专利名称：适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水泥窑炉采样气体分析装置，特别是涉及一种适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统。
背景技术：
窑炉燃烧排出的废气成分分析是窑炉效率、能源消耗、污染排放评价的主要依据之一。窑炉废气检测所面临的高温高粉尘恶劣环境，以煤为燃料的水泥窑炉的废气，不仅温度高、粉尘多，而且废气成分复杂。准确可靠、在线连续检测分析，一直是仪器仪表行业研究的课题。国外德国的ABB公司、西门子公司，国内引进技术的四川仪表、南京分析仪表、北京分析仪表、北京西克迈哈克、雪地龙等公司都在水泥行业的窑炉上直接移植推广使用其它行业的气体分析装置。
经过十几年的现场实践表明，这种直接移植的气体分析装置的不足之处是
I、探头设备复杂、造价高由于这种技术使用的探头，需要不断用压缩空气吹扫探头和过滤芯除尘，I至2小时内还要把探头拉出清扫一次，为此需要庞大的探头行走机构、控制盘柜、现场要设5平方米左右专用的气体分析装置设备安装平台。2、样气采集不连续、效率低下国内引进技术的四川仪表产品一般反吹间隔小于7至10分钟，每2小时拉出探头清扫一次；德国的ABB公司标准是反吹周期从3分钟、15分钟一直到I. 5小时，分成7挡，探头拉出时间为30分钟、2小时30分钟一直到15小时，也是对应的7档；但在水泥行业的窑尾烟室也只能使用最低档了。就要用压缩空气反吹一次探头和过滤芯，每次3到7分钟，由于反吹用的是压缩空气，所以反吹后再采样，需要将采样管道中的反吹用的压缩空气排出后，才是样气，才恢复到分析样气的时间。所以，分析仪器输出的成分含量曲线呈脉冲状连续曲线。分析仪器和探头距离越大，脉冲越尖。但是由于生产现场的实际距离不可能太�。话阍�30米/IOOft左右，所以脉冲都是很尖的。现场实测结果脉冲尖部的宽度超不过I到2分钟，也就是说，在每次反吹、分析周期中，检测分析数据的有效时间不超过2分钟。而且，由于经过原料磨粉磨的水泥熟料原料粉尘粒度差别很大，反吹的效果就会越来越差。3、这种直接移植的气体分析装置提供的分析数据不是分析仪器输出的分析结果，而是使用计算机技术将脉冲状曲线的尖端，也就是检测分析数据的有效部分，使用计算机强行进行连接，用数字量间断输出显示。现场实测结果脉冲尖部的宽度超不过I到2分钟，按7分钟一周期，实际分析2分钟计算，每小时分析8. 6次，每次2分钟，一小时只能分析17分钟烟气，一天只能分析408分钟，6. 8小时的烟气。如果采用3分钟一周期，效果就会更坏。由于检测分析数据的有效时间太短，所以输出的分析数据的真实性和代表性太差。4、水泥窑炉排出的废气中的NO含量能够直接反应水泥旋窑熟料烧结过程的温度，这一点正在引起水泥工艺人员的重视，并且开始使用NO成分含量值判断烧成带温度的高低。但是这种直接移植的气体分析装置在样气的采集过程中，采集来的样气需要在经过降温的管道中流动几十秒钟，使样气中的部分NO和样气中的部分O2产生化学反应，生成NO2, BP 2N0+ 02=2N02。这样，这种直接移植的气体分析装置输出的NO数值就低30%以上，并且是随机的。而且探头越长、管路越长，NO数值就低得越多。必须使用Ν02/Ν0气体转换器进行转换，才能使这种直接移植的气体分析装置输出的NO数值达到实际值。Ν02/Ν0气体转换器的高温和催化剂，直接影响分析仪器的寿命。由于我国地域广阔，燃料煤的生成条件复杂，煤种繁多，所以样气附带杂质多。如果使用了酸雾过滤器或双氧水洗涤，就把反应生成的NO2也去除了，输出的NO数值就只能是远远脱离正确值的没有意义的数据了。如果不使用了酸雾过滤器或双氧水洗涤，样气就会腐蚀系统的管路、部件、分析仪器，缩短这种直接移植的气体分析装置的使用寿命。
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有直接移植的气体分析装置技术的诸多缺陷，提供一种使用寿命长，结构简洁，使用方便，维护量少、费用低，能有效地降低煤耗少排放，降低成本，提高效益，保护环境，的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统。
实现上述目的采用以下技术方案
