專利名稱:蒸氣分解率連續(xù)檢測(cè)法及儀器的制作方法
本發(fā)明涉及以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽利用率連續(xù)檢測(cè)方法和儀器。
公知的測(cè)量蒸汽分解率的方法是將煤氣中的蒸汽，用蛇形冷凝管冷凝成水，使蒸汽與煤氣分離。冷凝水收集于有刻度的玻璃管中，計(jì)量其體積，根據(jù)冷凝水和余氣的體積，以及煤氣中氫的含量計(jì)算蒸汽分解率。
這是一種手工分析方法，操作十分繁鎖，只能斷續(xù)取樣分析，且測(cè)量不準(zhǔn)確。
至于蒸汽分解率的連續(xù)分析，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)在線分析儀表。經(jīng)國(guó)際聯(lián)機(jī)檢索與手檢，亦未見有關(guān)的專利報(bào)導(dǎo)。與此較為接近的使用ZrO2和MgO的新型高溫陶瓷濕度計(jì)，因其響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，尚不能用于造氣爐的蒸汽分解率測(cè)試，日本三鷹工業(yè)公司近來(lái)開發(fā)的氧化鋯式高溫濕度計(jì)，因其原理是基于氧分析，而不適用于水煤氣介質(zhì)。其它各種形式的汽、氣比分析裝置，或因取樣、或因工作溫度、響應(yīng)時(shí)間等原因，尚不能有效使用。蘇聯(lián)專利第911284號(hào)提出一種用壓氣機(jī)使帶有水蒸汽的氣體通過(guò)壓力傳感器和控制閥門流量室的方法測(cè)定氣體中的含水量。試驗(yàn)氣體在壓氣機(jī)入口的壓力和室內(nèi)的壓力分別用量計(jì)測(cè)量。還使用一單元閥門控制器提供一預(yù)定輸入、室內(nèi)裝有飽和溶液的混合物和吸濕塊晶體。室內(nèi)壓力測(cè)量是在恒溫條件下進(jìn)行的。該專利提出的設(shè)備相當(dāng)復(fù)雜，響應(yīng)時(shí)間較慢，從“提供66預(yù)定輸入”的條件考慮，不適應(yīng)以煤為原料的造氣爐的惡劣條件，且維護(hù)困難。
本發(fā)明的目的在于確立一種自動(dòng)連續(xù)分析以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽利用率的方法和儀器，可對(duì)入爐蒸汽利用率進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測(cè)量，反應(yīng)迅速，做到及時(shí)測(cè)量指示，并輸出電訊號(hào)，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自控提供一種有效的檢測(cè)手段。
本發(fā)明的基本思想是，采用恒壓差節(jié)流取樣法穩(wěn)定取樣流量，用固定液位的高差來(lái)恒定節(jié)流取樣咀的壓差，讓取樣后的氣體直接通過(guò)冷凝水除去水汽，用干擾參數(shù)對(duì)取樣干氣流量進(jìn)行校正，以滿足恒流取樣的要求，再按下列聯(lián)立式計(jì)算出入爐蒸汽分解率ψ＝ (I′×H2)/(IO-I′(1-H2)) ……(1)I′＝f(t1-t2)×I……(2)式中ψ-蒸汽分解率(%);
Io-恒流取樣預(yù)定流量(公升/分鐘);
I-取樣干氣流量(公斤/分鐘);
I′-取樣干氣流量校正值(公升/分鐘);
H2-取樣干氣中的氫含量(%);
t1-取樣溫度(℃);
t2-取壓氣咀處的環(huán)境溫度(℃);
f(t1，t2)-t1，t2對(duì)I的校正系數(shù)。
其整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示取樣氣經(jīng)陶瓷過(guò)濾管1及節(jié)流閥4后，送到恒壓差取樣裝置，在該裝置中，取樣氣被水冷凝，除去水汽，剩下的干氣(I)，經(jīng)汽水分離器29，進(jìn)一步除去冷凝水，送到氫分儀32，再進(jìn)入取樣干氣測(cè)量氣咀26，而后排入大氣。由氣咀26的干氣流量取壓信號(hào)，經(jīng)微差壓傳感器33轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并輸入到模擬運(yùn)算校正指示裝置34，與來(lái)自取樣氣咀20和取壓氣咀26處的溫差信號(hào)(由熱電偶23的冷熱端的溫差決定)，以及氫分儀32的氣質(zhì)信號(hào)一起，在模擬運(yùn)算校準(zhǔn)指示器34中，對(duì)I進(jìn)行校正，求出I′，再根據(jù)計(jì)算式(1)求出對(duì)應(yīng)的蒸汽分解率ψ。
