带有恒温控制系统的烟气采样管及烟气处理器的制作方法

本发明涉及烟气采样技术领域，尤其涉及一种恒温加热，最大限度降低烟气凝露，防止凝露吸收待测物，提高仪器采样精度的烟气采样管及烟气处理器。

背景技术：

1.烟气采样管主要是用于烟道、烟囱或排气筒等固定污染源排放物的采集，如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等。通常情况下烟气温度较高，待测物由于具有较高的含水量，在经过较长的采样管后，水分由于温度下降而冷凝为液体状态，造成烟气测量结果偏低。因此烟气采样管中都需采用加热装置，避免烟气从烟道至烟气分析仪的中间过程中出现凝露，提高仪器采样的准确性。

2.传统加热装置主要是用电热丝为加热原件，虽然其制造简单、成本较低，但加热温度比较集中，易造成温度不均匀的现象。

3.烟气采样管置于高温烟道采样时，启动加热装置，由于电热丝加热不均匀，烟气采样管的管体比较长，温度传感器取点处数量有限，而且反馈的温度值不一定准确，而且反馈控制会有一个延时，导致温度测量误差范围较大，影响测量精度。

4.电热丝由于局部温度过高经常出现烧丝或碳化现象，且在高温中容易发生变形，维护困难，需经常更换电热丝，绕丝工艺操作难度大，不方便使用。

5.电热丝在烟气采样管的通气管路壁上均匀绕丝，金属材料用量大，质量较重，增加了采样管的整体重量。

因此，亟需一种恒温加热，最大限度降低烟气凝露，防止凝露吸收待测物，提高仪器采样精度的烟气采样管及烟气处理器。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种恒温加热，最大限度降低烟气凝露，防止凝露吸收待测物，提高仪器采样精度的烟气采样管及烟气处理器及烟气处理器。

为了实现上述目的，本发明提供的第一个技术方案为：提供一种带有恒温控制系统的烟气采样管，包括：

采样管体，用于对采样烟气进行传输，所述采样管体的左端为进气端，右端为出气端；

热传导模块，包括：热流体、流体介质和驱动单元，所述驱动单元用于驱动所述热流体在所述流体介质内循环运动，且所述流体介质还用于与所述采样管体进行热传导；

热补充模块，包括：检测单元、第一控制单元和热补充单元，所述检测单元用于对通过所述采样管体的烟气温度变化信息进行检测，并将所述烟气温度变化信息发送给所述第一控制单元，所述第一控制单元以所述烟气温度变化信息判断是否需要控制所述热补充单元对所述热流体进行补热；和/或所述检测单元用于对所述热流体的温度变化信息进行检测，并将所述流体温度变化信息发送给所述第一控制单元，所述第一控制单元以所述热流体的温度变化信息判断是否需要控制所述热补充单元对所述热流体进行补热。

还包括第二控制单元，所述第二控制单元与所述驱动单元进行连接，所述第二控制单元用于控制所述驱动单元增大或者缩小所述驱动单元的功率。

所述进气端处设有滤网，所述滤网的右侧设有滤芯，所述流体介质设置在所述滤芯右侧至所述采样管体的出气端处，且所述流体介质的两端设置有流体进口和流体出口，所述驱动单元连接在所述流体进口和流体出口之间。

所述流体介质包括两个相连通的半环形管体，且所述两个半环形管体包覆在所述采样管体外，其中一个所述半环形管体设有所述流体进口，另一个所述半环形管体设有所述流体出口。

所述流体介质设置在所述采样管体的进气端至所述采样管体的出气端处，且所述流体介质的两端分别设置有流体进口和流体出口，所述驱动单元连接在所述流体进口和流体出口之间。

所述流体介质为圆形管体，且所述流体介质的内径大于所述采样管体的外径，所述流体介质套于所述采样管体的外部。

所述流体介质为螺旋形管体，且所述流体介质呈螺旋形绕所述采样管体的外壁布设。

所述检测单元包括第一温度传感单元和第二温度传感单元，所述第一温度传感单元用于对所述进气端的烟气温度信息进行检测，所述第二温度传感单元用于对所述出气端的烟气温度信息进行检测，且所述第一传感单元和第二传感单元分别将检测到的所述进气端的烟气温度信息和所述出气端的烟气温度信息发送给所述第一控制单元，所述第一控制单元以所述进气端的烟气温度信息和所述出气端的温度信息判断是否需要控制所述热补充单元对所述热流体进行补热。

