用于脫硝系統(tǒng)的采樣器以及氣體分析系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種用于脫硝系統(tǒng)的采樣器以及氣體分析系統(tǒng)。該采樣器包括：探針，用于收集樣品氣體；過濾器，與探針相連接并過濾所收集的樣品氣體，稀釋器，與所述過濾器相連接并對經(jīng)過濾的樣品氣體進行稀釋；至少一路分流路徑，與稀釋器的輸出端相連接，其中至少一路分流路徑中的至少一路包括轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化器將經(jīng)稀釋的樣品氣體中的氨至少部分地轉(zhuǎn)化成一氧化氮。
【專利說明】用于脫硝系統(tǒng)的采樣器以及氣體分析系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及用于脫硝系統(tǒng)的采樣器，尤其涉及用于脫硝系統(tǒng)的稀釋采樣器以及氣體分析系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，環(huán)境保護越來越受到關(guān)注和重視。大氣污染的防護與治理是環(huán)境保護中的主要課題之一。這其中，脫硝是防治大氣污染的一個重要方面。脫硝系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠、化工廠、工業(yè)和市政垃圾焚燒廠、水泥廠等等。在脫硝系統(tǒng)中，需要執(zhí)行氧化氮/氨(nox/nh3)的監(jiān)測和處理，以便控制nox/nh3的排放。在這過程中，樣品采集和分析非常重要。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，需要通過管線將采集的樣品氣體輸送到分析儀器。但是由于氨很容易冷凝或吸附到輸送管線和相關(guān)的器件上，因此會嚴(yán)重影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。并且非稀釋的樣品氣會造成管線、分析儀器的堵塞或損壞。
實用新型內(nèi)容
[0004]在本申請的一個方面，公開一種氣體采樣器，包括:探針，用于收集樣品氣體；過濾器，與探針相連接并過濾所收集的樣品氣體，稀釋器，與所述過濾器的輸出端相連接并對經(jīng)過濾的樣品氣體進行稀釋；至少一路分流路徑，與稀釋器相連接，其中至少一路分流路徑中的至少一路包括轉(zhuǎn)化器，轉(zhuǎn)化器將經(jīng)稀釋的樣品氣體中的氨至少部分地轉(zhuǎn)化成一氧化氮。
[0005]在本申請的一個方面，至少一路分流路徑中的至少一路包括氨去除器，用于至少部分地去除樣品氣體中的氨。
[0006]在本申請的一個方面，至少一路分流路徑中的至少一路包括毛細(xì)管。
[0007]在本申請的一個方面，至少一路分流路徑包括連接到稀釋樣品出口的路徑，用于直接輸出經(jīng)稀釋的樣品氣體。
[0008]在本申請的一個方面，至少一路分流路徑包括三路分流路徑，其中三路分流路徑中的一路包括轉(zhuǎn)化器，并且三路分流路徑都包括氨去除器和毛細(xì)管。
[0009]在本申請的一個方面，過濾器包括Teflon空心腔體和設(shè)置在Teflon空心腔體中的玻璃纖維過濾元件或陶瓷過濾元件。
[0010]在本申請的一個方面，該采樣器還包括清潔空氣入口，其中在周期性的清潔模式下，清潔空氣通過清潔空氣入口進入過濾器和探針以進行清潔。
[0011]在本申請的一個方面，該米樣器還包括校準(zhǔn)氣體入口，其中在校準(zhǔn)模式下，校準(zhǔn)氣體通過校準(zhǔn)氣體入口進入采樣器，并通過分析設(shè)備進行校準(zhǔn)。
[0012]在本申請的一個方面，該采樣器還包括稀釋空氣入口，稀釋器與稀釋空氣入口相連接并用稀釋空氣對樣品氣體進行稀釋。
