CN101644643A - 用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，包括采样探头、与采样探头联接的气体伴热管和与气体伴热管联接的过滤干燥组件，过滤干燥组件与分析处理单元联接。过滤干燥组件包括与气体伴热管联接的气水分离器、与气水分离器联接的SO3气雾捕捉器、与SO3气雾捕捉器联接的隔膜抽气泵、与隔摸抽气泵联接的电子制冷器和与电子制冷器联接的薄膜渗透干燥器。本发明还公开了该样气预处理方法；本发明通过四级制冷除水，确保分析系统的长周期稳定运行，使样气无限接近于原有属性及特征，同时采用了过滤元件，有效排除了干扰组分，使分析数据更精确。另外还能定时对采集探头进行清洗。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体采样预处理装置及其方法，具体地说是指一种用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置及其方法。
背景技术
炼焦污染一直是国内环境污染不同与一般大气污染的特殊问题存在。其在生产过程中不仅通过烟囱有组织的向高空排放烟尘，造成大气污染，影响大气环境，而且由于开放环境下的装煤、出焦操作，还形成了大量的逸散和泄漏，造做无组织排放，不仅直接对焦化厂的工人及附近居民的身心健康造成危害，而且也是造成人们视觉污染和地区形象污染的主要原因。
目前我国对于机械化炼焦炉无组织排放的管理，以及建设项目环境影响评价、设计、竣工验收的检测设备和监控手段仍在起步阶段。因为无组织排放污染源分散、排放高度低、排放量不大、未经充分就进入地面呼吸带的特点，因此，对所采集样气的预处理，使样气尽可能维持其原有属性及特征，同时排出干扰组分，使采样具有代表性，反映实际情况，是进行样本分析首要解决的难点问题。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置。
本发明之预处理装置的技术内容为：用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于包括采样探头、与采样探头联接的气体伴热管和与气体伴热管联接的过滤干燥组件，所述过滤干燥组件的输出端与外部的分析处理单元联接。
其进一步技术内容为：所述的过滤干燥组件包括与气体伴热管联接的气水分离器、与气水分离器联接的SO3气雾捕捉器、与SO3气雾捕捉器联接的隔膜抽气泵、与隔摸抽气泵联接的电子制冷器和与电子制冷器联接的薄膜渗透干燥器；所述的薄膜渗透干燥器设有与外部分析处理单元联接的输出端。
其进一步技术内容为：还包括与过滤干燥组件输入端、输出端联接的仪表反吹风单元；所述的仪表反吹风单元包括仪表风气源、为采样探头提供反吹气体的前端输出管和为仪表提供量程气体的后端输出管。
其进一步技术内容为：还包括与过滤干燥组件输入端、输出端联接的标定单元。
其进一步技术内容为：所述的标定单元包括标定气源和动力气源；所述的标定气源包括NOx标气、SO2标气和N2标气。
其进一步技术内容为：所述的过滤干燥组件还联接有用于调节流量的旁路管和用于排出冷凝水及废气的恒压部件；所述的恒压部件与气水分离器的排水口之间设有可防止倒流的安全部件；所述的冷凝水包括气水分离器冷凝水和电子制冷器冷凝水。
其进一步技术内容为：所述的电子制冷器与薄膜渗透干燥器之间还增设有隔膜过滤器。
其进一步技术内容为：所述的电子制冷器包括一级电子制冷器和二级电子制冷器。
其进一步技术内容为：所述的过滤干燥组件还设有与氧气分析仪联接的输出接口。