所述检测单元包括第三温度传感单元和第四温度传感单元，所述第三温度传感单元用于对处于所述流体介质左端的流体温度信息进行检测，第四温度传感单元用于对处于所述流体介质右端的流体温度信息进行检测，且所述第三传感单元和第四传感单元分别将检测到的处于所述流体介质左端的流体温度信息和处于所述流体介质右端的流体温度信息发送给所述第二控制单元，所述第二控制单元以处于所述流体介质左端的流体温度信息和处于所述流体介质右端的流体温度信息判断是否需要控制所述热补充单元对所述热流体进行补热。

还包括主控单元，所述主控单元与所述第一控制单元连接，所述主控单元可与所述第一控制单元进行交互，并控制所述第一控制单元工作，所述主控单元预设有所述进气端的烟气温度与所述出气端的烟气温度差的阈值，所述主控单元将所述进气端的烟气温度与所述出气端的烟气温度差值与预设阈值进行对比，并将对比结果发送给所述第一控制单元，所述第一控制单元根据对比结果判断是否需要控制所述热补充单元对所述热流体进行补热。

还包括主控单元，所述主控单元与所述第一控制单元连接，所述主控单元可与所述第一控制单元进行交互，并控制所述第一控制单元工作，所述主控单元预设有处于所述流体介质左端的流体温度和处于所述流体介质右端的流体温度差的阈值，所述主控单元将处于所述流体介质左端的流体温度和处于所述流体介质右端的流体温度差值与预设阈值进行对比，并将对比结果发送给所述第一控制单元，所述第一控制单元根据对比结果判断是否需要控制所述热补充单元对所述热流体进行补热。

所述主控单元还与所述第二控制单元连接，所述主控单元可与所述第二控制单元进行交互，并控制所述第二控制单元工作，所述主控单元预设有处于所述流体介质左端的流体温度和处于所述流体介质右端的流体温度差的阈值，所述主控单元将处于所述流体介质左端的流体温度和处于所述流体介质右端的流体温度差值与预设阈值进行对比，并将对比结果发送给所述第二控制单元，所述第二控制单元根据对比结果判断是否需要增大所述驱动单元的功率。

所述热补充单元浸泡于所述热流体内，设于所述热流体介质内部。

为了实现上述目的，本发明提供的第二个技术方案为：提供一种烟气处理器，其包括第一个技术方案提供的带有恒温控制系统的烟气采样管。

与现有技术相比，由于在本发明的有益效果：

1.本发明采用热流体恒温加热方式，通过热补充单元对热流体进行补热，热流体在驱动单元及微型液泵的驱动下在流体介质中循环对采样管体实现间接传热，使目标温度能够保持均匀一致。

2.本发明采用热流体循环恒温加热控制，温度传感单元测量采样管体内的烟气的实时温度，主控单元基于pid算法控制热补充单元的工作状态并调节加热参数，如加热时间、功率等，实现温度精准控制。

3.本发明利用热流体作为传热介质，热流体在加热和传热过程中不发生任何变化，不用经常更换。

4.本发明在采样管体的外壁上设置环形薄膜状的循环热流体进行传热，热流体可以采用液体，液体媒介质量较轻，有效减轻了装置的重量，进而减轻了采样员的负担。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1所示为本发明带有恒温加热系统的烟气采样管的一个实施例的示意图。

图2所示为本发明带有恒温加热系统的烟气采样管的工作流程图。

图3所示为流体介质、热流体及采样管体的一个实施例的截面图。

图4所示为流体介质、热流体及采样管体的另一个实施例的截面图。

图5所示为本发明带有恒温加热系统的烟气采样管的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示的实施例中，本发明实施例提供的带有恒温控制系统的烟气采样管100，包括：