為保證恒壓差取樣的準(zhǔn)確性，保證取樣管道長(zhǎng)期暢通無(wú)阻，對(duì)氣咀20以前的整個(gè)管線進(jìn)行保溫，并將氣咀20緊靠在煤氣管道上，利用煤氣管壁的高溫，使氣咀20保持在較高溫度上，有效防止水汽冷凝。氣咀20以下的管線，則均采用不銹鋼直管，防止水灰淤積。
為了保證取樣測(cè)量關(guān)鍵部位的工作，在直對(duì)著氣咀20的上方，設(shè)置一個(gè)與取樣氣咀20及取樣管18同軸的清洗裝置21，還設(shè)置一個(gè)與引流管同軸并焊接在穩(wěn)壓管17上的取樣接咀22，通過(guò)它們，可直接在外部用機(jī)械法清理易出故障的管線和氣咀，使日常操作維護(hù)十分簡(jiǎn)單可靠。
對(duì)冷凝水部分，為防止水中攜帶的氣體干擾取樣，冷凝水亦須經(jīng)附加的汽水分離后，才能進(jìn)入取樣裝置。
取樣過(guò)濾器的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示它由外部有一金屬護(hù)套的陶瓷過(guò)濾管1，置于過(guò)濾管上端口的多孔金屬墊片、置于多孔金屬墊片上的焦碳2，置于焦碳上且夾有單層玻璃布的鐵砂網(wǎng)3、頂部有一連通取樣器出口管的金屬頂蓋9，以及過(guò)濾器基座8組成。
過(guò)濾管部分伸入煤氣管道7，外用金屬護(hù)套5防止高速氣流、灰渣直接對(duì)陶瓷過(guò)濾管沖擊。護(hù)套下端部?jī)蓚?cè)面各開有細(xì)長(zhǎng)縫，后側(cè)部有一寬口，底部裝有柵欄11作托架，便于通風(fēng)與排灰。過(guò)濾管上端部與金屬護(hù)套之間，有石棉或玻璃纖維類密封填料6，該填料置于一支承金屬環(huán)上，過(guò)濾器基座8與頂蓋9之間，夾有石棉板密封圈，并用螺絲緊固在一起。使用時(shí)，將基座8焊接在取樣煤氣管道上。
過(guò)濾器頂蓋與穩(wěn)壓管頂端之間，還裝有節(jié)流閥4，用來(lái)調(diào)節(jié)流量。
整個(gè)裝置的外部，均用保溫材料保溫，以防止水汽凝結(jié)。這是取樣本身的要求，又大大減少管道的結(jié)垢，堵塞和腐蝕。
恒壓差取樣裝置如圖3所示它包括內(nèi)部充水且頂部敞開的液位基準(zhǔn)筒14，一個(gè)底部與液位基準(zhǔn)筒底部連通且?guī)Э?，頂部高于液位基?zhǔn)筒的穩(wěn)壓筒13、與穩(wěn)壓筒等高且底部連通并頂側(cè)有一出氣口28及進(jìn)水口27的冷凝筒12、頂端與過(guò)濾器連通而底端置于穩(wěn)壓筒內(nèi)且高于連通口的穩(wěn)壓管17、底部高于穩(wěn)壓管底端而頂端與取樣氣咀20出氣口連接的取樣管18、與取樣氣咀20的進(jìn)氣口及穩(wěn)壓管連通的引流管19、置于取樣氣咀上方且與取樣氣咀及取樣管同軸的清洗裝置21，與引流管同軸并焊接在穩(wěn)壓管上的取樣接咀22、固定在穩(wěn)壓管或取樣管上且?guī)в卸€(gè)接線端子25和一個(gè)取壓氣咀26的金屬導(dǎo)熱板24、熱端固定在引流管內(nèi)而冷端接在金屬導(dǎo)熱板接線端子上的熱電偶23。
該裝置的基本設(shè)計(jì)思想是保持取樣氣咀20兩端壓差恒定，不受取樣氣成分、溫度的影響。由于冷凝水接咀27進(jìn)去后，通過(guò)液位基準(zhǔn)筒14的頂端溢出，液面位置相對(duì)恒定。而氣咀20兩端的壓差等于取樣管出口B點(diǎn)與穩(wěn)壓管出口A點(diǎn)的位差乘以水的密度。這都是不變量，因此，氣咀20兩端壓差恒定。
由于取樣氣的溫度是變量，且變化范圍大，因此，當(dāng)氣咀20的結(jié)構(gòu)一定，且兩端壓差恒定時(shí)，通過(guò)氣咀20的取樣氣流量，將隨取樣溫度變化。從恒流取樣的目的出發(fā)，則須對(duì)取樣流量進(jìn)行取樣溫度校正。另外，同樣流量的干氣通過(guò)氣咀26時(shí)產(chǎn)生的壓差，亦隨氣咀處的環(huán)境溫度變化，故亦須進(jìn)行環(huán)境溫度修正。因上述兩種情況隨溫度變化的方向相反，為簡(jiǎn)化設(shè)備起見。利用熱電偶的輸出電壓正比于其冷熱端溫度的效應(yīng)，用同一支熱電偶的輸出訊號(hào)作參數(shù)，代替兩個(gè)干擾參數(shù)來(lái)校正取樣干氣流量。
為提高冷凝筒的冷凝效果，一方面，在取樣管出口B處開設(shè)一些小槽，將氣流分散后鼓出。另一方面，適當(dāng)加高冷凝液面的高度，盡量延長(zhǎng)取樣氣在冷凝水中佇留的時(shí)間。