本发明预处理方法的技术内容为：用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理方法，其特征在于对样气进行预处理包括以下步骤：a.采样探头收集无组织排放源排放出来的被污染的样气；b.样气经过气体伴热管加热后，进入气水分离器；c.热样气在气水分离器中被冷却至室温或接近室温，析出冷凝水并排出；d.样气再进入SO3气雾捕捉器，去除样气中影响SO2测量的SO3和粉尘；e.再经过隔膜抽气、电子制冷和薄膜渗透干燥三级除水之后，样气进入分析处理单元；还包括对采集探头定期进行清扫的反吹风过程，该反吹风采用与仪表风共用的气源，该气源由仪表反吹风单元提供；还包括对后序的分析处理单元等仪器进行零点、量程校准的标定过程，所述的标定过程由标定单元完成。其中的电子制冷过程包括一级电子制冷和二级电子制冷；电子制冷之后先进行隔膜过滤过程，再进入薄膜渗透干燥过程。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明采用了气体伴热管，故在其后的管路中不会结露，从而避免H2S和SO2的溶解于水而影响测量精度。通过四级制冷除水，使得烟气中的水结露点达到-30℃以下，确保分析系统的长周期稳定运行，使样气无限接近于原有属性及特征，同时采用了过滤元件，有效排除了干扰组分，使分析数据更精确，更具有代表性。另外本发明采用与仪表风共用气源的仪表反吹风单元，能定时对采集探头进行清洗。还设有标定单元，能很便捷地对分析处理单元进行标定。另外本装置各个部件采用不锈钢和聚四氟乙烯等防腐材料，使系统的抗腐蚀大大地提高。总之，本发明能对无组织排放源的样气进行有效地预处理，并能长期工作，寿命长；并能对后序的分析处理单元进行标定的功能。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置具体实施例的方框结构示意图；
图2为本发明用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置具体实施例的平面结构示意图。
附图标记说明
1 采样探头 2 气体伴热管
3 气水分离器 4 SO3气雾捕捉器
5 隔膜抽气泵 6 一级电子制冷器
7 级电子制冷器 8 隔膜过滤器
9 薄膜渗透干燥器 10 分析处理单元
11 仪表反吹风单元 12 标定单元
13 安全部件 14 恒压部件
15 溢流管 16 废气管
17 旁路管 18 氧气分析仪
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1和图2所示，本发明一种用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，包括采样探头1、与采样探头1联接的气体伴热管2和与气体伴热管2联接的过滤干燥组件，过滤干燥组件的输出端与外部的分析处理单元10联接。过滤干燥组件包括与气体伴热管2联接的气水分离器3、与气水分离器3联接的SO3气雾捕捉器4、与SO3气雾捕捉器4联接的隔膜抽气泵5、与隔摸抽气泵5联接的电子制冷器(电子制冷器包括一级电子制冷器6和二级电子制冷器7)、与电子制冷器联接的隔膜过滤器8和与隔膜过滤器8联接的薄膜渗透干燥器9；薄膜渗透干燥器9设有与外部分析处理单元10联接的输出端。还包括与过滤干燥组件输入端、输出端联接的仪表反吹风单元11；仪表反吹风单元11包括仪表风气源、为采样探头提供反吹气体的前端输出管和为仪表提供量程气体的后端输出管(图中未示出)。还包括与过滤干燥组件输入端、输出端联接的标定单元12。标定单元12包括标定气源和动力气源；标定气源包括NOx标气、SO2标气和N2标气。
过滤干燥组件还联接有用于调节流量的旁路管17(接于电子制冷器的前端)和用于排出冷凝水(包括电子制冷器和气水分离器的冷凝水)及废气的恒压部件14；恒压部件14与气水分离器3的排水口之间设有可防止倒流(冷凝水)的安全部件13(一种可防止液体倒流的过滤网结构)。过滤干燥组件还设有与氧气分析仪联接的输出接口(如图2所示，该输出接口联接于隔膜过滤器8与薄膜渗透干燥器9之间。
用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理方法，其包括以下步骤：
a.采样探头收集无组织排放源排放出来的被污染的样气；
b.样气经过气体伴热管加热后，进入气水分离器；
c.热样气在气水分离器中被冷却至室温或接近室温，析出冷凝水并排出；
d.样气再进入SO3气雾捕捉器，去除样气中影响SO2测量的SO3和粉尘；
e.再经过隔膜抽气、电子制冷和薄膜渗透干燥三级除水之后，样气进入分析处理单元；
