一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，包括采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器及DCS控制系统；采样枪中的采样管通过电控四通阀连接三路采样单元，三路采样单元设3条采样支路，分别为固液相采样支路、干燥气体采样支路及酸性气体采样支路；三路采样单元通过四通阀依次连接稳压单元和质量流量控制器；采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器中的检测及控制元件分别与DCS控制系统连接。本实用新型实现了采用单台装置对焦炉烟道废气固液相成分、酸性气体成分、干燥气体分别进行精确高效采样的目的，结构简单，功能多样，操作方便。

主设计要求

1.一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，其特征在于，包括采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器及DCS控制系统；所述采样枪中的采样管通过电控四通阀连接三路采样单元，采样管上设超声波流量计；三路采样单元设3条采样支路，3条采样支路分别为固液相采样支路、干燥气体采样支路及酸性气体采样支路；所述固液相采样支路上设固液相采样管，固液相采样管的外侧设帕尔帖冷却器，所述酸性气体采样支路上设双吸收瓶组，3条采样支路的气流末端分别设止逆阀；三路采样单元通过四通阀连接稳压单元的进气端，稳压单元的出气端连接质量流量控制器，质量流量控制器的出气端能够连接采样气袋；采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器中的检测及控制元件分别与DCS控制系统连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，其特征在于，所述采样枪由采样管、第一热电偶、第一加热带及第二热电偶组成；所述第一热电偶设于采样管的进气端，第二热电偶设于超声波流量计上游的采样管上并靠近超声波流量计设置，位于超声波流量计之外的采样管、第一热电偶及第二热电偶均由第一加热带包覆；所述超声波流量计、第一热电偶、第二热电偶及第一加热带的控制器分别连接DCS控制系统。

3.根据权利要求1所述的一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，其特征在于，所述固液相采样管内设三段填料，沿样气流动方向，第一段为玻璃纤维棉填料，第二段为活性炭填料，第三段为大孔吸附树脂填料。

4.根据权利要求1所述的一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，其特征在于，所述双吸收瓶组由依次连接的2个吸收瓶组成，每个吸收瓶内均装有过氧化氢与三乙醇胺混合吸收液。

5.根据权利要求1所述的一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，其特征在于，所述电控四通阀与固液相采样管之间的样气输送管路、电控四通阀与双吸收瓶组之间的样气输送管路外侧分别设第二加热带，第二加热带的控制器与DCS控制系统相连。

6.根据权利要求1所述的一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，其特征在于，所述稳压单元由沿气流方向依次设置在样气输送管路上的前稳压罐、气泵及后稳压罐组成，后稳压罐上设电压力表，所述气泵及电压力表分别与DCS控制系统相连。

7.根据权利要求1所述的一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，其特征在于，所述质量流量控制器上游的样气输送管路上设第三热电偶，第三热电偶与DCS控制系统相连。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及焦炉烟道气在线检测技术领域，尤其涉及一种适用于采用GC-MS法或IC法检测焦炉烟道气成分时用的采样装置。

背景技术

目前在线检测焦炉烟道气成分所使用的采样方法主要有以下几种：

(1)《GBT 16157-1996固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》中提及的传统采样装置，该装置的特点是可以较为准确的计算气体中水分含量；其不足在于：装置结构复杂，使用不便，使用前需要较长的准备时间，连接设备较多容易导致漏气，精确度不足；同时焦炉烟道气中的SO _{2<\/sub>等酸性气体会直接溶于冷却水中继而导致酸性气体分析值无效，使用单一玻璃纤维作为气体中固液相吸附剂导致吸附性能低等。}

(2)《HJT 56-2000固定污染源排气中二氧化硫的测定碘量法》、《HJT 43-1999固定污染源排气中氮氧化物的测定盐酸萘乙二胺分光光度法》等使用化学溶液吸收特定气体的环境测试标准中提出的采样方法，该方法的特点是可以对特定气体进行精确定量采样；其不足在于功能单一，不可对烟气中固液相成分进行采样，装置需提前抽取真空，操作复杂；碘量测定二氧化硫法吸收液吸收性能差，吸收后稳定性差。