采样管体1，用于对采样烟气进行传输，所述采样管体1的左端为进气端，右端为出气端；所述采样管体1的进气端伸入至烟道、烟囱或排气筒等固定污染源，准备对排放物的采集

需要说明的是，上述实施例关于所述采样管体1的左端和右端仅仅是居于说明书附图1呈现出的视觉方向关系，为了更好地说明本发明而设定的辅助描述，并不构成实际的方向限定，本发明所有的实施例中，如有类似的情况亦应如此理解，比如下文出现的第一控制单元和第二控制单元，并不构成实际的主次或者顺序之分。

热传导模块2，包括：热流体3、流体介质4和驱动单元5，所述驱动单元5用于驱动所述热流体3在所述流体介质4内循环运动，且所述流体介质4还用于与所述采样管体1进行热传导；本实施例中，所述流体介质4为圆形管体，且套于所述采样管体1外部，下文会对所述流体介质4的结构作进一步的详细说明。

热补充模块6，包括：检测单元、第一控制单元7和热补充单元8，所述检测单元用于对通过所述采样管体1的烟气温度变化信息进行检测，并将所述烟气温度变化信息发送给所述第一控制单元7，所述第一控制单元7以所述烟气温度变化信息判断是否需要控制所述热补充单元8对所述热流体3进行补热；和/或所述检测单元用于对所述热流体3的温度变化信息进行检测，并将所述流体温度变化信息发送给所述第一控制单元7，所述第一控制单元7以所述热流体3的温度变化信息判断是否需要控制所述热补充单元8对所述热流体3进行补热。

在本实施例中，所述检测单元主要用于对所述烟气温度变化和/或所述热流体3的温度变化进行检测，并发送给所述第一控制单元7，所述第一控制单元7判断是否需要通过所述热补充单元8对所述热流体3进行补热。需要说明的是，所述检测单元实质上是温度传感单元，下文会对所述检测单元即温度传感单元的设置进一步的详细说明。

如图1所示的实施例中，还包括第二控制单元10，所述第二控制单元10与所述驱动单元5进行连接，所述第二控制单元10用于控制所述驱动单元5增大或者缩小所述驱动单元5的功率。需要说明的是，如果所述热流体3是液态物质时，所述驱动单元5为一个微型液泵，通过该微型液泵驱动所述热流体3在所述流体介质4内快速循环运动，使所述热流体3的各处的温度由于快速循环而几乎能够达到均匀一致。

如图1所示的实施例中，所述进气端处设有滤网11，所述滤网11的右侧设有滤芯12，所述流体介质4设置在所述滤芯12右侧至所述采样管体1的出气端处，且所述流体介质4的两端设置有流体进口13和流体出口14，所述驱动单元5连接在所述流体进口13和流体出口14之间，在本实施例中，烟气的温度刚从烟囱或者烟道等气源排出时，由于刚进入所述采样管体1的烟气的温度非常高，因此在所述进气端至所述滤芯12这一段温度同样会非常高，并不用考虑这一段由于温度下降而出现凝露的问题，而烟气在所述采样管体1传输的过程中会由于越来越远离高温气源温度下降而出现凝露，因此，所述流体介质4是设置在所述滤芯12右侧至所述采样管体1的出气端处，防止烟气在这一段出现温度下降而凝露的现象。

如图1所示的实施例中，所述流体介质4为圆形管体，且所述流体介质4的内径大于所述采样管体1的外径，所述流体介质4套于所述采样管体1的外部。在本实施例中，所述流体介质4的外壁需要做保温结构处理，通过所述热流体3在所述流体介质4内快速循环，以最大限度地使所述采样管体1内的烟气的温度保持恒温传输。本实施例中，如果烟气在所述采样管体1内是呈从左到右传输，则所述热流体3在所述流体介质4内应是设置成从右到左传输，因此所述流体进口13设置在所述采样管体1的右侧，而所述流体出口14设置在所述采样管体1的左侧，因为理论上当烟气在所述采样管体内从左到右传输时烟气的温度是逐渐下降的，位于所述采样管体1最右端的烟气温度最低，而所述热流体3则是刚刚进入所述流体介质4时，其温度最高，同样会由于向外热传递而使得温度逐渐下降，如此所述热流体3的温度和烟气的温度处于互补状态。此外，所述流体介质4的外部为防止过快的热量损失，需要做保温结构处理。