因造氣爐在吹風(fēng)程序中，煤氣管道有時(shí)出現(xiàn)抽象現(xiàn)象，導(dǎo)致冷凝水向取樣管內(nèi)倒流。為避免這種倒流改變氣咀20處的工作特性，氣咀20必須高出液面一定距離。
為避免從穩(wěn)壓管A點(diǎn)出來(lái)的氣體進(jìn)入液位基準(zhǔn)筒，A點(diǎn)必須高出取樣裝置底部連通口。
為了防止水汽、焦油之類物質(zhì)在取氣咀26處貯集影響測(cè)量精度，將取樣裝置出口28出來(lái)的取樣氣體接至一個(gè)三通管的入口，下接一充水U形管，并緊貼在冷凝筒壁上，利用水汽的附壁特性，進(jìn)一步將取樣氣中的氣，水分離后再送至氫分析器，而后接至取壓氣咀26的進(jìn)氣口上。由于取樣氣進(jìn)入取壓氣咀26前，經(jīng)過(guò)了一個(gè)低溫槽，因此當(dāng)其進(jìn)入較高溫度的取在氣咀26處時(shí)，取樣氣的相對(duì)濕度脫離飽和態(tài)，避免了水汽凝結(jié)，這樣，在無(wú)須外加氣體凈化和干燥器材的條件下，即可保證氣咀26正常工作。
為將冷凝水及時(shí)排至室外，取樣裝置中還沒(méi)有將液位基準(zhǔn)筒置于其中且上部敞開，下部有一排水口15的集水筒16。
為便于操作，清洗裝置21及取樣接咀22均有用耐熱非金屬材料制作的外套。外套上有蓋，蓋上有用于清洗氣咀和管道的鋼針。
該裝置可對(duì)造氣爐的蒸汽分解率以及出口水煤氣的氣、汽比作連續(xù)自動(dòng)地分析，并提供即時(shí)指示和輸出電信號(hào)。其蒸汽分解率和氣、汽比的測(cè)量范圍為0～100%。測(cè)量基本誤差優(yōu)于5級(jí)。響應(yīng)時(shí)間小于8秒。全套裝置可在-10～+45℃的環(huán)境條件下工作，其電容式微差壓傳感器的工作溫度范圍是-25～55℃，工作電源50HZ，220±20伏，功耗小于3瓦，無(wú)外設(shè)凈化器材，操作維護(hù)很簡(jiǎn)便。
圖1、整機(jī)結(jié)構(gòu)原理框圖;
圖2、過(guò)濾裝置示意圖;
圖3、取樣裝置示意圖;
圖中1-陶瓷過(guò)濾管，2-焦碳;3-夾有單層玻璃布的鐵砂網(wǎng);4-節(jié)流閥;5-金屬護(hù)套;6-石棉或玻璃纖維類填料;7-煤氣管道;8-過(guò)濾器基座;9-過(guò)濾器頂蓋;10-多孔金屬墊片;11-金屬柵欄;12-冷凝筒;13-穩(wěn)壓筒;14-液位基準(zhǔn)筒;15-排水口;16-集水筒;17-穩(wěn)壓管;18-取樣管;19-引流管;20-取樣氣咀;21-清洗裝置;22-取樣接咀;23-熱電偶;24-導(dǎo)熱板;25-接線端子;26-取壓氣咀;27-冷凝水進(jìn)口接咀;28-取樣裝置出氣口;29-汽水分離器;30-橡皮接管;31-取壓接口;32-氫分儀;33-微差壓傳感器;34-模擬運(yùn)算校準(zhǔn)指示裝置。
實(shí)施例可參照附圖并按下列參數(shù)完成本發(fā)明的一個(gè)最實(shí)施方案;
1、恒流取樣流量Io＝3.1公升/分鐘;
2、取樣氣咀20的內(nèi)孔直徑d＝1.3毫米、長(zhǎng)L＝20毫米;
3、取樣氣咀20兩端的位差＝70毫米水柱;
4、取樣氣咀20的進(jìn)口氣壓＝200毫米水柱;
5、取樣氣咀20處溫度100～200℃;
6、液面距氣咀20處的距離400毫米;
7、冷凝水量＞0.15公升/分鐘;
8、采用電容式微差壓傳感器;
量程為20毫米水柱9、f(t1，t2)＝1+0.0021(t1-t2)
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽分解率的測(cè)試方法。其特征在于采用恒壓差節(jié)流取樣法穩(wěn)定取樣流量，用固定液位的高差來(lái)恒定節(jié)流取樣咀的壓差，讓取樣后的氣體直接通過(guò)冷凝水除去水汽，用干擾參數(shù)對(duì)取樣干氣流量進(jìn)行校正，利用煤氣管道的高溫和取樣裝置各點(diǎn)的溫度分布特性，按下列聯(lián)立式算出待測(cè)的蒸汽分解率φ＝ (I′XH2)/(IO-I′(1-H2))I′=f(t1,t2)I式中φ--待測(cè)的蒸汽分解率，I0--恒流取樣預(yù)定流量，I--取樣干氣流量。I′--取樣干氣流量校正值，H2--取樣干氣的氫含量，f(t1、t2)--干擾參數(shù)t1、t2對(duì)I的校正系數(shù)。
