TWI767430B

TWI767430B - 廢氣取樣分析系統

Info

Publication number: TWI767430B
Application number: TW109142113A
Authority: TW
Inventors: 何書安; 林鴻志; 黃仕庭; 何韋德; 劉昆育; 張詒泰
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-11
Also published as: TW202223356A

Abstract

本發明提供了一種廢氣取樣分析系統，包含：多個前處理裝置、多個三通電動閥、一分析裝置、一排洩裝置以及一時序控制裝置。該些前處理裝置分別連通爐體的多個管道。該些三通電動閥各包含一廢氣入口、一第一出口及一第二出口，其中該些三通電動閥的廢氣入口分別連接該些前處理裝置。該分析裝置連通該第一出口。該排洩裝置連通該第二出口。該時序控制裝置電性連接該些三通電動閥，其中該時序控制裝置根據一預設時序發出一控制訊號予該些三通電動閥，以及該些三通電動閥根據該控制訊號控制該第一出口及該第二出口的開啟與關閉。

Description

廢氣取樣分析系統

本發明係關於分析儀器，特別是關於一種廢氣取樣分析系統。

對於現行的冷軋退火爐的產線中，通常使用自產的焦爐氣(COG)作為燃料。COG在燃燒後會產生焦油(tar)堵塞管路，造成燃燒效率低落。然而退火爐因環境惡劣、燃燒器數量龐大且無感測元件下，無從得知燃燒狀況。若以空燃比為燃燒狀況的評量指標，則須萃取廢氣進行分成分分析。但是，烟道中氣體為負壓，無法以侵入式方式進行量測。另外，COG燃燒後殘留tar堵塞量測管路，且降溫後使廢氣中硫凝結，進而與水形成酸性物質，導致產生腐蝕管路、控制閥的負面效果。

現行做法主要採取手持式抽氣式分析儀，以人工方式進行點對點量測。手持式分析儀之氧氣偵測頭為電化學式，其有使用壽命與間歇時間。此外，在面對數量龐大的燃燒器，量測十分耗時，且點對點的插拔量測過程中，容易造成廢氣洩漏之風險。

故，必要提供一種廢氣取樣分析系統，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之一目的在於提供一種廢氣取樣分析系統，其透過切換閥進行多對一架構的切換過程，故能利用一分析裝置自動量測多個量測點的廢氣成份，因此可達成自動化量測，進而減少人工成本與廢氣外洩的風險。

為達上述之目的，本發明提供一種廢氣取樣分析系統，適用於具有多個管道的一爐體，該廢氣取樣分析系統包含：多個前處理裝置、多個三通電動閥、一分析裝置、一排洩裝置以及一時序控制裝置。該些前處理裝置分別連通該些管道，用於處理該些管道中的廢氣。該些三通電動閥各包含一廢氣入口、一第一出口及一第二出口，其中該些三通電動閥的廢氣入口分別連接該些前處理裝置。該分析裝置連通該第一出口。該排洩裝置連通該第二出口。該時序控制裝置電性連接該些三通電動閥，其中該時序控制裝置根據一預設時序發出一控制訊號予該些三通電動閥，以及該些三通電動閥根據該控制訊號控制該第一出口及該第二出口的開啟與關閉。

在本發明一實施例中，在該預設時序中，該些三通電動閥之一者的該第一出口開啟且該第二出口關閉，以及該些三通電動閥之其他者的該第一出口皆關閉且該第二出口皆開啟。

在本發明一實施例中，該些前處理裝置各包含：一探測棒，連通該些管道之一者，用於引入廢氣至該些前處理裝置之一者中；一粗過濾器，連接該探測棒，用於過濾該廢氣中的非氣體物質；一去水器，連通該粗過濾器，用於去除該廢氣中的水分子；以及一細過濾器，連接該去水器及該些三通電動閥之一者的該廢氣入口，用於去除該廢氣中的雜質。

