的保护了Nafion管和烟气分析仪的使用寿命。

Claims (8)

1.一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，包括干燥系统和采样计量系统；

所述干燥系统包括气体干燥管(3)和Nafion管管束，所述Nafion管管束包括输入端板和输出端板，以及若干Nafion管(33)；Nafion管(33)的两端分别穿过输入端板和输出端板密封连通设置；

输入端板和输出端板与气体干燥管(3)的内壁密封连接，分隔形成输入腔室、中部腔室和输出腔室；

所述气体干燥管(3)一端设置与输入腔室连通的湿烟气入口，另一端设置与输出腔室连通的干烟气出口，侧壁上设有分别与中部腔室连通的压缩空气出口(A)和压缩空气入口(B)；

所述湿烟气入口用于连接锅炉试验用的烟气采样管(17)的输出端，所述干烟气出口用于连接锅炉试验用的烟气分析仪(15)的输入端。

2.根据权利要求1所述一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，所述气体干燥管(3)的湿烟气入口连接有除氨器(2)，所述除氨器(2)的输入端依次连接精细过滤器(1)和加热采样管(16)。

3.根据权利要求2所述一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，还包括加热系统，加热系统内布置所述除氨器(2)和气体干燥管(3)用于维持设定环境温度。

4.根据权利要求1所述一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，所述压缩空气出口(A)依次连接真空表(12)和真空泵(13)，所述压缩空气入口(B)依次连接气动三联件(9)和压缩空气源。

5.根据权利要求4所述一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，所述在气动三联件(9)的输入端与压缩空气源之间设有压缩空气调节阀(8)，在气动三联件(9)的输出端和压缩空气入口(B)之间依次设有减压阀(10)和压缩空气流量计(11)。

6.根据权利要求1所述一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，所述采样计量系统还包括湿度传感器(4)，所述湿度传感器(4)输入端连接干烟气出口，湿度传感器(4)的输出端依次连接有隔膜抽气泵(6)和烟气分析仪(15)。

7.根据权利要求6所述一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，所述隔膜抽气泵(6)的输入端和湿度传感器(4)的输出端之间设有烟气调节阀(5)，所述隔膜抽气泵(6)的输出端设有烟气流量计(7)。

8.根据权利要求1所述一种锅炉试验用烟气预处理系统，其特征在于，所述烟气预处理系统还包括PLC控制器(14)，所述PLC控制器(14)的输入端与湿度传感器(4)连接，PLC控制器(14)的输出端与隔膜抽气泵(6)连接。

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