2.一種測(cè)量以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽分解率的測(cè)試裝置，它由過(guò)濾器、恒壓差取樣器、氫分儀、微差壓傳感器、模擬運(yùn)算校準(zhǔn)指示器組成，其特征在于過(guò)濾器由外部有一金屬護(hù)套的陶瓷過(guò)濾管、置于過(guò)濾管上端口的多孔金屬墊片、置于多孔金屬墊片上的焦碳，置于焦碳上且夾有單層玻璃布的鐵砂網(wǎng)、頂部有一連通取樣器出口管的金屬頂蓋，以及過(guò)濾器基座組成，恒壓差取樣器包括內(nèi)部充水且頂部敞開的液位基準(zhǔn)筒，一個(gè)底部與液位基準(zhǔn)筒底部連通且?guī)Э醉敳扛哂谝何换鶞?zhǔn)筒的穩(wěn)壓筒、與穩(wěn)壓筒等高且底部連通并頂側(cè)有一出氣口及進(jìn)水口的冷凝筒、頂端與過(guò)濾器連通而底端置于穩(wěn)壓筒內(nèi)且高于連通口的穩(wěn)壓管、底端高于穩(wěn)壓管底端而頂端與取樣氣咀出氣口連接的取樣管、與取樣氣咀進(jìn)氣口及穩(wěn)壓管連通的引流管、置于取樣氣咀上方且與取樣氣咀及取樣管同軸的清洗裝置、與引流管同軸并焊接在穩(wěn)壓管上的取樣接咀、固定在穩(wěn)壓管或取樣管上且?guī)в卸€(gè)接線端子和一個(gè)取壓氣咀的金屬導(dǎo)熱板、熱端固定在引流管內(nèi)冷端接在金屬導(dǎo)熱板接線端子上的熱電偶。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于所述金屬護(hù)套下端部的后側(cè)有一寬口、兩側(cè)有細(xì)長(zhǎng)縫、底部裝有柵欄。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于所述過(guò)濾管上端部與金屬護(hù)套之間有石棉或玻璃纖維密封填料，該填料置于一支承金屬環(huán)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于過(guò)濾器基底和頂蓋之間夾有石棉板密封圈，并用螺絲緊固在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于過(guò)濾器出口與穩(wěn)壓管頂端之間裝有節(jié)流閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于清洗裝置及取樣接咀均有用耐熱非金屬材料制成的外套，外套上有蓋，蓋上有用于清洗的鋼針。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于冷凝筒出口接有一個(gè)三通管，三通管下方接一個(gè)緊靠在冷凝筒壁面上的內(nèi)部充水的U形管，三通管出口經(jīng)氫分儀接至取壓氣咀。
9.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于恒壓差取樣器的液位基準(zhǔn)筒置于上部敞開且下部有一排水口的集水筒內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求
2所述裝置，其特征還在于取樣管下端部對(duì)稱地開有多條細(xì)槽。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽分解率的自動(dòng)檢測(cè)方法和儀器。可對(duì)入爐蒸汽分解率進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測(cè)量；時(shí)間響應(yīng)很快。給造氣爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和爐況提供一種有效的即時(shí)的檢測(cè)手段；并能輸出電訊號(hào)，其基本技術(shù)特征是采用陶瓷過(guò)濾元件，用固定液位高差法進(jìn)行恒壓差取樣，微差壓傳感器傳感；用取樣和環(huán)境溫差信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)校正；利用取樣煤氣管道的熱量、環(huán)境溫度的分布情況，有效地解決了取樣防堵。
文檔編號(hào)G01N7/14GK85100353SQ85100353
公開日1986年2月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者郭少儀, 張程群, 何亞娟, 朱云清 申請(qǐng)人:資興市電子研究所, 湖南省資興市氮肥廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan