本實(shí)用新型涉及煙氣預(yù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置。

背景技術(shù)：

煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)煙氣成份進(jìn)行在線分析的測(cè)定系統(tǒng)，需要準(zhǔn)確測(cè)量煙氣中各種氣體尤其是污染性氣體的成分比例。傳統(tǒng)的測(cè)量方式分為兩種：不添加預(yù)處理的煙氣分析系統(tǒng)和添加預(yù)處理的煙氣分析系統(tǒng)。(1)不添加預(yù)處理系統(tǒng)的煙氣分析系統(tǒng)主要采用管道加熱的方法，即將從煙囪中抽取并除塵后的樣氣，沿管道流入煙氣分析儀中，管道中通過(guò)加熱電阻絲來(lái)加熱樣氣，以確保樣氣保持高溫。這種方式的缺陷在于樣氣中存在大量水分，會(huì)和其中含有的酸性或堿性氣體反應(yīng)生成酸性或堿性氣溶膠，損壞傳感器，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確；添加預(yù)處理的煙氣分析系統(tǒng)是指在分析煙氣成分前對(duì)煙氣中的水氣進(jìn)行冷卻，析出液態(tài)水，以降低氣體中水分的含量，從而提高煙氣分析系統(tǒng)的測(cè)量精度。(2)許多大型取樣的煙氣分析系統(tǒng)配置壓縮制冷來(lái)除掉煙氣中含有的水分，但由于煙氣取樣的連續(xù)性，預(yù)處理系統(tǒng)所消耗的能量非常大，而且隨著冷凝水量的不斷積累，如何及時(shí)的將冷凝水排出也成了傳統(tǒng)預(yù)處理系統(tǒng)所要解決的難題。(3)目前，大多采用蠕動(dòng)泵對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行收集，配合定期人工操作打開(kāi)出水閥進(jìn)行排水，以防止外界空氣對(duì)樣氣成分的干擾，這在一定程度上克服了管道加熱式的弊端，但依舊存在耗能耗時(shí)耗力的缺點(diǎn)。本實(shí)用新型裝置提供一種階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置，實(shí)現(xiàn)了煙氣的少量取樣、階梯制冷、小功率快速制冷和智能排水，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置。該預(yù)處理裝置采用U形管和管體傾斜式安裝，由于重力的作用，冷凝水將自動(dòng)流入集水渠。當(dāng)流入U(xiǎn)形管左側(cè)管道的冷凝水位達(dá)到光電傳感器的位置時(shí)，由于液面遮擋了光的信號(hào)而接通水泵電路開(kāi)關(guān)，水泵會(huì)自動(dòng)將水泵入水冷管。

該裝置包括管道系統(tǒng)、管道支持系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、排水循環(huán)系統(tǒng)和制冷散熱系統(tǒng)；

其中，管道系統(tǒng)包括進(jìn)氣口、空冷管、水冷管、管體和出氣管；管道支持系統(tǒng)包括立柱一、底座、腳墊、上固定架、下固定架、支架、立柱二和托架；測(cè)量系統(tǒng)包括前溫濕度傳感器、后溫濕度傳感器和溫度傳感器、溫濕度傳感器固定架和光電傳感器；排水循環(huán)系統(tǒng)包括集水渠、導(dǎo)管、U形管、光電傳感器、水泵和水冷管；制冷散熱系統(tǒng)包括空冷管、水冷管、制冷片、散熱片、風(fēng)扇和制冷芯；

