一種氣體採樣加熱的裝置的製作方法

2023-08-03 16:52:41

專利名稱：一種氣體採樣加熱的裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於大氣汙染防治技術領域，具體涉及一種氣體採樣加熱的裝置。
背景技術：
電廠鍋爐、工業窯爐、供暖鍋爐等汙染源的廢氣排放是我國大部地區環境大氣汙染的主要源頭，其中的二氧化硫(S02)和氮氧化物(NOx)是主要汙染因子。世界大部分國家都對其進行控制和監測。近年來，氯化氫(HCL)、氟化氫(HF)、氣態汞(Hg)等汙染因子也越來越多地被監測。在我國，燃煤電廠、石化企業等企業的大型鍋爐，甚至一定噸位以上的供熱燃煤鍋爐都必須安裝固定式連續煙氣監測儀。此外，可攜式煙氣成分直讀監測儀是各個環保監測、環境監理以及煙氣排放控制設備安裝調試的主要檢測工具。現有儀器的煙氣採樣方式絕大多數都是抽取式，即抽氣泵將煙氣從煙道中抽取到在煙道外的儀器分析部分，對煙氣中的二氧化硫、氮氧化物等煙氣組分進行分析。
在實際進行煙氣測量的過程中，煙氣溫度一定高於環境溫度，如果不加處理，煙氣通過暴露在環境空氣中的儀器採樣管路後，煙氣中的氣態水蒸氣由於露點降低形成水珠， 附著在導氣管壁上，從而形成冷凝水。由於氣態二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、氟化氫等是易溶於水的物質，煙氣中的這些成分會被部分溶解進冷凝水中，在到儀器分析部分之前就損失了一部分。例如，二氧化硫是極易溶於水的，I單位體積的水能夠溶解40單位體積的二氧化硫，對分析結果的準確性產生嚴重影響。因此，國內外眾多煙氣分析儀生產廠對此問題進行了研究，推出了各自的煙氣採樣系統(包括煙氣採樣管、導氣管和抽氣泵)及預處理器對煙氣在進入儀器分析部分前進行加熱、脫水處理，以降低儀器採樣器管路中冷凝水的產生， 減少煙氣中易溶於水物質的損失。目前使用的眾多型號品牌的煙氣採樣管的結構件如圖I所示，其中圖中纏繞在採樣管外壁的加熱絲，對導管進行加熱以達到設定溫度。加熱絲外包有保溫材料。這種結構存在以下缺點1)加工複雜加熱絲或加熱帶要均勻地纏繞在導管外壁上，另外還必須加保溫層，必須做好絕緣和防腐的保護。2)可靠性低複雜的加工過程和多種材料部件的使用必將導致可靠性低。3)傳熱慢由於是間接加熱方式，即加熱絲首先加熱氣體導管外壁，氣體導管再將熱量傳導管內的氣體，加熱絲產生的熱量只有部分用於加熱氣體，其他部分用來加熱導氣管和通過保溫層向周圍環境輻射從而損失。4)達到設定溫度慢因為傳熱慢， 達到設定的溫度就會慢。5)溫度保持不穩定由於傳熱慢，並有保溫層保溫，使得溫度很難達到精確控制，波動大。6)功耗大以上3)、4)、5)三點導致了加熱功耗大。7)過濾器不易加熱因為前置塵過濾器需要經常更換，這種加熱方式很難對過濾器進行加熱。沒有加熱， 高溼度的煙氣中的液狀物容易將過濾器堵塞，影響採樣。

發明內容
鑑於現有技術的缺陷，本發明目的在於提供一種氣體採樣加熱裝置和方法，可以將被採的氣體快速、準確、穩定和低功耗地加熱到所需溫度。本發明是基於對煙道溫度、溼度的充分研究理解，及對高溼煙氣採樣問題的長期現場測試和觀察所得出。為了實現上述目的，本發明提供了一種對氣體採樣進行加熱的裝置，包括進氣嘴