[0013]在本申請的一個方面，轉(zhuǎn)化器被加熱到750°C _800°C。[0014]在本申請的一個方面，公開一種氣體分析系統(tǒng)，包括:如上所述的采樣器，以及位于本地或遠(yuǎn)程的氣體分析設(shè)備，對采樣器輸出的樣品氣體進行分析。
[0015]在本申請的一個方面，該氣體分析系統(tǒng)還包括控制器，用于控制采樣器在采樣模式、清潔模式和校準(zhǔn)模式下進行操作。
[0016]在本申請的一個方面，控制器通過控制清潔氣體閥和校準(zhǔn)氣體閥來分別控制清潔模式和校準(zhǔn)模式。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是示出根據(jù)本申請的實施例的采樣器內(nèi)部布局的示意圖；
[0018]圖2是示出根據(jù)本申請的實施例的采樣器的結(jié)構(gòu)和操作的示意性框圖。
【具體實施方式】
[0019]在下文中，參考附圖，對本申請的具體實施例進行詳細(xì)描述。
[0020]圖1示意性地示出根據(jù)本申請實施例的采樣器100的內(nèi)部布局。如圖1所示，采樣器100包括外殼101、容納在外殼中的基板102以及設(shè)置在基板上多個部件。在一個實施例中，采樣器100還包括過濾器103、連接到過濾器的稀釋器104和連接到稀釋器104的轉(zhuǎn)變器105。在一個實施例中，轉(zhuǎn)變器105通過分流組件106連接到稀釋器104。此外，采樣器100還可以包括用于收集樣品氣體的探針(未示出)。在一個實施例中，采樣器100還包括接入裝置107，例如圖中示出的氣路接入107a和電氣接入107b，用于向采樣器提供各種輸入，例如校準(zhǔn)氣體、稀釋空氣、清潔空氣的接入以及電源線、信號線的接入等等。
[0021]在一個實施例中，采樣器100還可以任選地包括其它部件，諸如所示出的線束端接組件108、變壓器109、繼電器110、接口控制板111、溫度控制器112、氣路總成(未示出)以及氣路總成端接組件113。其中，溫度控制器112用于通過加熱元件來對過濾器組件和/或轉(zhuǎn)變器或其它部件進行加熱，并控制這些部件的工作溫度。氣路總成包括用于在采樣器內(nèi)部提供氣路互連的管線和接頭，以及將采樣器氣路連接到分析設(shè)備、校準(zhǔn)氣體源、清潔空氣源、稀釋空氣源等等的管線和接頭。具體而言，氣路總成用于在采樣器的各個部件之間以及采樣器與外部設(shè)備之間傳遞各種氣體，諸如清潔空氣，校準(zhǔn)氣體等。在一個實施例中，采樣器100還可以包括電氣總成(未示出)，用于傳遞各種信號、電源等。
[0022]圖2示意性地示出根據(jù)本申請實施例的采樣器的結(jié)構(gòu)和操作。如圖所示，采樣探針從諸如煙囪、管道或其它裝置中收集樣品氣體。在一個實施例中，采樣探針并未被加熱。樣品氣體由探針末端進入，并在探針管中以慢流速流動。例如在一個實施例中，流速約為50-300cc/min。由于流速慢,較大的顆粒會沉積在探針管壁上,例如尺寸大于15微米的顆粒。
[0023]如圖2所示，樣品氣體從采樣探針進入過濾器組件。在一個實施例中，過濾器組件可以被加熱元件加熱，并通過溫度控制器維持在操作溫度。
[0024]在一個實施例中，過濾器組件可以包括過濾器。樣品氣體進入過濾器腔，通過過濾器的過濾元件進行過濾，之后從出口離開。在一個實施例中，過濾器可以被加熱。過濾元件可以被選擇成對樣品氣體是惰性的。在一個實施例中，過濾元件是玻璃纖維元件或陶瓷元件，其收集效率等級可以是約0.1微米。在一個實施例中，玻璃纖維過濾元件或陶瓷過濾元件可以放置在Teflon"1空心腔體內(nèi)，以形成過濾器。在一個實施例中，可以通過拆除由圓環(huán)密封的過濾器帽來更換過濾元件。
[0025]在一個實施例中，過濾器組件還可以包括稀釋器。如圖2所示，稀釋器可以與稀釋空氣入口相連接。稀釋器可被加熱元件加熱，并吸取樣品氣體，使其通過經(jīng)加熱的過濾器，進入稀釋器。在經(jīng)加熱的稀釋器中，用稀釋空氣對經(jīng)過濾的樣品氣體進行稀釋。在一個實施例中，稀釋器包括由稀釋空氣進行驅(qū)動的高流速噴嘴和樣品氣體或校準(zhǔn)氣體驅(qū)動的低流速噴嘴。通過噴嘴后的稀釋空氣和樣品氣體(或校準(zhǔn)氣體)相混合，之后流出稀釋器。
