酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，包括测量系统、信号调理与数据处理系统和终端处理系统，所述测量系统由通过气体管路连接的冷凝处理装置、测量室I、去酸装置、氧传感器、测量室II和抽气泵组成；所述信号调理与数据处理系统由依次连接的滤波放大单元、信号输入单元、单片机和DA转换器组成；所述终端处理系统由PLC和上位机组成；多路信号经调理并通过单片机处理后，数据通过PLC进入上位机实施在线氧浓度监测的终端处理。与现有技术相比，本发明的有益效果是：在高温腐蚀性气体环境下对含氧量进行测量，将电路系统与气体采样和传感单元直接连接，缩短了系统的反应时间，通过酸碱中和过滤装置实现对测量元件的保护和环保要求。
【专利说明】酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业生产中氧含量监测【技术领域】，尤其涉及一种酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统。
【背景技术】
[0002]冶金行业采用喷雾焙烧法再生盐酸的生产过程中，酸再生机组的核心设备是焙烧炉，炉内燃烧天然气和空气，产生的燃烧废气主要成分为HCL(气)、N2、H20(气)、C02等.[0003]焙烧炉烧嘴室温度在1000?1200°C之间，燃烧气体由燃气和助燃空气组成，燃气和助燃空气的配比被称为空燃比，空燃比如果配比不当容易引起爆炸。因此，对焙烧炉燃烧废气中的氧气含量进行在线监测是保证酸再生机组安全生产的必要手段。
[0004]焙烧炉内燃烧废气中含氧量测量环境的特点是:(I)被测气体是高温的腐蚀性气体，对测量装置的耐高温防腐要求较高，焙烧炉顶部出口气体温度在380?400°C之间，且HCL气体具有强腐蚀性；(2)由于炉内是燃气加热，故对用电安全要求较高；(3)为保证废酸的产品质量和炉内燃气的安全燃烧，燃烧废气中含氧量需要随时监测。
[0005]现阶段酸再生机组氧气含量测量方法，主要有人工经验配比测量法、半导体激光气体分析测量法、基于氧气传感器的氧气含量测量法。人工经验配比测量法很难精确控制燃气和空气充分燃烧，空气系数如果过大，焙烧炉内反应温度不够，废酸不能完全氧化分解，生成的氧化铁粉质量不合格；空气系数过小，则造成燃烧不完全，浪费能源并容易产生燃气爆炸。半导体激光测量方法的机械连接部位不耐腐蚀及高温炉气，并需要进样气体前期处理，成本高昂；氧化锆传感器不耐腐蚀，且其工作温度高于60(TC，加热气体会给机组正常运行带来安全隐患。对焙烧炉燃烧废气中的氧气含量进行在线监测不仅要做到及时、准确、可靠，同时还需考虑安全和环保因素。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，能够满足在高温腐蚀性气体环境下对含氧量进行准确、稳定测量的要求，将实现信号检测功能的电路系统与气体采样和传感单元直接连接进行检测，缩短了系统的反应时间，通过酸碱中和过滤装置实现对测量元件的保护和环保要求。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0008]酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，包括测量系统、信号调理与数据处理系统和终端处理系统，所述测量系统由通过气体管路连接的冷凝处理装置、测量室1、去酸装置、氧传感器、测量室II和抽气泵组成；信号调理与数据处理系统由依次连接的滤波放大单元、信号输入单元、单片机和DA转换器组成；终端处理系统由相连的PLC和上位机组成；所述信号调理与数据处理系统将在测量系统中采集的多路信号进行滤波放大等信号调理，经接口模块进入单片机进行数据处理，处理后的数据经接口模块与PLC相连，并通过PLC进入上位机的相应监控变量区，实施在线氧浓度监测的终端处理。[0009]所述氧传感器为Citytech公司的A02型氧传感器,响应时间< 5S。
[0010]所述滤波放大单元由LM358放大器和INA128PA放大器组成，采用12V电源供电，LM358放大器负责对米样气体的压力信号、流量信号、温度信号进行2次放大，INA128PA放大器负责对氧传感器信号进行滤波放大。
[0011]所述信号输入单元为TLC2543，单片机为宏晶科技的STC89C58-RD型号单片机，单片机设有0CMJ12232C中文液晶显示模块作为显示器件，单片机与PLC之间的DAC接口模块为TLV5616的D/Α转换器。
[0012]所述上位机至少为2台，分别负责监控和操作，采用德国西门子公司WINCC组态软件进行组态，上位机通过西门子CP系列通讯卡与西门子PLCS7通讯；PLC通过对热继电器、断路器、接触器的控制实现对现场电机、仪表设备的控制，并实时传递和执行上位机发出的指令。
[0013]所述测量室I和测量室II中分别设有压力变送器、温度变送器和流量变送器，其输出信号与氧传感器输出信号均接入滤波放大单元。