(I)、過濾器⑵、加熱棒(3)、導氣管(4)、出氣嘴(5)、測溫棒(6)、手柄(7)、連接插頭(8)、 連接線(9)、溫控器(10)，其中，導氣管與進氣嘴(I)密封連接，另一端密封固定在手柄(7) 上，導氣管(4)內部設置測溫棒(6)，用於實時測量導氣管(4)內部的氣體溫度，並將採集的溫度參數通過連接線(9)反饋給溫控器(10)，進而溫控器(10)根據設定的溫度值控制對加熱棒(3)的通電狀態，從而實現調整導氣管(4)內部氣體的溫度，其特徵在於加熱棒(3) 直接置於氣體採樣導氣管(4)中間，穿過導氣管(4)中心，一端伸出導氣管，進入進氣嘴(I) 內的過濾器圓筒內，另一端固定在手柄(X)內。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於導氣管(4)為防腐不鏽鋼管或聚四氟乙烯管。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述過濾器(2) 為聚四氟乙烯或陶瓷或不鏽鋼材料的圓筒。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述加熱棒(3) 為不鏽鋼鎧裝加熱棒。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於構成所述手柄(7) 的一段為一腔體 ，該腔體的一端面為密封蓋，用來密封導氣管，並在密封蓋上穿插加熱棒
(4)和測溫棒￠)，另一端面通過連接插頭(8)和連接線(9)連接。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述測溫棒(6) 為不鏽鋼鎧裝熱電偶，熱電偶部分伸入到導氣管(4)內，直接接觸並測量氣體溫度，並將溫度信號傳到溫控器(10)。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述出氣嘴(5) 為金屬管或快速接頭或金屬卡套氣動接頭，被固定在導氣管(4)的後部，位於靠近手柄部分的導氣管上，用於連接導管將氣體送到分析儀器。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述手柄(7)為一用絕緣、絕熱材料製成的柄狀物。進一步，本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述溫控器(10) 為PID溫度控制器，上有數字顯示屏顯示氣體溫度和控制信息，同時有按鍵供使用者設定控制溫度。本發明所述的對氣體採樣進行加熱的裝置通過將加熱棒直接置於氣體採樣導氣管中間，使其直接接觸煙氣進行加熱，快速有效地對管中的氣體加熱到設定溫度，防止管壁形成冷凝水，避免氣體中的成分溶於冷凝水而產生損失，保持了通過採樣管的氣體成分的完整性和真實性，對後續氣體成分及濃度分析的準確性提供了保證。


圖I是現有氣體採樣加熱裝置的結構圖；圖2是本發明的氣體採樣加熱裝置的結構圖；圖3是本發明的氣體採樣加熱裝置內的氣體流向示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖2是本發明的氣體採樣加熱裝置的結構圖；其中I為進氣嘴、2為過濾器、3為加熱棒、4為導氣管、5為出氣嘴、6為測溫棒、7為手柄、8為連接插頭、9為連接線、10為溫控器。本發明將加熱棒4直接置於氣體採樣導氣管4中間，穿過導氣管中心，一端伸出導氣管， 進入進氣嘴內的過濾器圓筒內，另一端固定在手柄內，使其直接接觸煙氣進行加熱，加熱棒 3的具體形式在此不作限制，本領域技術人員可以採用各種形態來實現。導氣管4為防腐不鏽鋼管或聚四氟乙烯管，一端有外螺紋，與進氣嘴I密封連接，另一端密封固定在手柄7上。此外，本發明通過溫控器10對加熱棒3進行PID控制加熱，(即溫控器控制開通電到加熱棒，加熱棒通電即加熱，位於導氣管內壁的溫度傳感器將測量的溫度信號反饋給溫控器，溫控器根據反饋的信號調整對加熱棒的通電時間，進而控制加熱棒對氣體進行加熱的強度)以使導氣管內的氣體溫度達到並保持在所設定值。具體實現是在導氣管4內部設置測溫棒，用於實時測量導氣管4內部的氣體溫度，並將採集的溫度參數通過連接線9反饋給溫控器10，進而溫控器10根據設定的溫度值控制對加熱棒4的通電狀態，從而實現調整導氣管4內部氣體的溫度。