在本發明一實施例中，該些前處理裝置各更包含：一電動閥，連接該粗過濾器及該去水器；以及一清掃裝置，連通該些前處理裝置，用於清掃該些前處理裝置中的廢氣，其中該時序控制裝置根據該預設時序發出一清掃訊號予該電動閥及該清掃裝置，該電動閥根據該清掃訊號斷開該粗過濾器及該去水器之間的連通，以及該清掃裝置根據該清掃訊號發出一高壓氣體至該些前處理裝置中。

在本發明一實施例中，該些前處理裝置各更包含：一手動閥，連接該粗過濾器及該去水器。

在本發明一實施例中，該些前處理裝置各更包含：一加熱器，連接該去水器。

在本發明一實施例中，該廢氣取樣分析系統更包含一分析抽氣裝置，連通該些三通電動閥的該第一出口，其中該時序控制裝置電性連接該分析抽氣裝置，以及該時序控制裝置根據該預設時序發出一分析抽氣訊號予該分析抽氣裝置，以使該分析抽氣裝置進行一抽氣動作。

在本發明一實施例中，該廢氣取樣分析系統更包含一排洩抽氣裝置，連通該些三通電動閥的該第二出口，其中該排洩抽氣裝置常時進行一抽氣動作。

在本發明一實施例中，該分析裝置分析該廢氣中的O ₂、CO、NO _x或SO _x的含量。

在本發明一實施例中，該爐體係一燃燒爐。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1A及1B圖，該廢氣取樣分析系統10例如適用於具有多個管道的一爐體(例如燃燒爐)。該廢氣取樣分析系統10包含：多個前處理裝置11、多個三通電動閥12、一分析裝置13、一排洩裝置14及一時序控制裝置15。由於本發明實施例的廢氣取樣分析系統10大致上可區分為三個部分，包含取樣、分析與電控，以下分別進行論述。

首先，取樣部分大致上指的是多個前處理裝置11。該些前處理裝置11分別連通該些管道，用於處理該些管道中的廢氣。具體的，該些前處理裝置11可以根據需要進行量測的位置設置，例如在該爐體的燃燒器的附近，或者廢氣產生的位置。

在一實施例中，該前處理裝置11各包含一探測棒111、一粗過濾器112、一去水器113及一細過濾器114。該探測棒111連通該些管道之一者，用於引入廢氣至該些前處理裝置11之一者中。在一實施例中，該探測棒111是耐高溫材質，其可根據需要量測廢氣的位置，將該探測棒111伸入該爐體的管道中來抽吸廢氣。

另外，該前處理裝置11的粗過濾器112連接該探測棒111，用於過濾該廢氣中的非氣體物質。該粗過濾器112例如可採用市售的過濾膜，其主要用於隔離一定粒徑以上的非氣體物質，例如該爐體中物質燃燒所可能產生的雜質微粒。

此外，該前處理裝置11的去水器113連通該粗過濾器112，用於去除該廢氣中的水分子。這是因為，當高溫廢氣中含有硫成分時，其在降溫時會凝結，並可能與水氣生成硫酸，這將導致現場機器或本發明的廢氣取樣分析系統10分析儀器的損壞。因此本發明透過去水器將廢氣中的水氣排除。在一實施例中，該去水器例如採用市售的去水器(例如Nafion Dryer產品)，其通過高壓氣體將廢氣中的水分子/水氣排出。

另外，該前處理裝置11的細過濾器114連接該去水器113及該些三通電動閥12之一者的廢氣入口121(關於三通電動閥12與廢氣入口121的詳細說明將在後面段落進行)，用於去除該廢氣中的雜質。該細過濾器114例如可採用市售的過濾膜，其主要用於隔離一定粒徑以上的非氣體物質，例如該爐體中物質燃燒所可能產生的雜質微粒。在一實施例中，相較於該粗過濾器112所採用的過濾膜，該細過濾器114所採用的過濾膜可過濾更低粒徑的非氣體物質。