还包括对采集探头定期进行清扫的反吹风过程，该反吹风采用与仪表风共用的气源，该气源由仪表反吹风单元提供；还包括对后序的分析处理单元等仪器进行零点、量程校准的标定过程，所述的标定过程由标定单元完成。其中的电子制冷过程包括一级电子制冷和二级电子制冷；电子制冷之后先进行隔膜过滤过程，再进入薄膜渗透干燥过程。
以下为具体实施时的一些技术说明：
气体伴热管2为耐腐蚀、耐高温的聚四氟乙烯管。根据烟气的露点，采样管道内的温度一般控制在120℃-180℃，即可保证烟气在采样管道内不会结露。气体伴热管2外有坚固的耐热橡胶防护层，中间有玻璃纤维保温，温度0-280℃可调。
采样探头1可定时由系统自动或手动(通过阀门实现手动控制或自动控制)对其滤芯表面的积灰进行反吹清扫(反吹风的空气来自仪表反吹风单元)，保证样气采集通畅。由于气体采样和气体输送均采用可控伴热方式，因可最大限度的避免由于结露而造成的管道污染、堵塞。不锈钢和聚四氟乙烯等防腐材料的使用，使系统的抗腐蚀大大的提高。
样气从采样探头1，在气体伴热管2的协同作用下，首先进入气水分离器3(YX-QS-TH02-03型)。气水分离器3由不锈钢制成，其外测有冷却风扇，热样气进入后迅速降温达到室温或接近室温，析出水分。故在其后的管路中不会结露，从而避免H2S和SO2的溶解于水而影响测量精度。
样气再通过SO3捕捉器4(YX-SO3-TL04-III型)，去除影响SO2测量的SO3、粉尘，再经过隔膜抽气泵5、电子制冷器6和7、薄膜渗透干燥器9三级除水。隔膜抽气泵5最大抽气量约为10L/min。样气进入电子制冷器6、7前分为两路，一路和凝结水一起进入恒压井14，另一路经过过滤管后进入电子制冷器6、7，被冷却到2℃，然后再经隔膜过滤器8进一步干燥、除尘后，进入分析处理单元10。每个监测因子由独立的分析处理单元10进行测量，消除监测因子间的相互干扰。
制冷脱水的过程：强制风冷→一级电子制冷6→二级电子制冷(保护)7→薄膜渗透干燥器9。电子制冷器采用节能环保的半导体材料制作(珀尔贴效应)。
强制风冷：温降迅速，脱水效果好，SO2损失量低，防腐效果好。主要利用气体流动可以带走热量的原理，用特殊不锈钢材料，可以防止腐蚀，此过程是制冷的主要过程，可以使气体的温度降低至接近室温，基本上占整个制冷脱水过程的90％以上。此过程是一个气液快速分离的过程，冷凝水自重进入安全部件13(又称为安全井)，可以很好地防止H2S和SO2溶解于水，整个过程SO2的损失量可在0.01％以下。
一级电子制冷：强制风冷之后的制冷主要是进一步去除样气中的水、降低气体温度，使其达到分析处理单元的最佳工作温度(4℃)。主要特点是快速、除水效果完全，此过程后烟气的露点可降到0℃以下。
二级电子制冷：二级制冷具有互为保护作用，在前一级电子制冷失效后，后一级电子制冷可有效的工作，避免脱水失效给预处理过程和分析处理单元造成腐蚀。
薄膜渗透干燥器9：进一步干燥样气，此过程后样气的结露点达到-30℃以下，能够很好的保护分析处理单元不受样气的腐蚀。同时可过滤掉样气中的悬浮颗粒(气态和液态的)，避免颗粒遮光影响造成测量值偏差。
通过四级制冷除水，使得烟气中的水结露点达到-30℃以下，确保分析系统的长周期稳定运行，使样气无限接近于原有属性及特征，同时有效排除了分析干扰组分，使分析数据更精确，更具有代表性。
仪表反吹风单元11：提供反吹气源和氧气分析仪标定的量程气体。
标定单元12：对仪器进行零点、量程校准。
安全部件(安全井)13：防止恒压井的水倒流进入标气气路而对分析处理单元造成危害。
恒压部件(恒压井)14：废水、废气的排出，对采集当地样气保持恒定的流速、压力。
溢流管15：排出冷凝水。
废气管16(室外排气)：将采集的富余样气经过水过滤后排出室外，以免造成样气中的有害物质滞留于监测站房内，而对维护人员造成危害。
旁路17：对流量进行调节，使多余的气体从其他管路排出。
氧气分析仪18：对样气中的含氧量进行测量。
以上各单元和各个部件之间的联接管道中可依实际需要设置电磁阀或手动阀，以实现控制系统对其进行自动控制，或维护时能进行手动开启或关闭。