一种适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，主要由设置在系统的前端的喷水除尘的采样探头、设置在系统后部的分析仪表小屋，采样预处理柜、分析柜分别装于仪表小屋内，连接器位于采样探头的下方与采样探头相连通，其结构要点在于
a所述的采样探头由外管、隔离管、采样管和洗涤水管组成；洗涤水管、采样管、隔离管、外管按照从内到外的顺序依次装在探头内，所述的采样探头与连接器连接，连接器与冷却进水管、冷却回水管连接，采样探头与仪表小屋相连接；
b所述的采样预处理柜内装有抽气用射流泵、气水分离器、去湿器、过滤器、缓冲罐、排水水箱，抽气用射流泵与气水分离器用管路连接，气水分离器与去湿器、过滤器用管路连接，去湿器、过滤器分别与缓冲罐相连通，抽气用射流泵与取气管连通；
c所述的分析柜内装有NO、CO、O2分析仪、二次过滤器、电子冷却器、二次缓冲罐、电磁阀、标准气瓶、纸过滤器，二次过滤器、电子冷却器分别与二次缓冲罐相连接，电子冷却器与电磁阀相连，电磁阀与纸过滤器相连，纸过滤器与流量计连接，流量计与N0、C0、02分析仪相连，NO、CO、O2分析仪和分析柜相连，二次过滤器、电子冷却器与预处理柜内的二次缓冲罐相连。作为优选方案，所述的洗涤水管前端装有除尘喷头，该除尘喷头前端面、侧面分别开有孔，距喷头前端面开孔3. 5 mm处，设有挡板。作为优选方案，除尘喷头前端面开有5个孔，侧面开有2个孔。作为优选方案，所述的洗涤水管的洗涤水入口位于采样探头的尾端，该洗涤水入口与洗涤水管路连通，洗涤水管路上连接有流量开关。作为优选方案，所述的冷却进水管路与供水管连接。作为优选方案，所述的冷却回水管路与温度计、排水水箱连通。作为优选方案，所述的采样管的外壁、外管的内壁、隔离管共同组成了可以循环的冷却水套。作为优选方案，所述的采样气体分析系统使用的探头直径2吋，长度2m。作为优选方案，所述的湿式采样气体分析系统在窑炉温度为1000°C 1500°C环境中连续工作时，冷却水压力为O. 6Mpa、流量为60到80L/min、出口水温<50°C。作为优选方案，所述的采样探头在环境温度低于15°C时，其供水管道、采样管道用伴热线保温。采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明实现了使用清水，能够有效地去除样气中粉尘、长时间工作在窑炉的1000°C到1500°C环境中连续采取废气试样，一周吹扫清理一次，就可连续采取试样气体，分析结果曲线连续，没有断点；探头喷出的除尘水雾同时对进入装置的样气充分洗涤，去除燃煤产生的废气中各种与o2、no、co成分分析无关的有害物质、腐蚀性物质，有效地提高了分析装置零部件的使用寿命。由于NO、CO、O2不溶于水，进入探头的样气，由于随水流动，有水的存在，影响了 NO和O2反应条件，保持NO含量不变；同时，样气中含的5%左右的NO2溶于水之后，还释放出部分NO。所以分析仪分析结果总的误差约小于3 %。在O2 < 10%，缺氧条件下，3N02 + H2O = 2HN03 + NO丨。分析数据准确，能实时响应水泥熟料生产过程中各种变化，有效的指导窑炉生产操作。现场实验数据表明，配备现场分析仪表小屋后，使用寿命可超过十五年。本发明结·构简洁，使用方便，维护量少、费用低。它的使用能有效地降低煤耗少排放，降低成本，提高效益，保护环境。
图I是本发明的整体结构示意图。图2是本发明采样探头的放大结构示意图。图中，挡板I、喷水孔2、洗涤水管5、采样管6、隔离管7、外管8、温度计9、射流泵10、气水分离器11、去湿器12、过滤器13、缓冲罐14、排水水箱15、二次过滤器16、电子冷却器17、电磁阀18、纸过滤器19、流量计20、分析仪21、分析柜22、预处理柜23、分析仪表小屋24、采样探头25、标准气瓶26、二次缓冲罐27、喷头28、供水阀门29、洗涤水供水流量开关30、洗涤水控制阀门31、冷却进水管32、冷却回水管33、取气管路34、洗涤水入口 35。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明做进一步的描述。本实施例是一种适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，这种系统由采样探头25、分析柜22、预处理柜23等组成。具体结构见图1，图2，喷水除尘用的采样探头25由外管8、隔离管7、采样管6和洗涤水管5组成，设置在系统的前端。