進(jìn)氣口位于空冷管前端，空冷管進(jìn)氣端外部包裹水冷管，立柱一和立柱二分別與底座相連，底座下方均勻分布四個(gè)腳墊，腳墊通過(guò)強(qiáng)力膠粘接在底座底部，上固定架、下固定架分別通過(guò)帶有豎縫的穿孔與立柱一相連，托架通過(guò)帶有豎縫的穿孔與立柱二連接；前溫濕度傳感器和后溫濕度傳感器分別位于制冷芯的兩端，前溫濕度傳感器和后溫濕度傳感器通過(guò)溫濕度傳感器固定架安裝在板筋上；散熱片安裝在制冷芯上部的板筋上，風(fēng)扇通過(guò)螺栓和螺母固定在散熱片上，散熱片與制冷芯之間為制冷芯凸臺(tái)，制冷片安裝在制冷芯凸臺(tái)上，制冷芯凸臺(tái)上留有溫度傳感器插孔，用于安裝溫度傳感器；制冷芯內(nèi)部為制冷芯肋片，出氣管連接在制冷芯末端，出氣管連接管體，管體下部連接集水渠，集水渠下部連接導(dǎo)管，導(dǎo)管后接U形管，U形管末端設(shè)置托架，托架上安裝光電傳感器，托架固定在立柱二上，U形管末端連接水泵，水泵通過(guò)管道連接進(jìn)水口；下固定架末端通過(guò)螺釘固定在支架上，支架固定在底座上。

其中，水冷管兩端上部和下部分別設(shè)置出水口和進(jìn)水口，水泵前端連接U形管左側(cè)管路，水泵末端接水冷管的進(jìn)水口，當(dāng)水位升至光電傳感器發(fā)射端時(shí)，光電傳感器的信號(hào)被阻擋，反饋到電路，使得水泵接通，將U形管中低溫凝結(jié)水抽至水冷管中對(duì)煙氣進(jìn)行降溫，水冷管為套管式換熱器，冷卻水在套管中自下而上流動(dòng)，氣體在內(nèi)管中自左向右流動(dòng)。

制冷散熱系統(tǒng)采用階梯制冷，包括空冷段、水冷段和半導(dǎo)體制冷段，空冷段為空冷管，將高溫?zé)煔饨抵?00℃以?xún)?nèi)，水冷段為水冷管，將煙氣溫度降至略高于大氣環(huán)境溫度，半導(dǎo)體制冷段包括制冷片、散熱片、風(fēng)扇以及制冷芯，將煙氣溫度降至4℃，冷凝析出煙氣中大部分的氣態(tài)水；制冷芯包括制冷芯凸臺(tái)、制冷芯肋片和板筋，制冷芯凸臺(tái)上開(kāi)有圓形溫度傳感器插孔，用來(lái)插入溫度傳感器，溫度傳感器用來(lái)測(cè)量制冷芯肋片的溫度；散熱片與風(fēng)扇的四角對(duì)應(yīng)位置上有螺紋孔，螺栓通過(guò)對(duì)應(yīng)的螺紋孔，由螺母固定；制冷片冷面緊貼制冷芯的制冷芯凸臺(tái)，連接端面涂有導(dǎo)熱硅脂，制冷片熱面與散熱片緊貼，連接端面涂有導(dǎo)熱硅脂；散熱片四角的螺紋孔與管體和板筋的螺紋孔在豎直方向上對(duì)應(yīng)，由螺栓和螺母連接。

集水渠在管體尾部，呈長(zhǎng)方體形狀，橫截面為正方形，與管體用強(qiáng)力膠連接。

集水渠、導(dǎo)管和U形管之間均用強(qiáng)力膠連接；所述光電傳感器的發(fā)射端和接收端用強(qiáng)力膠粘接在托架上。

托架上有豎縫穿過(guò)立柱二，托架能夠上下自由滑動(dòng)。

上固定架、下固定架和托架能夠上下滑動(dòng)，下固定架呈盒狀，用來(lái)支撐管體、上固定架；下固定架端部呈半圓狀。

立柱一為下端帶外螺紋的碳鋼或不銹鋼圓棒，腳墊由橡膠或硅膠材料制成，空冷管、水冷管及管體為石英材料制成；散熱片采用肋片式銅質(zhì)材料。

制冷芯采用鋁質(zhì)材料，制冷芯的長(zhǎng)度、溫度和表面積配合，保證煙氣出口溫度在2-6℃；采用雙制冷芯凸臺(tái)，制冷芯凸臺(tái)高2cm，間距1cm，制冷芯凸臺(tái)面積與制冷片冷面面積相同。