综上所述，本发明采用了气体伴热管，故在其后的管路中不会结露，从而避免H2S和SO2的溶解于水而影响测量精度。通过四级制冷除水，使得烟气中的水结露点达到-30℃以下，确保分析系统的长周期稳定运行，使样气无限接近于原有属性及特征，同时采用了过滤元件，有效排除了干扰组分，使分析数据更精确，更具有代表性。另外本发明采用与仪表风共用气源的仪表反吹风单元，能定时对采集探头进行清洗。还设有标定单元，能很便捷地对分析处理单元进行标定。另外本装置各个部件采用不锈钢和聚四氟乙烯等防腐材料，使系统的抗腐蚀大大地提高。总之，本发明能对无组织排放源的样气进行有效地预处理，并能长期工作，寿命长；并能对后序的分析处理单元进行标定的功能。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于包括采样探头、与采样探头联接的气体伴热管和与气体伴热管联接的过滤干燥组件，所述过滤干燥组件的输出端与外部的分析处理单元联接。
2.根据权利要求1所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于所述的过滤干燥组件包括与气体伴热管联接的气水分离器、与气水分离器联接的SO3气雾捕捉器、与SO3气雾捕捉器联接的隔膜抽气泵、与隔摸抽气泵联接的电子制冷器和与电子制冷器联接的薄膜渗透干燥器；所述的薄膜渗透干燥器设有与外部分析处理单元联接的输出端。
3.根据权利要求2所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于还包括与过滤干燥组件输入端、输出端联接的仪表反吹风单元；所述的仪表反吹风单元包括仪表风气源、为采样探头提供反吹气体的前端输出管和为仪表提供量程气体的后端输出管。
4.根据权利要求3所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于还包括与过滤干燥组件输入端、输出端联接的标定单元。
5.根据权利要求4所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于所述的标定单元包括标定气源和动力气源；所述的标定气源包括NOx标气、SO2标气和N2标气。
6.根据权利要求5所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于所述的过滤干燥组件还联接有用于调节流量的旁路管和用于排出冷凝水及废气的恒压部件；所述的恒压部件与气水分离器的排水口之间设有可防止倒流的安全部件；所述的冷凝水包括气水分离器冷凝水和电子制冷器冷凝水。
7.根据权利要求6所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于所述的电子制冷器与薄膜渗透干燥器之间还增设有隔膜过滤器；所述的电子制冷器包括一级电子制冷器和二级电子制冷器。
8.根据权利要求7所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理装置，其特征在于所述的过滤干燥组件还设有与氧气分析仪联接的输出接口。
9.用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理方法，其特征在于对样气进行预处理包括以下步骤：
a.采样探头收集无组织排放源排放出来的被污染的样气；
b.样气经过气体伴热管加热后，进入气水分离器；
c.热样气在气水分离器中被冷却至室温或接近室温，析出冷凝水并排出；
d.样气再进入SO3气雾捕捉器，去除样气中影响SO2测量的SO3和粉尘；
e.再经过隔膜抽气、电子制冷和薄膜渗透干燥三级除水之后，样气进入分析处理单元；
还包括对采集探头定期进行清扫的反吹风过程，该反吹风采用与仪表风共用的气源，该气源由仪表反吹风单元提供；还包括对后序的分析处理单元等仪器进行零点、量程校准的标定过程，所述的标定过程由标定单元完成。
10.根据权利要求9所述的用于炼焦炉无组织排放源的样气预处理方法，其特征在于所述的电子制冷过程包括一级电子制冷和二级电子制冷；电子制冷之后先进行隔膜过滤过程，再进入薄膜渗透干燥过程。
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