一种铜熔炼烟气分析进样处理系统及其方法
【专利摘要】本发明涉及一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，包括顺序连接的前级预处理箱、后级预处理箱；所述前级预处理箱与控制系统连接；方法包括：前级预处理箱将生产过程产生的烟气进行降温、除尘和干燥，以及管路切换和反吹，输出处理后的烟气至后级预处理箱；后级预处理箱将经过前级预处理箱处理后的烟气进行粉尘过滤，输出至气体分析器。本发明成功解决了烟气所含大量粉尘和水，同时呈酸性腐蚀且结焦严重从而给在线分析照成较大干扰这一问题。
【专利说明】一种铜熔炼烟气分析进样处理系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于分析仪器【技术领域】，特别是涉及一种用于底吹炉烟气成份在线分析仪的降温除尘干燥进样系统及其方法。
【背景技术】
[0002]底吹炉是新型铜熔炼中重要设备，承担着造铜锍和造渣等关键熔炼过程，底吹炉需要有一个稳定的工作点参数，尤其是温度。但是目前的炉内没有针对高温复杂工艺环境下可以长时间稳定运行的温度传感器，无论是炉内熔体温度还是炉内空气温度都无法准确的获得。
[0003]当前对炉内温度的判定主要基于测温枪的数据和操作工经验的估计与推测，然而这些依据都不够准确并且偏差较大。故根据炉内的烟气中的S02，SO3和O2成分含量以及烟气湿度来间接判断炉内的反应情况是目前较好的解决方案。由于底吹炉运行状态控制需要时时在线烟气分析数据，烟气分析的在线分析时间，分析精度，稳定性，维护成本等因素将直接影响底吹炉控制效果。
[0004]目前大部分烟气分析系统主要侧重于烟气分析仪的开发与优化，然而其进样系统的气体预处理对分析时间，分析精度有着巨大的影响。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明的目的是针对底吹铜熔炼过程中产生的烟气所含大量粉尘和水，同时呈酸性腐蚀且结焦严重这一问题，提供一种抗干扰烟气进样系统及其方法，以提高对烟气中的so2，SO3和O2等成分在线分析精度和稳定性，减少在线分析时间和维护成本。
[0006]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，包括顺序连接的前级预处理箱、后级预处理箱；所述前级预处理箱与控制系统连接；
[0007]所述前级预处理箱用于烟气降温、除尘和干燥，以及管路切换和反吹，接收生产过程产生的烟气，输出处理后的烟气至后级预处理箱；
[0008]所述后级预处理箱将经过前级预处理箱处理后的烟气进行粉尘过滤，输出至气体分析器。
[0009]所述前级预处理箱包括手动阀、稳压阀、气体干燥管和两个制冷除尘装置；所述制冷除尘装置的蒸汽入口用于接入蒸汽，蒸汽出口用于输出蒸汽；输入端接入生产过程中产生的烟气，还与后级预处理箱连接，控制端与控制系统连接，反吹端依次经第二稳压阀、第三手动阀与氮气源连接，输出端经气体干燥管输出至后级预处理箱。
[0010]制冷除尘装置包括制冷除尘罐和三通电磁阀；所述制冷除尘罐内设有螺旋管，蒸汽经第三手动阀进入螺旋管、由蒸汽出口输出；制冷除尘罐的下部设有入口，用于输入生产过程中产生的烟气，顶部设有出口，出口处设有T型过滤器，并与三通电磁阀的输入端连接；三通电磁阀的控制端与控制系统连接，第一、第二输出端分别与第二稳压阀、气体干燥管连接。
[0011]所述前处理箱还包括仪表风通路，两端放空，所述仪表风通路包括顺序连接的第一手动阀、第一稳压阀和第一流量计。
[0012]所述前级预处理箱底部设有蒸汽输入口和蒸汽输出口，之间连有散热器。
[0013]所述前级预处理箱为两个；一个前级预处理箱输入端接入余热锅炉烟气；另一个前级预处理箱输入端接入电收尘烟气。
[0014]所述后级预处理箱包括两个粉尘过滤通路，两个通路入口分别与两个前级预处理箱的输出端连接；两个通路出口分别与气体分析仪的两个输入端连接；所述粉尘过滤通路从入口依次连接手动阀、增压阀和流量计；所述增压阀出口依次经支路流量计、单向阀与前级预处理箱制冷除尘装置的输入端连接。
[0015]一种铜熔炼烟气分析进样处理系统方法，包括以下步骤:
[0016]前级预处理箱将生产过程产生的烟气进行降温、除尘和干燥，以及管路切换和反吹，输出处理后的烟气至后级预处理箱；
[0017]后级预处理箱将经过前级预处理箱处理后的烟气进行粉尘过滤，输出至气体分析器。