前溫濕度傳感器承受溫度在200℃以上。

本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本實(shí)用新型提出采用半導(dǎo)體制冷的方式，利用溫控板的控制功能使制冷芯的溫度可以調(diào)節(jié)并保持，實(shí)現(xiàn)了制冷的快速性、精確性和穩(wěn)定性。管體采用傾斜安裝方式，由于重力的作用，冷凝水將自動(dòng)流入集水渠。在U形管中提前加入適量水以形成封閉環(huán)境，防止外界空氣由U形管進(jìn)入管體而影響煙氣成分，合理調(diào)整出水口的高度可使凝結(jié)水自動(dòng)流出，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)排水的功能。該裝置具備溫度檢測(cè)功能及濕度控制功能。通過(guò)檢測(cè)進(jìn)口煙氣溫濕度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制冷芯的溫度，以得到所需溫濕度的煙氣。彌補(bǔ)了現(xiàn)有壓縮制冷裝置無(wú)法控制制冷前后溫濕度的不足，為實(shí)驗(yàn)研究和工程應(yīng)用提供技術(shù)保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置測(cè)量系統(tǒng)示意圖，其中(A)為溫濕度傳感器部分，(B)為光電傳感器部分；

圖3為本實(shí)用新型的階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置制冷散熱系統(tǒng)拆裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置半導(dǎo)體制冷裝置拆裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置排水循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實(shí)用新型的階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置工藝流程圖，其中，(A)為進(jìn)氣流程，(B)為水凝結(jié)及其排水流程。

其中：1-進(jìn)氣口；2-空冷管；3-出水口；4-水冷管；5-進(jìn)水口； 6-立柱一；7-上固定架；8-前溫濕度傳感器；9-散熱片；10-螺栓； 11-板筋；12-制冷芯凸臺(tái)；13-制冷芯；14-溫度傳感器；15-制冷片； 16-溫度傳感器插孔；17-制冷芯肋片；18-下固定架；19-水泵；20- 風(fēng)扇；21-螺母；22-后溫濕度傳感器；23-溫濕度傳感器固定架；24- 出氣管；25-管體；26-螺釘；27-集水渠；28-導(dǎo)管；29-支架；30- 底座；31-腳墊；32-U形管；33-光電傳感器；34-托架；35-立柱二。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本實(shí)用新型提供一種階梯制冷自動(dòng)排水的微型煙氣預(yù)處理裝置。

如圖1所示，裝置前部有進(jìn)氣口1、空冷管2和水冷管4；裝置中部為管體25；裝置后部有出氣管24。進(jìn)氣口1導(dǎo)入高溫?zé)煔?，空冷?為銅質(zhì)材料，導(dǎo)熱效果好，可以增強(qiáng)高溫?zé)煔馀c外界環(huán)境的對(duì)流換熱與輻射散熱，水冷管4為套管式換熱器，煙氣從水冷管4的內(nèi)管流過(guò)，冷卻水從水冷管4的套管中流過(guò)，煙氣與冷卻水通過(guò)管壁進(jìn)行換熱，煙氣溫度進(jìn)一步降低，其溫度接近外界環(huán)境溫度值，冷卻水溫度上升，經(jīng)煙氣加熱后的冷卻水從出水口3排出。管體25左端開(kāi)口位于中部偏下，管體25右端開(kāi)口位于中部偏上。煙氣經(jīng)過(guò)水冷管 4后，溫度由高溫降到略高于環(huán)境溫度，隨后進(jìn)入管體25，即半導(dǎo)體制冷部分，此時(shí)的煙氣為飽和狀態(tài)，由于管體25橫截面積大于進(jìn)氣口1的橫截面積，煙氣速度下降，與制冷芯肋片充分接觸，煙氣從管體25左下角流入，至管體25右上角流出，在管體25中的路程長(zhǎng)，增加了換熱面積，煙氣溫度將繼續(xù)下降，直到達(dá)到設(shè)定溫度4℃左右，煙氣中的水分因溫度下降，從煙氣中析出形成冷凝水，沿制冷芯肋片下滑并滴落至管體25底部，由于管體25采用傾斜安裝方式，冷凝水在重力作用下積聚在集水渠27內(nèi)。