洗涤水管5、采样管6、隔离管7、外管8从内到外按照洗涤水管5、采样管6、隔离管7、外管8的顺序依次装在采样探头25内。洗涤水管5前端装有除尘喷头28，除尘喷头28的前端面、侧面分别开有孔，前端面开有5个孔，侧面开有2个孔，距除尘喷头28前端面开孔3. 5 mm处，设有挡板1，挡板I安装在喷头28前端。洗涤水管5的洗涤水入口 35位于采样探头25的尾端，该洗涤水入口 35与洗涤水管路连通，洗涤水管路上连接有洗漆水供水流量开关30。米样管6的外壁、夕卜管8的内壁、隔尚管7共同组成了可以循环的冷却水套。采样探头25的下方连接连接器，连接器与冷却进水管路32、冷却回水管路33连接，冷却进水管路32通过连接器与供水管连接与供水阀门29相连，冷却回水管路33和温度计9、与排水水箱15连通，排水水箱15装在采样预处理柜23内。米样探头25与仪表小屋24相连接,仪表小屋24设置在系统后部。采样预处理柜23、分析柜22装于分析仪表小屋24内，采样预处理柜23内装有抽气用射流泵10、气水分离器11、去湿器12、过滤器13、缓冲罐14、排水水箱15。抽气用射流泵10与气水分离器11用管路连接，气水分离器11与去湿器12、过滤器13用管路连接，去湿器12、过滤器13分别与缓冲罐14相连通，抽气用射流泵10与取气管路34连通，取气管路34和探头的采样管6相连。分析柜22内装有分析仪21、二次过滤器16、电子冷却器17、二次缓冲罐27、电磁阀18、标准气瓶26、纸过滤器19，二次过滤器16、电子冷却器17分别与二次缓冲罐27相连接，电子冷却器17与电磁阀18相连，电磁阀18与纸过滤器19相连，纸过滤器19与流量计20连接，流量计20与N0、C0、02分析仪21相连，N0、C0、02分析仪21和分析柜22连接。二 次过滤器16与预处理柜23内的过滤器13相连。本发明使用的探头直径2吋，长度2m。本发明在窑炉温度为1000°C 1500°C环境中连续工作时，冷却水压力为O. 6Mpa、流量为60到80L/min、出口水温<50°C。当环境温度低于15°C时，采样探头25的供水管道、采样管道用伴热线保温。本发明的采样探头25选用唐山奥特机电设备有限公司产品 本发明的射流泵10选用唐山奥特机电设备有限公司产品 (
本发明的气水分离器11选用日本恒河公司产品。本发明的去湿器12选用唐山奥特机电设备有限公司产品，过滤器13选用SMC公司产品，缓冲罐14选用唐山奥特机电设备有限公司产品，排水水箱15是500*400*400mm。本发明的二次过滤器16选用唐山奥特机电设备有限公司产品，电子冷却器17选用唐山奥特机电设备有限公司定制的产品，纸过滤器19选用唐山奥特机电设备有限公司产品，流量计20选用常州双环产品，分析仪21选用德国ABB公司产品，二次缓冲罐27选用唐山奥特机电设备有限公司产品。本发明的其它部件均为市售件。本发明的工作过程
装置启动工作时，喷头28伸出探头端面4，3. 5 4mm，并固定。洗涤水流量5 6L/mirio米样探头25插入工艺管道120 150mm。冷却水由供水阀门29流经冷却进水管路32，进入采样探头25的由外管8内壁、隔离管7和采样管6的外壁组成的冷却水套，由冷却水出水管路33流经温度计9，进入排水水箱15排出，调节供水阀门29，使温度计9指示小于50°C。洗涤水由供水流量开关30、洗涤水控制阀门31进入洗涤水管5，流向喷头28，由孔2和孔3喷出，由孔2喷出的洗涤水喷到挡板1，呈伞状射到采样探头25的探头端面4，盖住采样管6的进气孔，对样气实现洗涤和除尘。样气在射流泵10的抽取下，经过洗涤水洗涤、除尘后进入采样管6、经取气管路34、射流泵10，进入气水分离器11，进一步除尘和水、气分离，分离出的样气进入去湿器12，去除水分后进入过滤器13，再次除尘，后进入分析柜22的二次过滤器16，再次除尘，后进入电子冷却器17，降温去除水分后进入电磁阀18，经电磁阀18流向纸过滤器19，经纸过滤器19最后除尘后，流向流量计20，经流量计20流向NO、CO、O2分析仪21，分析后的废气流出分析柜22。分析结果由NO、CO、O2分析仪21变成DCr20mA输出，直接送给中央控制室，向操作员显示。二次过滤器16和电子冷却器17排出的水流经二次缓冲罐27排出。
需要校验NO、CO、O2分析仪21时，电磁阀18接通标准气瓶26，标准气经流量计20流向NO、CO、O2分析仪21，进行零点和量程校验。校验结束，自动回到分析状态。
权利要求