接著是分析部分，分析部分大致上指的是從前處理裝置11所進行的前處理後，如何進行利用多對一架構對廢氣進行自動化分流與自動化分析。具體地，首先介紹該些三通電動閥12，各包含一廢氣入口121、一第一出口122及一第二出口123，其中該些三通電動閥的廢氣入口121分別連接該些前處理裝置11(例如前處理裝置11的細過濾器114)。三通電動閥12的特性在於，可以三通電動閥12可以根據指令來對開啟或關閉第一出口122及第二出口123。接著，介紹該分析裝置13與該排洩裝置14，分別連通該第一出口122與該第二出口123，該分析裝置13可用來分析流通第一出口122的廢氣成份，例如包含但不限於O ₂、CO、NO _x或SO _x的含量。該分析裝置13可以是市售的氣體分析儀。另外，該排洩裝置14則是用於將廢氣排洩而出，例如是市售的排氣設備。由上可知，可以對三通電動閥12下指令，以開啟或關閉廢氣與該分析裝置13之間或廢氣與該排洩裝置14之間的通道，進而產生分析廢氣或排洩廢氣的分流效果。

接著是電控部分，電控部分主要是利用一時序控制裝置15(例如市售的可程式化邏輯控制器(programmable logic controller，簡稱PLC))來進行的。該時序控制裝置15電性連接該些三通電動閥12，其中該時序控制裝置15根據一預設時序發出一控制訊號予該些三通電動閥12，以及該些三通電動閥12根據該控制訊號控制該第一出口122及該第二出口123的開啟與關閉。在一實施例中，為了得到特定位置的分析數據，在該預設時序中，該些三通電動閥12之一者的該第一出口122開啟且該第二出口123關閉，以及該些三通電動閥12之其他者的該第一出口122皆關閉且該第二出口123皆開啟。由上可知，僅有一個第一出口122開啟，其他第一出口122皆關閉，因此單一位置處的廢氣會前往分析裝置13中進行分析，而其他位置處的廢氣會前往第二出口123，進而排洩廢氣。

在一實施例中，該些前處理裝置11各更包含：一電動閥115，連接該粗過濾器112及該去水器113；以及一清掃裝置116，連通該些前處理裝置11，用於清掃該些前處理裝置11中的廢氣(或前次分析或分流中所可能產生的雜質)，其中該時序控制裝置15根據該預設時序發出一清掃訊號予該電動閥115及該清掃裝置116，該電動閥115根據該清掃訊號斷開該粗過濾器112及該去水器113之間的連通，以及該清掃裝置116根據該清掃訊號發出一高壓氣體至該些前處理裝置中。在本實施例中，例如可以透過上述方式來清掃管路，以提高分析精確度，並且也可使管道不被雜質所腐蝕。

在一實施例中，該些前處理裝置11各更包含：一手動閥117，連接該粗過濾器112及該去水器113。該手動閥117可用於手動關閉或開啟前處理裝置的取樣功能。上述功能的好處在於，不需更動原有的自動化設定，即可強制某一量測位置或某些量測位置的取樣功能，這便於置換前處理裝置11中的構件(例如探測棒111、粗過濾器112、去水器113及/或細過濾器114)。在另一方面，這也具有待測氣體失真校正用的用途(例如關閉手動閥117，接著利用校正裝置(未繪示)來校正分析裝置13)。

在一實施例中，該些前處理裝置11各更包含：一加熱器118，連接該去水器113。該加熱器118的用途例如用於保溫，以確保在過濾中廢氣中的硫不會凝結。另外，雖過濾後的廢氣溫度提高，但其可透過細過濾器與分析裝置之間的流通路徑的距離(例如可以設計一定距離以上的流通路徑)進行自然降溫。

在一實施例中，該廢氣取樣分析系統10更包含一分析抽氣裝置16，連通該些三通電動閥12的該第一出口122，其中該時序控制裝置15電性連接該分析抽氣裝置16，以及該時序控制裝置15根據該預設時序發出一分析抽氣訊號予該分析抽氣裝置16，以使該分析抽氣裝置16進行一抽氣動作。在本實施例中，該抽氣動作可將廢氣加速抽往該分析裝置13中，以進行廢氣的分析。