(3)《HJ 629-2011固定污染源废气二氧化硫的测定非分散红外吸收法》、《HJT 57-2000固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法》、《HJ 692-2014固定污染源废气氮氧化物的测定非分散红外吸收法》、《HJ 693-2014固定污染源废气氮氧化物的测定定电位电解法》等采用仪器直读的环境测试标准下分析仪器自带的采样功能，其特点在于可通过仪器直读出测试浓度，无需提前准备，采样结果稳定，其不足在于采集样品仅能供本仪器使用，不可留样保存，不可对烟气中固液相成分进行采样，即使使用加热管线，高湿烟气依然会在干燥器、帕提尔冷却器等部分冷凝，继而吸收SO _{2<\/sub>等酸性气体导致酸性气体成分分析出现偏差。}

发明内容

本实用新型提供了一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，可精确采集焦炉烟道气中的的固液相成分，方便通过GC-MS法分析；同时可在排除冷凝水影响的情况下精确采集SO_{2<\/sub>并将其氧化为SO_{4<\/sub>^{2-<\/sup>离子进行稳定保存，方便通过IC法分析；本实用新型实现了采用单台装置对焦炉烟道废气固液相成分、酸性气体成分、干燥气体分别进行精确高效采样的目的，结构简单，功能多样，操作方便。}}}

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，包括采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器及DCS控制系统；所述采样枪中的采样管通过电控四通阀连接三路采样单元，采样管上设超声波流量计；三路采样单元设3条采样支路，3条采样支路分别为固液相采样支路、干燥气体采样支路及酸性气体采样支路；所述固液相采样支路上设固液相采样管，固液相采样管的外侧设帕尔帖冷却器，所述酸性气体采样支路上设双吸收瓶组，3条采样支路的气流末端分别设止逆阀；三路采样单元通过四通阀连接稳压单元的进气端，稳压单元的出气端连接质量流量控制器，质量流量控制器的出气端能够连接采样气袋；采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器中的检测及控制元件分别与DCS控制系统连接。

所述采样枪由采样管、第一热电偶、第一加热带及第二热电偶组成；所述第一热电偶设于采样管的进气端，第二热电偶设于超声波流量计上游的采样管上并靠近超声波流量计设置，位于超声波流量计之外的采样管、第一热电偶及第二热电偶均由第一加热带包覆；所述超声波流量计、第一热电偶、第二热电偶及第一加热带的控制器分别连接DCS控制系统。

所述固液相采样管内设三段填料，沿样气流动方向，第一段为玻璃纤维棉填料，第二段为活性炭填料，第三段为大孔吸附树脂填料。

所述双吸收瓶组由依次连接的2个吸收瓶组成，每个吸收瓶内均装有过氧化氢与三乙醇胺混合吸收液。

所述电控四通阀与固液相采样管之间的样气输送管路、电控四通阀与双吸收瓶组之间的样气输送管路外侧分别设第二加热带，第二加热带的控制器与DCS控制系统相连。

所述稳压单元由沿气流方向依次设置在样气输送管路上的前稳压罐、气泵及后稳压罐组成，后稳压罐上设电压力表，所述气泵及电压力表分别与DCS控制系统相连。

所述质量流量控制器上游的样气输送管路上设第三热电偶，第三热电偶与DCS控制系统相连。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)实现利用单台装置分别对焦炉烟道气中固液相成分、酸性气体成分、干燥气体的精确高效采样，以达功能多样化；

2)前段采样管路全部使用加热带包裹，防止高湿烟气温度低于露点，冷凝水析出后吸收SO_{2<\/sub>等酸性气体导致废气分析结果偏差；}

3)固液相采样采用三段填料式的固液相采样管，同时用帕尔帖冷却器冷却，相对于传统的玻璃纤维膜采样管极大地提高了采样效率；

4)酸性气体采样采用碱性体系氧化试剂，以SO_{2<\/sub>为例，相对于仪器法，本实用新型可吸收在样气输送管路中已生成的亚硫酸，保证分析结果不受冷凝水影响。相对于《HJT56-2000固定污染源排气中二氧化硫的测定碘量法》中的方法，本实用新型以稳定的硫酸根离子形式而非不稳定的亚硫酸根捕获二氧化硫，吸收液吸收效率更为高效，使用过的吸收液可以稳定保存；}