另一个实施例中，所述流体介质为螺旋形管体，且所述流体介质呈螺旋形绕所述采样管体的外壁布设。在本实施例中，所述流体介质为螺旋形管体且绕设于所述采样管体的外壁处，需要说明的是，如果烟气在所述采样管体内是呈从左到右传输，则所述热流体在所述流体介质内应是设置成从右到左传输，因为理论上当烟气在所述采样管体内从左到右传输时烟气的温度是逐渐下降的，位于所述采样管体最右端的烟气温度最低，而所述热流体则是刚刚进入所述流体介质时，其温度最高，同样会由于向外热传递而使得温度逐渐下降，如此所述热流体的温度和烟气的温度处于互补状态。此外，所述流体介质的外部为防止过快的热量损失，需要做保温结构处理。

如图1所示的实施例中，所述检测单元包括第一温度传感单元15和第二温度传感单元16，所述第一温度传感单元15用于对所述进气端的烟气温度信息进行检测，所述第二温度传感单元16用于对所述出气端的烟气温度信息进行检测，且所述第一传感单元15和第二传感单元16分别将检测到的所述进气端的烟气温度信息和所述出气端的烟气温度信息发送给所述第一控制单元7，所述第一控制单元7以所述进气端的烟气温度信息和所述出气端的温度信息判断是否需要控制所述热补充单元8对所述热流体3进行补热。本实施例中，所述热流体3在所述热流体介质4内快速循环，以使所述采样管体1内的烟气的温度保持恒温传输，然而，所述热流体3的热量也会不断地向外界传递，因此必须确保所述热流体3的温度处于一个预设温度值以上，而所述热流体3的温度信息反馈是通过所述第一传感单元15和第二传感单元16分别将检测到的所述进气端的烟气温度信息和所述出气端的烟气温度信息实现的，例如，一旦所述进气端的温度与所述出气端的温度相差10摄氏度(10摄氏度为假设的一个温度值)，则认定为所述热流体3的温度已经低于该预设的温度值，此时所述第一控制单元7通过控制所述补热单元8对所述热流体3进行补热。

如图1所示的实施例中，所述检测单元包括第三温度传感单元17和第四温度传感单元18，所述第三温度传感单元17用于对处于所述流体介质4左端的流体温度信息进行检测，第四温度传感单元18用于对处于所述流体介质4右端的流体温度信息进行检测，且所述第三传感单元17和第四传感单元18分别将检测到的处于所述流体介质4左端的流体温度信息和处于所述流体介质4右端的流体温度信息发送给所述第二控制单元10，所述第二控制单元10以处于所述流体介质4左端的流体温度信息和处于所述流体介质4右端的流体温度信息判断是否需要控制所述热补充单元8对所述热流体3进行补热。与上述实施例的原理一样，必须确保所述热流体3的温度处于一个预设温度值以上，而所述热流体3的温度信息反馈是通过所述第三传感单元17和第四传感单元18分别将检测处于所述流体介质4左端的流体温度信息和处于所述流体介质4右端的流体温度信息实现的，例如，一旦处于所述流体介质4左端的流体温度和处于所述流体介质4右端的流体温度相差10摄氏度(10摄氏度为假设的一个温度值)，则认定为所述热流体3的温度已经低于该预设的温度值，此时所述第一控制单元7通过控制所述补热单元8对所述热流体3进行补热。

如图1所示的实施例中，还包括主控单元19，所述主控单元19与所述第一控制单元7连接，所述主控单元19可与所述第一控制单元7进行交互，并控制所述第一控制单元7工作，所述主控单元19预设有所述进气端的烟气温度与所述出气端的烟气温度差的阈值，所述主控单元19将所述进气端的烟气温度与所述出气端的烟气温度差值与预设阈值进行对比，并将对比结果发送给所述第一控制单元7，所述第一控制单元7根据对比结果判断是否需要控制所述热补充单元8对所述热流体进行补热。

如图1所示的实施例中，还包括主控单元19，所述主控单元19与所述第一控制单元7连接，所述主控单元19可与所述第一控制单元7进行交互，并控制所述第一控制单元7工作，所述主控单元19预设有处于所述流体介质4左端的流体温度和处于所述流体介质4右端的流体温度差的阈值，所述主控单元19将处于所述流体介质4左端的流体温度和处于所述流体介质4右端的流体温度差值与预设阈值进行对比，并将对比结果发送给所述第一控制单元7，所述第一控制单元7根据对比结果判断是否需要控制所述热补充单元8对所述热流体进行补热。