[0014]所述测量室I内压力变送器耐温450°C，流量变送器耐温250°C，温度变送器耐温500°C，三个变送器材质均为金属钽；测量室II内压力变送器耐温200°C，流量变送器耐温2000C，温度变送器耐温500°C，三个变送器材质均为不锈钢。
[0015]所述冷凝处理装置由5-6m冷凝管组成，出口气体温度150_200°C。
[0016]所述去酸装置由碱性池和干燥瓶组成，通过导气管连接。
[0017]所述气体管路起始段与焙烧炉气体出口管道上的气体取样口连通，取样口公称直径< 25_，开口方向朝上。
[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0019]I)基于Citytech公司的A02型氧传感器基础上设计的监测系统，能够满足焙烧炉内燃烧废气为高温腐蚀性气体的环境下对含氧量测量的要求；
[0020]2)本发明将检测电路与气体采样和传感单元直接连接，总反应时间短，能够快速准确地监测氧含量；
[0021]3)通过在气体管路上加设降温及去酸过滤装置的方法，给采样气体降温并去除HCL气体的影响，延长氧传感器的使用寿命；
[0022]4)通过信号放大、滤波、Α/D和D/Α转换等方法保证氧含量信号测量的精度和稳定性；通过氮氧气体均匀混合对氧含量监测系统进行标定，得到氧含量监测系统在量程为O?20%时，精度为±0.44%。对于2%氧含量的焙烧炉燃烧废气监测，其他气体中相对干扰误差为6.07% ；
[0023]5)监测结果分别在监控柜单片机的液晶显示模块上和通过PLC在上位机的WINCC组态软件进行显示，现场和远程都可进行显示和控制，并通过上位机的数据处理功能，实现了对氧含量进行在线监测、标定、超限时报警和数据存储的功能；
[0024]6)对信号调理与数据处理系统增加了防爆电路设计，利用低电压和低电流的工作方式实现防爆功能，使最大电压〈12V，正常工作电流<70mA，最大短路< 0.5A ；
[0025]7)根据理想气体方程公式设计采样气体的气路，通过碱性池和干燥瓶对采样气体进行过滤和干燥，保证最终排放到大气中的采样气体达到国家排放标准，不污染环境。【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明的组成结构框图。
[0027]图2是采样气体的气路流程图。
[0028]图3是信号调理与数据处理系统结构框图。
[0029]图4是电源电路图。
[0030]图5是温度变送器Tl信号的滤波放大电路。
[0031]图6是氧传感器信号的滤波放大电路。
[0032]图7是TLC2543信号输入单元弓丨脚图。
[0033]图8是STC89C58单片机弓丨脚图。
[0034]图9是TLV5616CPDA转换器与单片机、终端处理系统接口电路图。
[0035]图10是0CMJ12232C-3液晶显示模块引脚图。
[0036]图11是本发明程序流程图。
[0037]图12是终端数据显示程序流程图。
[0038]图中:1.测量系统2.信号调理与数据处理系统3.终端处理系统4.取样口
5.高温球阀6.冷凝处理装置7.测量室I 8.碱性池9.干燥瓶10.测量室II 11.抽气泵
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
[0040]见图1，是本发明的组成结构示意图，本发明酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，包括测量系统1、信号调理与数据处理系统2和终端处理系统3，所述测量系统I由通过气体管路连接的冷凝处理装置6、测量室17、去酸装置、氧传感器、测量室IIlO和抽气泵11组成；信号调理与数据处理系统2由依次连接的滤波放大单元、信号输入单元、单片机和DA转换器组成；终端处理系统由PLC和上位机组成；所述信号调理与数据处理系统将在测量系统中采集的多路信号进行滤波放大等信号调理，经接口模块进入单片机进行数据处理，处理后的数据经接口模块与PLC相连，并通过PLC进入上位机的相应监控变量区，实施在线氧浓度监测的终端处理。
[0041]所述氧传感器为Citytech公司的A02型氧传感器,响应时间< 5S。
[0042]所述滤波放大单元由LM358放大器和INA128PA放大器组成，采用12V电源供电，LM358放大器负责对米样气体的压力信号、流量信号、温度信号进行2次放大，INA128PA放大器负责对氧传感器信号进行滤波放大。
[0043]所述信号输入单元为TLC2543，单片机为宏晶科技的STC89C58-RD型号单片机，单片机设有0CMJ12232C中文液晶显示模块作为显示器件，单片机与PLC之间的DAC接口模块为TLV5616的D/Α转换器。
[0044]所述上位机至少为2台，分别负责监控和操作，采用德国西门子公司WINCC组态软件进行组态，上位机通过西门子CP系列通讯卡与西门子PLCS7通讯；PLC通过对热继电器、断路器、接触器的控制实现对现场电机、仪表设备的控制，并实时传递和执行上位机发出的指令。
[0045]所述测量室I 7和测量室II 10中分别设有压力变送器、温度变送器和流量变送器，其输出信号与氧传感器输出信号均接入滤波放大单元。