5)对于干燥气体，本装置可精确计量采样气体，并可使用采样气袋等容器对于采样气体进行存储。

附图说明

图1是本实用新型所述一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置的结构示意图。

图2是本实用新型所述固液相采样管的结构示意图。

图中：1.第一热电偶 2.采样管 3.第一加热带 4.超声波流量计 5.帕尔帖冷却器6.固液相采样管 61.玻璃纤维棉填料 62.活性炭填料 63.大孔吸附树脂填料 7.止逆阀8.双吸收瓶组 9.前稳压罐 10.后稳压罐 11.电压力表 12.质量流量控制器 13.气泵14.DCS控制系统 15.第二热电偶 16.第三热电偶 17.电控四通阀 18.第二加热带

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置，包括采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器12及DCS控制系统14；所述采样枪中的采样管2通过电控四通阀17连接三路采样单元，采样管2上设超声波流量计4；三路采样单元设3条采样支路，3条采样支路分别为固液相采样支路、干燥气体采样支路及酸性气体采样支路；所述固液相采样支路上设固液相采样管6，固液相采样管6的外侧设帕尔帖冷却器5，所述酸性气体采样支路上设双吸收瓶组8，3条采样支路的气流末端分别设止逆阀7；三路采样单元通过四通阀连接稳压单元的进气端，稳压单元的出气端连接质量流量控制器12，质量流量控制器12的出气端能够连接采样气袋；采样枪、三路采样单元、稳压单元、质量流量控制器12中的检测及控制元件分别与DCS控制系统14连接。

所述采样枪由采样管2、第一热电偶1、第一加热带3及第二热电偶15组成；所述第一热电偶1设于采样管2的进气端，第二热电偶15设于超声波流量计4上游的采样管2上并靠近超声波流量计4设置，位于超声波流量计4之外的采样管2、第一热电偶1及第二热电偶15均由第一加热带3包覆；所述超声波流量计4、第一热电偶1、第二热电偶15及第一加热带3的控制器分别连接DCS控制系统14。

如图2所示，所述固液相采样管6内设三段填料，沿样气流动方向，第一段为玻璃纤维棉填料61，第二段为活性炭填料62，第三段为大孔吸附树脂填料63。

所述双吸收瓶组8由依次连接的2个吸收瓶组成，每个吸收瓶内均装有过氧化氢与三乙醇胺混合吸收液。

所述电控四通阀17与固液相采样管6之间的样气输送管路、电控四通阀17与双吸收瓶组8之间的样气输送管路外侧分别设第二加热带18，第二加热带18的控制器与DCS控制系统14相连。

所述稳压单元由沿气流方向依次设置在样气输送管路上的前稳压罐9、气泵13及后稳压罐10组成，后稳压罐10上设电压力表11，所述气泵13及电压力表11分别与DCS控制系统14相连。

所述质量流量控制器12上游的样气输送管路上设第三热电偶16，第三热电偶16与DCS控制系统14相连。

本实用新型所述一种检测焦炉烟道气成分时用的采样装置采用电控四通阀17实现功能切换，使用流量计、热电偶与DCS控制系统14配合实现对采样气体流量的控制，采用固液相采样管6、吸收瓶或采样气袋分别对不同采样物质进行收集，采用气泵13与电压力表11联锁控制后稳压罐10的压力，可以实现对焦炉烟道气中固液相成分、含湿烟气中SO_{2<\/sub>及干燥气体的精确定量采集。本实用新型有效解决了现有采样装置功能单一、采样效率低、吸收样品稳定性低等问题，对焦炉烟道气采样分析具有重要的应用价值。}

相关术语解释：

GC-MS：气相色谱质谱联用仪，将气相色谱仪和质谱仪联合起来使用的仪器。

IC：离子色谱，是以低交换容量的离子交换树脂为固定相对离子性物质进行分离,IC法是用电导检测器连续检测流出物电导变化的一种色谱方法。

DCS控制系统：即分布式控制系统，英文缩写Distributed Control System，在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。