管道支持系統(tǒng)中立柱一6和立柱二35采用下端帶外螺紋的碳鋼或不銹鋼圓棒，可以通過(guò)螺紋與下部帶內(nèi)螺紋的底座30相連，方便拆裝。底座30下部均勻分布四個(gè)腳墊31，采用橡膠材料，起緩沖減震作用，腳墊31通過(guò)強(qiáng)力膠粘接在底座30底部。上固定架7與下固定架18分別采用帶有豎縫的穿孔與立柱一6相連，托架34采用帶有豎縫的穿孔與立柱二35相連，均可上下滑動(dòng)，調(diào)整位置。通過(guò)螺釘 26縮小豎縫距離，依靠摩擦力抱緊立柱，起到定位作用。下固定架 18呈盒狀，與管體25形狀吻合，用來(lái)盛放管體25，上固定架7呈“T”狀，用來(lái)卡緊管體25，起固定作用，上固定架7與下固定架18在左側(cè)結(jié)合處可形成圓形孔，供管體通過(guò)。水泵19用強(qiáng)力膠粘接于底座 30之上，水泵19的左側(cè)連接水冷管4的進(jìn)水口5，右側(cè)連接U形管 32的左側(cè)管道，形成密封空間。

測(cè)量系統(tǒng)如圖2(A)和圖2(B)所示，該系統(tǒng)由前溫濕度傳感器8、后溫濕度傳感器22、溫濕度傳感器固定架23、溫度傳感器14 和光電傳感器33組成。將溫度傳感器14插入制冷芯凸臺(tái)12上的溫度傳感器插孔16中，向其中注入熱熔膠，起固定作用。將后溫濕度傳感器22插入溫濕度傳感器固定架23的通孔中，可上下滑動(dòng)。溫濕度傳感器固定架23與管體25之間用強(qiáng)力膠粘結(jié)，起固定作用。當(dāng)有煙氣沿管道流入時(shí)，前溫濕度傳感器8頂部正對(duì)管體25的氣體入口處，測(cè)量入口煙氣的溫度和濕度，溫度傳感器14負(fù)責(zé)測(cè)量制冷芯溫度，高溫?zé)煔饬鬟^(guò)時(shí)，由于熱量的交換，制冷芯溫度會(huì)有輕微提高。后溫濕度傳感器22正對(duì)管體25的出口，負(fù)責(zé)測(cè)量制冷除水后的煙氣溫度和濕度，這樣就得到了煙氣經(jīng)過(guò)半導(dǎo)體制冷段前后的溫度和濕度變化量。

如圖3、圖4所示，散熱片9為多肋片式，制冷芯13為多翅片式。風(fēng)扇20的四角與散熱片9的四角在對(duì)應(yīng)位置上分別分布著四個(gè)螺絲孔，散熱片9的四角與制冷芯板筋的四角在對(duì)應(yīng)位置上也分別分布著四個(gè)螺絲孔，器件之間由螺栓和螺母固定。制冷散熱系統(tǒng)以制冷片15為核心，制冷片15上方緊貼散熱片9，兩者之間涂抹導(dǎo)熱硅脂，起加快導(dǎo)熱作用，散熱片9上方緊貼風(fēng)扇20，強(qiáng)化散熱片9的對(duì)流散熱。制冷片15下方為制冷芯凸臺(tái)12，兩者之間涂有導(dǎo)熱硅脂，也起加快導(dǎo)熱作用。開(kāi)始工作時(shí)，由帕爾貼效應(yīng)及半導(dǎo)體制冷的熱慣性可知，在極短時(shí)間內(nèi)半導(dǎo)體兩面將到達(dá)極限溫差所對(duì)應(yīng)的溫度。兩片制冷片15同時(shí)工作，以保持整個(gè)制冷芯溫度分布均勻。制冷片15冷面溫度較低，從制冷芯吸收熱量，導(dǎo)致制冷芯溫度降低。制冷片15 熱面溫度較高，將熱量傳導(dǎo)給散熱片9，并由風(fēng)扇20強(qiáng)化對(duì)流換熱，使煙氣熱量快速散失到周?chē)h(huán)境中。