所述主控单元19还与所述第二控制单元10连接，所述主控单元19可与所述第二控制单元10进行交互，并控制所述第二控制单元10工作，所述主控单元19预设有处于所述流体介质4左端的流体温度和处于所述流体介质4右端的流体温度差的阈值，所述主控单元19将处于所述流体介质4左端的流体温度和处于所述流体介质4右端的流体温度差值与预设阈值进行对比，并将对比结果发送给所述第二控制单元10，所述第二控制单元10根据对比结果判断是否需要增大所述驱动单元的功率。

如图1所示的实施例中，所述热补充单元8浸泡于所述热流体3内，设于所述热流体介质4内部。

以下结合图2，对本发明的工作原理进行介绍：

设备启动采样之前，第一温度传感单元和第二温度传感单元分别测得采样管体的进气端的温度信息和出气端的温度信息并发送给第一控制单元，并由第一控制单元发送给主控单元，主控单元将获取的进气端温度和出气端温度信息进行处理，得出的差值与预设的阈值作比对，当差值大于预设阈值时，主控单元基于pid算法控制热补充单元的启停状态，并调节加热参数，如加热时间、功率等，实现温度精准控制。

当主控系统控热补充单元达到预设温度并稳定后，启动烟气采样管进行采样，高温烟道中的烟气从采样管体的进气端进入，烟气经过滤网初步过滤粉尘，经过滤芯得到进一步的过滤精度后进入钛管，即是采样管体位于滤芯右侧的部位是钛管，此时钛管的温度已经达到了预设温度，烟气以高温状态流经采样管体，实现了烟气高温采样的目的。

需要说明的是，上述工作原理介绍的是通过第一温度传感单元和第二温度传感单元分别测得采样管体的进气端的温度信息和出气端的温度信息进行处理的，此外还可以通过第三温度传感单元和第四温度传感单元对处于所述流体介质左端及右端的流体温度信息进行检测，发送给第二控制单元，并由第而控制单元发送给主控单元，主控单元接下来的处理和上述工作原理是相同的，再此不在赘述。

如图3所示的实施例中，图中位于最外圈为热流体介质4，中圈环形状的为热流体3，内圈为采样管体1，热补充单元设于热流体3内并对热流体3加热，升温后热流体的热量通过导热层1a传导采样管体1，导热层1a为导热性能良好的结构层，此处采样管体1为钛管，使得采样管体中的烟气能够达到预先设定的温度，实现烟气高温采样，避免烟气流经钛管时出现凝露，进而凝露吸收待测物造成测量结果偏低。热流体介质4的最外层设置保温层，保温层能够有效地减少热流体与外界进行热交换，提高装置的工作效率。

如图4所示的实施例中，所述流体介质4包括两个相连通的半环形管体41和42，且所述两个半环形管体41和42包覆在所述采样管体1外，其中一个所述半环形管体41设有所述流体进口，另一个所述半环形管体42设有所述流体出口。具体地，两个所述半环形管体41和42在左端相互连通，而所述半环形管体41的右端设有所述流体进口，所述半环形管体42的右端设有所述流体出口。在本实施例中，所述热流体从所述半环形管体41的右端的所述流体进口进入，并沿着从右边至左的方向向所述半环形管体41的左端运动，并从所述半环形管体41的左端流入所述半环形管体42的左端，此时所述热流体在所述半环形管体42的运动方向是从左到右运动，并从所述半环形管体42的右端的所述流体出口流出。需要说明的是，本实施例中，假定所述采样管体1左端为进气端而右端为出气端。

如图5所示的实施例中，所述流体介质4设置在所述采样管体1的进气端至所述采样管体1的出气端处，且所述流体介质4的两端分别设置有流体进口13和流体出口14，所述驱动单元5连接在所述流体进口13和流体出口14之间。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的一种烟气处理器，该烟气处理器包括第一个技术方案提供的带有恒温控制系统的烟气采样管100。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分单元、模块、步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。