珀尔帖冷却器：利用具有热电能量转换特性的材料在通过直流电时具有制冷效用的原理的冷却器。

第一热电偶1、第二热电偶15、第三热电偶16分别与DCS控制系统14通信连接，其温度信息由DCS控制系统显示、计算、存储；超声波流量计4与DCS控制系统14通信连接，其烟气流量数据由DCS控制系统14显示、计算、存储；电控四通阀17与DCS控制系统14通信连接，其开向数据由DCS控制系统14显示、控制、存储；第一加热带3、第二加热带18的控制器分别与DCS控制系统14通信连接，其温度信息由DCS控制系统14显示、控制，存储；气泵13与DCS控制系统14通信连接，其转速信息由DCS控制系统14显示、控制、存储；后稳压罐10上安装的电压力表11与DCS控制系统14通信连接，其压力信息由DCS控制系统14显示、计算、存储；质量流量控制器12与DCS控制系统14通信连接，其流量信息由DCS控制系统14显示、控制、计算、存储。

图1中，超声波流量计及质量流量控制器上标注的FE是为fluid estimate的缩写，代表所属装置可以计量流过的流体流量；质量流量控制器上标注的FC为fluid control，代表所属装置可以控制流过的流体流量；超声波流量计上标注有FE代表其可以计量流量，质量流量控制器上同时标注有FE和FC，代表其即可计量也可控制流量，此为本领域的常规标注方法。

以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例1】

本实施例中，采样气体为某厂焦炉小烟道烟气，采样流量1L\/min，采样时间6h，采样流量的控制由DCS控制系统控14制气泵13实现，采样目的为采集烟气中固液相组分。采样过程如下：

DCS控制系统14控制电控四通阀17切换，使采样管2的出气端与固液相采样支路连通，采样过程中，第一加热带3和位于固液相采样支路上的第二加热带18分别由DCS控制系统14控制加热温度。采样时启动气泵13，烟气沿采样管2经超声波流量计4、电控四通阀17流至固液相采样管6，流经固液相采样管6时由帕尔帖冷却器5进行冷却，烟气中的固液相成分被三段填料61、62、63捕获，剩余气体经四通阀、稳压单元后由质量流量控制器12的出气口排出。

通过第二热电偶15及超声波流量计4向DCS控制系统14传递检测信息，经积分运算后获得采样总流量。三段填料捕获的固液相成分使用二硫化碳进行索氏提取，用GC-MS法进行分析。

【实施例2】

本实施例中，采样气体为含水模拟烟气，采样流量1L\/min，采样时间20min，采样流量的控制由DCS控制系统14控制气泵13实现，采样目的是采集烟气中的二氧化硫。采样过程如下：

DCS控制系统14控制电控四通阀17切换，使采样管2的出气端与酸性气体采样支路相连通。采用过程中，第一加热带3和位于酸性气体采样支路上的第二加热带18分别由DCS控制系统14控制加热温度。采样时，启动气泵13，烟气沿采样管2依次经超声波流量计4、电控四通阀17流至双吸收管组8，双吸收管组8由2个75ml吸收瓶串联后组成，2个吸收瓶内均装有35ml的吸收液，吸收液为3％的过氧化氢与3％的三乙醇胺的混合水溶液，烟气中的二氧化硫成分被吸收瓶中的吸收液捕获，剩余气体经四通阀、稳压单元后由质量流量控制器12的出气口排出。

通过第二热电偶15及超声波流量计4向DCS控制系统14传递检测信息，经积分运算后获得采样总流量。吸收液采集二氧化硫后使用500ml容量瓶定容，吸取10ml用IC法进行分析。

【实施例3】

本实施例中，采样气体为无水模拟烟气，采样目的为精确计量一定体积的样品气体。采样过程如下：

DCS控制系统14控制电控四通阀17切换，使采样管2的出气端与干燥气体采样支路相连通。采样时，启动气泵13，烟气沿采样管2依次经超声波流量计4、电控四通阀17、四通阀直接流至稳压单元，经过前稳压罐9由气泵13增压后进入后稳压罐10，后稳压罐10通过气泵13、电压力表11与DCS控制系统14联锁控制，保持压力在0.3Mpa。稳压后的烟气由质量流量控制器12控制流入采样气袋。

通过第三热电偶16及质量流量控制器12向DCS控制系统14传递检测信息，经积分运算后获得采样总流量。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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