優選地，進氣嘴I為一不鏽鋼短筒，一端為楔狀口為整個裝置進氣的開始，另一端有內螺紋，筒內裝一圓筒狀的過濾器，用於過濾氣體中的粉塵。進氣嘴罩在過濾器2的外面，通過內螺紋與導氣管4連接，用來保護過濾器2。進氣嘴通過內螺紋與導氣管密封連接。 可以拆下進 氣嘴更換或清洗過濾器。優選地，所述過濾器2為聚四氟乙烯或陶瓷或不鏽鋼材料的圓筒，被置於進氣嘴中，位於導氣管4前面，用來過濾氣體中的固體或膠狀微粒。優選地，所述加熱棒3為不鏽鋼鎧裝加熱棒，被置於導氣管4內，貫穿從進氣嘴I 到出氣嘴5的導氣管整個部分，用於加熱導氣管內的氣體。構成所述手柄7 —段為一腔體，該腔體的一端面為密封蓋，用來密封導氣管，並在密封蓋上穿插加熱棒4和測溫棒6，另一端面通過連接插頭8和連接線9連接，所述腔體為圓柱狀腔體。優選地，所述測溫棒6為不鏽鋼鎧裝熱電偶，熱電偶部分伸入到導氣管4內，直接接觸並測量氣體溫度，並將溫度信號傳到溫控器10。優選地，所述出氣嘴5為金屬管或快速接頭或金屬卡套氣動接頭，被固定在導氣管的後部，位於靠近手柄部分的導氣管上，用於連接導管將氣體送到分析儀器或其他裝置中。優選地，所述手柄7為一用絕緣、絕熱材料製成的柄狀物，前端連接導氣管4，後端有連接插頭8，用電纜與溫控器10連接，給加熱棒供電和將測溫棒的信號反饋給溫控器，力口熱棒的加熱電源線和測溫棒的信號線都與位於手柄後部的插頭相連接。所述溫控器10為PID溫度控制器，上有數字顯示屏顯示氣體溫度和控制信息，同時有按鍵供使用者設定控制溫度。溫控器由電纜連接到手柄上的連接插頭8。溫控器內有 PID控制和變壓、穩壓電路，外有顯示器顯示溫度、狀態以及設定參數。另有按鍵供操作人員設定加熱目標溫度。通過連到手柄的電纜，溫控器控制加熱棒的加熱頻率，同時接受測溫棒的反饋信號，實現裝置的加熱控制。圖3是本發明的氣體採樣加熱裝置內的氣體流向示意圖。從圖中可以看出，由於將加熱棒至於導氣管內部，氣體採樣在加熱棒的周圍流過，使得氣體採樣與加熱棒充分接觸。相對於現有技術普遍採取將加熱絲或加熱帶纏繞在導氣管外所進行的氣體採樣加熱方式，即間接加熱方法，本發明的主要優點是I)由於加熱棒直接接觸氣體，加熱速度大大加快。採用相同功率的加熱棒和加熱絲，分別加熱直徑、壁厚和長度都一樣的導氣管，內部氣體達到同樣溫度的時間，加熱棒直接加熱方法比加熱絲纏繞外加熱方法速度快5倍。2)相同功率下，達到設定溫度的時間短，因此效率高，更省電。3)因為加熱棒直接加熱採樣氣體，溫度傳感器也直接測量樣氣的溫度，所以溫度控制更穩定和精確，波動小。4)由於加熱棒可以伸到過濾器筒裡，過濾器的加熱進行能夠方便地實現。這對於外纏加熱絲或加熱帶的方式，就很 難實現。5)因為加熱棒直接加熱，沒有加熱絲纏繞、絕緣、保溫等複雜工序，採用本方法的設備組裝簡單，結構堅固，運行穩定性強，也更可靠。採用本發明方法和結構的儀器經過了長期的不同現場測試，包括發電廠鍋爐、採暖供熱鍋爐、石化企業生產用鍋爐等。測試結果都證實了本發明的上述優點。在具體試驗過程中，我們以北京某熱電廠鍋爐煙氣排放口，環境溫度為100C煙氣溫度為65°C，鍋爐採用溼法脫硫，煙氣溼度高的環境進行了測試，與傳統間接加熱方式加熱裝置進行比較，具體比較設置過程如下I)本發明結構裝置和參比裝置設定相同的溫度值120°C ；2)將本發明設備和參比設備同時接通電源開機；3)觀察兩個裝置的溫度控制器上顯示的溫度；4)本發明結構裝置在3分鐘內溫度就到達120°C，參比裝置的溫度到達120°C的時間長達15分鐘；5)將本發明裝置和參比裝置同時放入煙道測試口，觀察兩個溫控器的溫度顯示。 本發明裝置一直穩定在120°C ±1°C ;而參比裝置一直在120°C ±5°C變化。根據對比可以得出，採用本發明的裝置和方法可以更加快速地加熱採樣氣體並更精確和穩定地使氣體地保持在設定溫度。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制；儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術特徵進行等同替換；而不脫離本發明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發明請求保護的技術方案範圍當中。