圖5為裝置的排水循環(huán)裝置，整個(gè)裝置采用傾斜放置方式，當(dāng)高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)制冷段時(shí)，每一段均有水分析出，由于重力與表面張力的作用，水沿管壁流入集水渠27和U形管32中?？绽涠危涠?、半導(dǎo)體制冷段、U形管32、水泵接口和水冷管進(jìn)水口5之間均采用強(qiáng)力膠粘結(jié)。

溫度傳感器14、制冷片15和風(fēng)扇20均由溫控板控制，溫度傳感器14、前溫濕度傳感器8和后溫濕度傳感器22所測(cè)溫度和濕度均由溫控板顯示屏顯示。

本裝置設(shè)計(jì)氣體流量為0～0.2L/min；散熱片使用90×90mm肋片式銅散熱片，肋高10mm；風(fēng)扇使用60mm直流渦流風(fēng)扇，風(fēng)扇厚 15mm；制冷芯采用鋁材料，翅片寬50mm，采用10個(gè)翅片，5個(gè)通道，翅片厚1mm，翅片間距為3mm，制冷芯長(zhǎng)130mm；制冷芯凸臺(tái)高20mm，截面邊長(zhǎng)為40mm的正方形；制冷片采用12703型制冷片。

該裝置操作過(guò)程如下：首先，如圖6(A)所示，安裝溫度傳感器14，調(diào)節(jié)前溫濕度傳感器8，使其正對(duì)管體25的煙氣進(jìn)口，后溫濕度傳感器22正對(duì)管體25的煙氣出口。傾斜安裝調(diào)整裝置，使冷凝水能夠向集水渠27流動(dòng)。打開(kāi)溫度控制板確定溫度和濕度示數(shù)是否為空氣實(shí)際溫濕度，若相同，可繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，否則更換相應(yīng)傳感器。用棉花塞堵住進(jìn)氣口1和出氣管24以創(chuàng)造封閉環(huán)境，打開(kāi)制冷片15和風(fēng)扇20開(kāi)關(guān)，設(shè)置制冷芯所需制冷溫度，待溫度傳感器14所測(cè)示數(shù)為所需溫度時(shí)，利用相關(guān)取樣器取得試驗(yàn)范圍的煙氣或模擬煙氣，通入煙氣，煙氣經(jīng)過(guò)前溫濕度傳感器8會(huì)測(cè)出煙氣的初始溫度和濕度，經(jīng)過(guò)制冷芯時(shí)，煙氣降溫，水蒸氣凝結(jié)析出附著在管壁之上，流入集水渠27，進(jìn)入U(xiǎn)形管32，如圖6(B)所示，當(dāng)U形管32左側(cè)水位到達(dá)光電傳感器的位置時(shí)，凝結(jié)水被水泵泵入水冷管。煙氣經(jīng)過(guò)后溫濕度傳感器時(shí)，煙氣的溫度和濕度將再次被測(cè)出，如果達(dá)到理想溫度和濕度，可將干煙氣導(dǎo)入煙氣分析儀進(jìn)行成分分析，否則設(shè)置更低的制冷溫度，直至達(dá)到出口煙氣的理想溫度和濕度值。

在具體實(shí)施過(guò)程中，用該煙氣預(yù)處理裝置除去某鍋爐燃燒所產(chǎn)生煙氣中的水分，煙氣溫度為340℃，含水量占25％，濕度為333g/m³。裝置進(jìn)氣量為0.1L/min，管道內(nèi)徑為36mm，流速為1.67mm/s，空冷管與水冷管各長(zhǎng)20cm。打開(kāi)散熱片風(fēng)扇及制冷片開(kāi)關(guān)，設(shè)置制冷芯溫度為4℃，在水冷管中加入溫度為室溫的水至水冷管出水口處，待裝置各部分溫度穩(wěn)定時(shí)，通入煙氣，一段時(shí)間后，煙氣穩(wěn)定，空冷段管壁、水冷段管壁和電子制冷段管壁冷凝出水珠，并聚集流入U(xiǎn)形管。測(cè)得制冷段煙氣入口溫度為62℃，水含量為156g/m³，在出氣管處測(cè)量煙氣溫度為4℃，水含量為5g/m³。該裝置在上述情況下的除水量為328g/m³，除水率達(dá)到98.5％。

以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。