[0026]樣品氣體經(jīng)過過濾器和稀釋器后從過濾器組件輸出。如圖2所示，將從過濾器組件輸出的樣品氣體的至少一部分輸送到轉(zhuǎn)化器。轉(zhuǎn)化器可以將氨至少部分地轉(zhuǎn)化成一氧化氮。例如，轉(zhuǎn)化器可以通過熱氧化將NH3和NOx催化地轉(zhuǎn)化成NO。在一個實施例中，在轉(zhuǎn)化器之后可以設(shè)置氨去除器，用于至少部分地去除樣品氣體中剩余的氨。在一個實施例中，在轉(zhuǎn)化器之前設(shè)置與轉(zhuǎn)化器相連接的流量控制器，用于控制流入轉(zhuǎn)化器的樣品氣體流量。在一個實施例中，流量控制器可以是毛細(xì)管，如圖2所示。但是，在其它實施例中，流量控制器可以是任何類型的流量控制器。轉(zhuǎn)化器或氨去除器輸出的樣品氣體可以經(jīng)由輸出口、通過Teflon管線輸送到位于本地或遠(yuǎn)程的分析設(shè)備。
[0027]由于氨(NH3)很難輸運，在管線中會很快冷凝或吸附，而且測量響應(yīng)時間非常高。而在本申請的實施例中，采樣器可以包括能將NH3轉(zhuǎn)化成NO的轉(zhuǎn)化器，而無需將NH3長距離輸運到氣體分析設(shè)備，從而解決了 NH3冷凝或吸附在管線上的問題。而在分析設(shè)備上，可以對總的N進行測量分析。在本發(fā)明的實施例中，可以測量復(fù)雜的混合氣體中的低濃度NH3。
[0028]在本發(fā)明的一個實施例中，采樣器還可以包括與具有轉(zhuǎn)化器的分流路徑并聯(lián)連接到過濾器組件的輸出端的至少一路其它分流路徑。在一個實施例中，采樣器可以包括分流組件，用于對過濾器組件輸出的氣體進行分流。例如，圖2示出四路分流路徑，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，分流路徑可以是任意數(shù)量的，并不限于四路。在一個實施例中，至少一路分流路徑可以包括氨去除器。在一個實施例中，至少一路分流路徑可以包括流量控制器。該流量控制器可以是毛細(xì)管。例如在圖2所示的實施例中，采樣器包括四路分流路徑，一路與稀釋樣品氣體出口相連接，用于直接輸出來自過濾器組件的經(jīng)過濾和稀釋的樣品氣體；一路包括毛細(xì)管、轉(zhuǎn)化器和氨去除器；另兩路分流路徑可以均包括氨去除器和毛細(xì)管。但是，應(yīng)該理解，本申請并不限于所示的具體配置，而是可以根據(jù)不同實施例，在至少一路分流路徑上配置所需的部件和結(jié)構(gòu)。
[0029]采用多路分流路徑可以用于對更復(fù)雜的混合氣體的成分進行處理以便后續(xù)進行分析。例如，在圖2所示的配置中，在轉(zhuǎn)化器分流路徑輸出的樣品氣體中，NH3被轉(zhuǎn)化為一氧化氮，因此可以通過測量獲得樣品氣體中總的N含量。而在第二路中，去除了 NH3，因此可以通過測量獲得樣品氣體中除NH3之外的N含量(例如N0X)。這樣，便可以通過計算得到樣品氣體中NH3的含量。另外，還可以添加第三路徑，用于輸出僅含NO的樣品氣體。與另兩路相結(jié)合，可以通過計算得到樣品氣體中的NO2的含量。還可以添加其它分流路徑或者在分流路徑上添加其它器件，來對更復(fù)雜的混合氣體的成分進行處理以便后續(xù)分析。
[0030]在一個實施例中，轉(zhuǎn)化器可以被加熱到約750°C _800°C，以實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)變效率，進而獲得更高的NH3測量精度。
[0031]在一個實施例中，采樣器可以包括在氣體分析系統(tǒng)中。氣體分析系統(tǒng)還可以包括氣體分析設(shè)備和控制器。氣體分析設(shè)備可以對采樣器輸出的氣體進行分析，且控制器可以用于對采樣器的操作進行控制。在一個實施例中，控制器可以包括在分析設(shè)備中，或者可以是客戶端計算機。