在一實施例中，該廢氣取樣分析系統10更包含一排洩抽氣裝置17，連通該些三通電動閥12的該第二出口123，其中該排洩抽氣裝置17常時進行一抽氣動作。在本實施例中，該排洩抽氣裝置17隨時進行抽氣，這是因為本發明是多對一的自動化架構，即多個量測點對應於一個分析裝置13。因此，未用於分析的量測點處所抽取的廢氣可直接進行抽氣以利排洩。

在一實施例中，該預設時序例如可以參考第2圖的時序示意圖。第2圖中的預設時序例如是針對於二個量測點所進行的時序控制，其方式可以衍生並用於三、四或五個以上的量測點。從第2圖可知，一開始提供一清掃訊號(約25秒)給位置A處的前處理裝置11的電動閥115與清掃裝置116，以進行清掃。

之後，發出控制訊號給位置A處的三通電動閥12，使位置A處的三通電動閥12的第一出口122開啟以及第二出口123關閉(選擇性地可發出一分析抽氣訊號予該分析抽氣裝置16以進行抽氣動作)，以進行分析動作。

另一方面，在位置A處的廢氣進行分析時，位置A處之外(例如後述的位置B)的三通電動閥12的第一出口122皆是處於關閉狀態(例如可以是由時序控制裝置15下指令始進行關閉；或者常時保持關閉狀態，並只有當獲得開啟指令時始開啟)，並且位置A處之外(例如後述的位置B)的三通電動閥12的第二出口123開啟。由上可知，位置A處之外(例如後述的位置B)的廢氣因此而進入到排洩裝置14並且排洩而出。

值得一提的是，為了確保資料的準確性，可以截取後段的時間點的分析數據作為位置A處的廢氣的分析結果。該分析結果例如可以是時序控制裝置15根據預設時序給予分析裝置13一採集結果訊號，並且該分析裝置13根據該分析結果指令儲存特定時間段的分析數據作為分析結果，例如可儲存在分析裝置13中，或者可以透過有線/無線傳輸至另一資料庫18中。

之後，在分析位置A處的廢氣後，進行位置B處的分析，其時序可參考位置A處的所進行的時序。在此不在贅述。

由上可知，本發明實施例之廢氣取樣分析系統可具備以下架構：

多對一架構：本發明以一個分析裝置量取多個量測點，量測點間以多對一切換閥進行分時切換，切換流程由PLC進行程序控制，全程自動化量測無人工耗時與廢氣外洩之風險。

分流回路：本發明可應用在量測點與分析儀器距離遙遠的情況，並且量測點可為廢氣層管而非煙囪排放口。由於待測氣體在爐體的管路為負壓，為了加速量測時間，所有量測點連續抽取氣體，待量測時間時再以分流回路抽取取樣氣體進行分析。每個量測點以三通電動閥切換分析及排洩回路。另外，若是遇增加量測點時，可直接在新的量測點對應增加前處理裝置與三通電動閥，而不用大量變更管路架構。

非接觸式量測：本案採用分析儀器可量測O ₂、CO、NO _X與SO _X。在一實施例中，使用順磁式方式量測O ₂，採用光學紅外線方式量測CO、NO _X與SO _X，皆屬於非接觸性量測，無使用壽命與間歇時間之考量。

粉塵過濾系統：COG燃燒後會有tar殘留，因此本發明可設有粗過濾器與細過濾器，粗過濾器可用於濾除廢氣中粉塵，細過濾器則確保通過去水器後的氣體無粉塵。另外，本發明還可具有自動化的清掃裝置，或者可透過手動閥的控制來手動更換前處理裝置的各個構件。