[0046]所述测量室I 7内压力变送器耐温450°C，流量变送器耐温250°C，温度变送器耐温500°C，三个变送器材质均为金属钽；测量室II 10内压力变送器耐温200°C，流量变送器耐温200°C，温度变送器耐温500°C，三个变送器材质均为不锈钢。
[0047]所述冷凝处理装置6由5-6m冷凝管组成，出口气体温度150_200°C。
[0048]所述去酸装置由碱性池8和干燥瓶9组成，通过导气管连接。
[0049]所述气体管路起始段与焙烧炉气体出口管道上的气体取样口 4连通，取样口 4公称直径< 25mm,开口方向朝上。
[0050]原电池型氧传感器工艺成熟、价格经济、适用于常温下对氧气含量的在线监测，本发明酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统选用原电池氧传感器测量方法，采用Citytech公司的A02型氧传感器，其工作原理为氧透过隔膜后溶解在隔膜与阴极间的薄层电解液中，当氧达到阴极表面时被还原，其电极反应为:02+2H20+4e — 40H_，02+4H+4e — 2H20,同时在铅阳极上发生氧化反应:2Pb+2H20+4e — 2Pb0+4H+。由于焙烧炉内产生气体由HCL、H20、N2、CO2, O2等气体混合，氧气含量影响需要考虑混合气体的交叉敏感性，其数据如下表所示:
[0051]N2, H2, CO2等气体对氧气含量测量的影响
[0052]
【权利要求】
1.酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，包括测量系统、信号调理与数据处理系统和终端处理系统，所述测量系统由通过气体管路连接的冷凝处理装置、测量室1、去酸装置、氧传感器、测量室II和抽气泵组成；信号调理与数据处理系统由依次连接的滤波放大单元、信号输入单元、单片机和DA转换器组成；终端处理系统由相连的PLC和上位机组成；所述信号调理与数据处理系统将在测量系统中采集的多路信号进行滤波放大等信号调理，经接口模块进入单片机进行数据处理，处理后的数据经接口模块与PLC相连，并通过PLC进入上位机的相应监控变量区，实施在线氧浓度监测的终端处理。
2.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述氧传感器为Citytech公司的A02型氧传感器，响应时间< 5S。
3.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述滤波放大单元由LM358放大器和INA128PA放大器组成，采用12V电源供电，LM358放大器负责对米样气体的压力信号、流量信号、温度信号进行2次放大,INA128PA放大器负责对氧传感器信号进行滤波放大。
4.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述信号输入单元为TLC2543，单片机为宏晶科技的STC89C58-RD型号单片机，单片机设有0CMJ12232C中文液晶显示模块作为显示器件，单片机与PLC之间的DAC接口模块为TLV5616的D/Α转换器。
5.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述上位机至少为2台，分别负责监控和操作，采用德国西门子公司WINCC组态软件进行组态，上位机通过西门子CP系列通讯卡与西门子PLCS7通讯；PLC通过对热继电器、断路器、接触器的控制实现对现场电机、仪表设备的控制，并实时传递和执行上位机发出的指令。
6.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述测量室I和测量室II中分别设有压力变送器、温度变送器和流量变送器，其输出信号与氧传感器输出信号均接入滤波放大单元。
7.根据权利要求6所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述测量室I内压力变送器耐温450°C，流量变送器耐温250°C，温度变送器耐温500°C，三个变送器材质均为金属钽；测量室II内压力变送器耐温200°C，流量变送器耐温200°C，温度变送器耐温500°C，三个变送器材质均为不锈钢。
8.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述冷凝处理装置由5-6m冷凝管组成，出口气体温度150-200°C。
9.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述去酸装置由碱性池和干燥瓶组成，通过导气管连接。
10.根据权利要求1所述的酸再生焙烧炉残氧含量在线监测系统，其特征在于，所述气体管路起始段与焙烧炉气体出口管道上的气体取样口连通，取样口公称直径< 25mm，开口方向朝上。
【文档编号】C01B7/01GK103969304SQ201410206750
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】张璇, 孟祥全, 张子晔, 张嘉鹏, 王宗岩 申请人:鞍山创新废酸除硅再生工程有限公司