1.一种适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，主要由设置在系统的前端的喷水除尘的采样探头、设置在系统后部的分析仪表小屋，采样预处理柜、分析柜分别装于分析仪表小屋内，连接器位于采样探头的下方与采样探头相连通，其特征在于， a所述的采样探头由外管、隔离管、采样管和洗涤水管组成；洗涤水管、采样管、隔离管、外管按照从内到外的顺序依次装在探头内，所述的采样探头与连接器连接，连接器与冷却进水管、冷却回水管连接，采样探头与分析仪表小屋相连接； b所述的采样预处理柜内装有抽气用射流泵、气水分离器、去湿器、过滤器、缓冲罐、排水水箱，抽气用射流泵与气水分离器用管路连接，气水分离器与去湿器、过滤器用管路连接，去湿器、过滤器分别与缓冲罐相连通，抽气用射流泵与探头的取气管路连通； c所述的分析柜内装有NO、CO、O2分析仪、二次过滤器、电子冷却器、二次缓冲罐、电磁阀、标准气瓶、纸过滤器，二次过滤器、电子冷却器分别与二次缓冲罐相连接，电子冷却器与电磁阀相连，电磁阀与纸过滤器相连，纸过滤器与流量计连接，流量计与N0、C0、02分析仪相连，NO、CO、O2分析仪和分析柜相连，二次过滤器与预处理柜内的过滤器相连。
2.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的洗涤水管前端装有除尘喷头，该除尘喷头前端面、侧面分别开有孔，距喷头前端面开孔3. 5 mm处,设有挡板。
3.根据权利要求2所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，除尘喷头前端面开有5个孔，侧面开有2个孔。
4.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的洗涤水管的洗涤水入口位于采样探头的尾端，该洗涤水入口与洗涤水管路连通，洗涤水管路上连接有流量开关。
5.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的冷却进水管路与供水管连接。
6.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的冷却回水管路与温度计、排水水箱连通。
7.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的采样管的外壁、外管的内壁、隔离管共同组成了可以循环的冷却水套。
8.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的采样气体分析系统使用的探头直径2吋，长度2m。
9.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的湿式采样气体分析系统在窑炉温度为1000°C 1500°C环境中连续工作时，冷却水压力为O. 6Mpa、流量为60到80L/min、出口水温<50°C。
10.根据权利要求I所述的适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，其特征在于，所述的采样探头在环境温度低于15°C时，其供水管道、取样管道用伴热线保温。
全文摘要
一种适用于燃煤窑炉燃烧状况监控的湿式采样气体分析系统，由采样探头，采样预处理柜、分析柜等组成。抽气用射流泵、气水分离器、去湿器、过滤器、缓冲罐、排水水箱装在采样预处理柜中，二次过滤器、电子冷却器、二次缓冲罐、样气切换阀、标准气瓶、纸过滤器、流量计、气体分析仪装在分析柜中，采样预处理柜和分析柜装在现场分析仪表小屋内。该系统使用清水，能够有效地去除样气中的粉尘、可连续采取废气试样，分析结果曲线连续，没有断点；探头喷出的伞状除尘水雾同时对进入系统的样气充分洗涤，去除燃煤产生的废气中各种与O2、NO、CO成分分析无关的有害、腐蚀性物质，配备现场分析仪表小屋后，使用方便、寿命长，结构简洁，维护量少、费用低。
文档编号G01N33/00GK102879529SQ20121038041
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月10日 优先权日2012年10月10日
发明者温洁, 刘新楚, 郑宗波, 崔军, 温平 申请人:温平
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