權利要求
1.一種對氣體採樣進行加熱的裝置，包括進氣嘴(I)、過濾器(2)、加熱棒(3)、導氣管 ⑷、出氣嘴(5)、測溫棒(6)、手柄(7)、連接插頭(8)、連接線(9)、溫控器(10)，其中，導氣管與進氣嘴(I)密封連接，另一端密封固定在手柄(7)上，導氣管(4)內部設置測溫棒(6)， 用於實時測量導氣管(4)內部的氣體溫度，並將採集的溫度參數通過連接線(9)反饋給溫控器(10)，進而溫控器(10)根據設定的溫度值控制對加熱棒(3)的通電狀態，從而實現調整導氣管(4)內部氣體的溫度，其特徵在於加熱棒(3)直接置於氣體採樣導氣管(4)中間， 穿過導氣管(4)中心，一端伸出導氣管，進入進氣嘴(I)內的過濾器圓筒內，另一端固定在手柄⑵內。
2.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於導氣管(4)為防腐不鏽鋼管或聚四氟乙烯管。
3.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述過濾器(2)為聚四氟乙烯或陶瓷或不鏽鋼材料的圓筒。
4.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述加熱棒(3)為不鏽鋼鎧裝加熱棒。
5.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於構成所述手柄(7) 的一段為一腔體，該腔體的一端面為密封蓋，用來密封導氣管，並在密封蓋上穿插加熱棒、(4)和測溫棒￠)，另一端面通過連接插頭(8)和連接線(9)連接。
6.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述測溫棒(6)為不鏽鋼鎧裝熱電偶，熱電偶部分伸入到導氣管(4)內，直接接觸並測量氣體溫度，並將溫度信號傳到溫控器(10)。
7.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述出氣嘴(5)為金屬管或快速接頭或金屬卡套氣動接頭，被固定在導氣管(4)的後部，位於靠近手柄部分的導氣管上，用於連接導管將氣體送到分析儀器。
8.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述手柄(7)為一用絕緣、絕熱材料製成的柄狀物。
9.根據權利要求I所述的對氣體採樣進行加熱的裝置，其特徵在於所述溫控器(10)為 PID溫度控制器，上有數字顯示屏顯示氣體溫度和控制信息，同時有按鍵供使用者設定控制溫度。
全文摘要
一種氣體採樣加熱裝置，其通過將加熱棒(3)直接置於氣體採樣導氣管(4)中間，使其直接接觸煙氣進行加熱，快速有效地對管中的氣體加熱到設定溫度，防止管壁形成冷凝水，避免氣體中的成分溶於冷凝水而產生損失，保持了通過採樣管的氣體成分的完整性和真實性，對後續氣體成分及濃度分析的準確性提供了保證。
文檔編號G01N1/44GK102721599SQ20121013376
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者樓競暉 申請人:北京承天示優科技有限公司