[0032]在一個實施例中，采樣器可以在采樣模式、清潔模式和校準(zhǔn)模式下操作。以上參照圖2所描述的操作是采樣模式下的操作。
[0033]在一個實施例中，可以周期性地對采樣器進行清潔，即運行清潔模式。在清潔模式下，將高壓清潔空氣從清潔空氣入口引入采樣器，通過清潔空氣閥(例如，清潔電磁閥)經(jīng)由過濾器帽引入到過濾器，并通過采樣探針離開。清潔空氣可以去除探針管、過濾器中的顆粒物。對過濾器的清潔可以從過濾器的內(nèi)表面去除沉積的顆粒物。清潔空氣將顆粒物從過濾器腔通過探針管攜帶走。
[0034]在一個實施例中，可以通過本地或遠(yuǎn)程的控制器自動操作清潔空氣閥，以啟動或結(jié)束清潔模式。清潔頻度可以從針對顆粒濃度很高的15分鐘到針對比較干凈的情況的幾小時。清潔脈沖可以持續(xù)約10秒。
[0035]在校準(zhǔn)模式下，通過使已知濃度的氣體(例如，用于校準(zhǔn)的N0x/NH3氣體)通過包括采樣器和分析設(shè)備的氣體分析系統(tǒng)的多個部件并將氣體分析系統(tǒng)的響應(yīng)調(diào)節(jié)成等于已知校準(zhǔn)氣體的濃度，可以對采樣器進行校準(zhǔn)。如此校準(zhǔn)可以補償整個系統(tǒng)中在過濾組件或其它充氣部件中的損耗、稀釋空氣流速的變化以及處理氣體流速的變化等等。
[0036]具體而言，校準(zhǔn)氣體從位于氣體分析系統(tǒng)本地或遠(yuǎn)程的氣流控制設(shè)備通過管線流到校準(zhǔn)氣體入口。校準(zhǔn)氣體通過校準(zhǔn)氣體閥(未示出)并經(jīng)由清潔/校準(zhǔn)氣體入口進入過濾器組件，之后通過其它部件。校準(zhǔn)氣體閥可以由位于遠(yuǎn)程或本地的控制器來控制，以發(fā)起或結(jié)束校準(zhǔn)模式。在一個實施例中，校準(zhǔn)氣體閥盡可能地靠近過濾器組件的清潔/校準(zhǔn)氣體入口，以防止在兩次校準(zhǔn)之間在校準(zhǔn)氣體管線中形成冷凝。校準(zhǔn)氣體從過濾器組件以與樣品氣體相同的流速和條件通過所需的所有部件，以對采樣器進行校準(zhǔn)。
[0037]在脫硝系統(tǒng)中，連續(xù)測量廢氣中N0x/NH3濃度的能力是非常重要的。在本申請的一些實施例中，采樣器可以用清潔、干燥的空氣稀釋樣品氣體，并且在稀釋之后，可以將NH3轉(zhuǎn)化成一氧化氮NO。這樣，可以無需加熱從采樣器到分析設(shè)備之間的管線，而不會在樣品氣體輸運過程中發(fā)生冷凝，從而防止NH3因冷凝造成的損耗。而且，在向分析設(shè)備進行輸運的過程中不會形成NH3的鹽，進一步減小NH3的損耗。此外，在一些實施例中，使用特氟龍(Teflon)的配件和管線以及陶瓷過濾元件，以防止NOx和NH3在采樣或校準(zhǔn)過程中的損失。在一些實施例中，在所有分流路徑中(包括具有轉(zhuǎn)化器的路徑)包括氨去除器，以對NH3進行選擇性去除，以提聞氣體分析的精度。
[0038]在根據(jù)本申請實施例的氣體分析系統(tǒng)中，采樣器可以與分析設(shè)備和控制器進行通信。而且,根據(jù)本申請實施例的采樣器可以集成到連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)中，并由氣體分析設(shè)備或客戶端計算機進行操作。根據(jù)本申請的采樣器可以允許將分析設(shè)備安裝在遠(yuǎn)離煙囪或排放管道的場所，而且采樣器自身對場地條件的要求也很低，這提供了安裝靈活性并降低了成本。
[0039]以上參照附圖，描述了多個具體實施例，但是對具體實施例的描述是說明性的，并非對本申請的限制。在以上描述中，“一個方面”、“實施例”、“一個實施例”、“一些實施例”僅僅是為了方便說明，并不一定指代相同的方面或?qū)嵤├?，而是可以指代相同或不同的一個或多個方面或?qū)嵤├１旧暾埖谋Ｗo范圍由所附權(quán)利要求書限定，旨在涵蓋在不背離本申請的原理和精神的情況下做出的各種組合、替換、修改和等效方案。