溫度調節系統：本發明可具有保溫回路(例如前處理裝置的加熱器)，以確保在過濾中硫不致凝結，而過濾後透過前處理裝置與分析裝置間的管道路徑的距離自然降溫。

去水系統(或稱却水系統)：本案場之廢氣含有硫成分，避免溫降後凝結之硫與水氣生成硫酸，因此本發明可採用市售的去水器(例如Nafion Dryer產品)，其是通過高壓氣體將取樣氣體中的水分子排出，以避免與凝結的硫生成酸。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:廢氣取樣分析系統 11:前處理裝置 12:三通電動閥 13:分析裝置 14:排洩裝置 15:時序控制裝置 16:分析抽氣裝置 17:排洩抽氣裝置 18:資料庫 111:探測棒 112:粗過濾器 113:去水器 114:細過濾器 115:電動閥 116:清掃裝置 117:手動閥 118:加熱器 121:廢氣入口 122:第一出口 123:第二出口

第1A圖是本發明實施例的廢氣取樣分析系統的一方塊示意圖。第1B圖是本發明實施例的廢氣取樣分析系統的前處理裝置的方塊示意圖。第2圖是本發明實施例的時序控制裝置的預設時序的時序示意圖。

10:廢氣取樣分析系統

11:前處理裝置

12:三通電動閥

13:分析裝置

14:排洩裝置

15:時序控制裝置

16:分析抽氣裝置

17:排洩抽氣裝置

18:資料庫

121:廢氣入口

122:第一出口

123:第二出口

Claims

一種廢氣取樣分析系統，適用於具有多個管道的一爐體，該廢氣取樣分析系統包含：多個前處理裝置，分別連通該些管道，用於處理該些管道中的廢氣，其中該些前處理裝置各更包含：一電動閥，連接該粗過濾器及該去水器；以及一清掃裝置，連通該些前處理裝置，用於清掃該些前處理裝置中的廢氣，其中該時序控制裝置根據該預設時序發出一清掃訊號予該電動閥及該清掃裝置，該電動閥根據該清掃訊號斷開該粗過濾器及該去水器之間的連通，以及該清掃裝置根據該清掃訊號發出一高壓氣體至該些前處理裝置中；多個三通電動閥，各包含一廢氣入口、一第一出口及一第二出口，其中該些三通電動閥的廢氣入口分別連接該些前處理裝置；一分析裝置，連通該第一出口；一排洩裝置，連通該第二出口；以及一時序控制裝置，電性連接該些三通電動閥，其中該時序控制裝置根據一預設時序發出一控制訊號予該些三通電動閥，以及該些三通電動閥根據該控制訊號控制該第一出口及該第二出口的開啟與關閉。
如請求項1所述之廢氣取樣分析系統，其中在該預設時序中，該些三通電動閥之一者的該第一出口開啟且該第二出口關閉，以及該些三通電動閥之其他者的該第一出口皆關閉且該第二出口皆開啟。
如請求項1所述之廢氣取樣分析系統，其中該些前處理裝置各包含：一探測棒，連通該些管道之一者，用於引入廢氣至該些前處理裝置之一者中；一粗過濾器，連接該探測棒，用於過濾該廢氣中的非氣體物質；一去水器，連通該粗過濾器，用於去除該廢氣中的水分子；以及一細過濾器，連接該去水器及該些三通電動閥之一者的該廢氣入口，用於去除該廢氣中的雜質。
如請求項3所述之廢氣取樣分析系統，其中該些前處理裝置各更包含：一手動閥，連接該粗過濾器及該去水器。
如請求項3所述之廢氣取樣分析系統，其中該些前處理裝置各更包含：一加熱器，連接該去水器。
如請求項1所述之廢氣取樣分析系統，更包含一分析抽氣裝置，連通該些三通電動閥的該第一出口，其中該時序控制裝置電性連接該分析抽氣裝置，以及該時序控制裝置根據該預設時序發出一分析抽氣訊號予該分析抽氣裝置，以使該分析抽氣裝置進行一抽氣動作。
如請求項1所述之廢氣取樣分析系統，更包含一排洩抽氣裝置，連通該些三通電動閥的該第二出口，其中該排洩抽氣裝置常時進行一抽氣動作。
如請求項1所述之廢氣取樣分析系統，其中該分析裝置分析該廢氣中的O₂、CO、NO_x或SO_x的含量。
如請求項1所述之廢氣取樣分析系統，其中該爐體係一燃燒爐。