【權(quán)利要求】
1.一種氣體米樣器，包括: 探針，用于收集樣品氣體； 過濾器，與所述探針相連接并過濾所收集的樣品氣體， 稀釋器，與所述過濾器相連接并對經(jīng)過濾的樣品氣體進行稀釋； 至少一路分流路徑，與所述稀釋器的輸出端相連接，其中所述至少一路分流路徑中的至少一路包括轉(zhuǎn)化器，所述轉(zhuǎn)化器將經(jīng)稀釋的樣品氣體中的氨至少部分地轉(zhuǎn)化成一氧化氮。
2.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，所述至少一路分流路徑中的至少一路包括氨去除器，用于至少部分地去除樣品氣體中的氨。
3.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，所述至少一路分流路徑中的至少一路包括毛細(xì)管。
4.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，所述至少一路分流路徑包括連接到稀釋樣品出口的路徑，用于直接輸出經(jīng)稀釋的樣品氣體。
5.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，所述至少一路分流路徑包括三路分流路徑，其中三路分流路徑中的一路包括所述轉(zhuǎn)化器，并且三路分流路徑都包括氨去除器和毛細(xì)管。
6.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，所述過濾器包括Teflon空心腔體和設(shè)置在所述Teflon空心腔體中的玻璃纖維過濾元件或陶瓷過濾元件。
7.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，還包括清潔空氣入口，其中在周期性的清潔模式下，清潔空氣通過所述清潔空氣入口進入所述過濾器和所述探針以進行清潔。
8.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，還包括校準(zhǔn)氣體入口，其中在校準(zhǔn)模式下，校準(zhǔn)氣體通過所述校準(zhǔn)氣體入口進入所述采樣器，并通過分析設(shè)備進行校準(zhǔn)。
9.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，還包括稀釋空氣入口，所述稀釋器與所述稀釋空氣入口相連接并用稀釋空氣對樣品氣體進行稀釋。
10.如權(quán)利要求1所述的氣體采樣器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)化器被加熱到750°C-800°C。
11.一種氣體分析系統(tǒng)，包括: 如權(quán)利要求1-10所述的氣體采樣器， 位于本地或遠(yuǎn)程的氣體分析設(shè)備，對所述采樣器輸出的樣品氣體進行分析。
12.如權(quán)利要求11所述的氣體分析系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制器，用于控制所述采樣器在采樣模式、清潔模式和校準(zhǔn)模式下進行操作。
13.如權(quán)利要求12所述的氣體分析系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器通過控制清潔氣體閥和校準(zhǔn)氣體閥來分別控制清潔模式和校準(zhǔn)模式。
【文檔編號】G01N1/22GK203443813SQ201320521190
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】孟國鑫, 姚炳興 申請人:賽默飛世爾（上海）儀器有限公司