[0018]所述进行降温、除尘和干燥包括以下步骤:
[0019]烟气从制冷除尘罐下部入口进入，并与制冷除尘罐中螺旋管所通的蒸汽进行热交换以使温度降低，制冷除尘罐出来的烟气经过干燥管束进行脱水，烟气中水分子被通入的仪表风从干燥管束中带走。
[0020]所述管路切换和反吹包括以下步骤:
[0021]当与第一制冷除尘罐入口连接的采样探头工作时，控制系统控制第一三通电磁阀第一输出端闭合，第二三通电磁阀第二输出端闭合，烟气经第一制冷除尘罐进入干燥管束，氮气经过第二稳压阀、第三手动阀、第二三通电磁阀、第二制冷除尘罐反吹至与第二制冷除尘罐入口连接的采样探头；
[0022]当与第二制冷除尘罐入口连接的采样探头工作时，控制系统控制第一三通电磁阀第二输出端闭合，第二三通电磁阀第一输出端闭合，烟气经第二制冷除尘罐进入干燥管束，氮气经过第二稳压阀、第三手动阀、第一三通电磁阀、第一制冷除尘罐反吹至与第一制冷除尘罐入口连接的采样探头。
[0023]本发明具有以下有益效果及优点:
[0024]1、本发明所提出了一种抗干扰烟气进样系统，成功解决了烟气所含大量粉尘和水，同时呈酸性腐蚀且结焦严重从而给在线分析照成较大干扰这一问题。
[0025]2、本发明通过前后两级预处理箱为主的进样处理系统，大幅提高对烟气中的SO2,SO3和O2等成分在线分析精度和稳定性，减少在线分析时间和维护成本。
[0026]3、本发明采用一备一用冗余设计，PLC控制相应的电磁阀动作使得一个采样探头正常工作取样，利用氮气对另外一个采样探头进行反吹，以防止探头堵塞。
[0027]4、本发明所述烟气进样系统中烟道经过蒸汽伴热，前后两级预处理箱配备蒸汽保温系统，保证其全年温度都在80°C以上以维持SO3气态。
[0028]5、本发明采用多组电磁阀门与流量计，使得系统运行状态更易于操控与监视，便于故障排查与诊断，降低维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明所述进样系统总体设计图；
[0030]图2是本发明所述采样探头结构剖视图；
[0031]图3是本发明所述进样系统的前级预处理箱设计图；
[0032]其中，NVl?NV4为两通针阀，RVl?RV4为旋塞阀，APRl、APR2为空气过滤稳压阀，TF1、TF2为T型过滤器(三通过滤器)，SV1、SV2为三通电磁阀，FI为流量计，L.P为低压返回总管；
[0033]图4是本发明所述进样系统的后级预处理箱设计图；
[0034]其中，CV1、CV2为单向阀，L.P为低压返回总管。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图及实施实例对本发明做进一步的详细说明。
[0036]如图1所示，本发明所述铜熔炼烟气分析进样处理系统总体上设计前后两级预处理箱，两个前级预处理箱分别就近安置在余热锅炉入口、电收尘出口附近。前级预处理箱入口为两个采样探头，并与PLC控制系统连接，出口通过电伴热管缆与后级预处理箱连接，经过后级预处理箱二次除尘后送入气体分析仪中进行组份分析。使得烟气除尘干燥降温之后再通过气体分析仪进行分析与数据上传。
[0037]如图2所示，探头采用法兰与管道口对接，采样探头伸入烟道的1/3至1/2位置。由于烟道内的高温高粉尘工况，为防止粉尘的冲刷在探针外部设有保护套管，同时探针入口处设有金属网的过滤器，以减少进入取样管的粉尘，防止管线堵塞，采样探头采用不锈钢材质，具有一定的防腐蚀作用。采样探头经管道、手动阀与制冷除尘罐的入口连接，手动阀与入口之间的管道外套有蒸汽伴热(套管)。
[0038]如图3所示，前级预处理箱中采样探头采用一备一用冗余设计，PLC控制相应的电磁阀动作，一个采样探头正常工作取样，利用氮气对另外一个采样探头进行反吹，以防止探头堵塞。因此箱内含有两套进气系统对应两个采样探头，以采样探头A为例，烟气样品经过蒸汽伴热进入前级预处理箱，由于样品中含有SO3，其常温下为固体，因此需要进行蒸汽伴热，保证其全年温度都在80°C以上以维持SO3气态，同理箱内还需两套蒸汽保温系统，来保证前级预处理箱内和旁边所放置的湿度计箱内温度在80°C以上。烟气样品进入箱内后首先从下方进入制冷除尘罐，与螺旋管中所通蒸汽进行热交换以使温度由300°C?400°C降低到不小于100°C且小于150°C，罐内出口设置在上方，并在烟气出口处设置一个T型过滤器，烟气样品依靠滤网和重力沉降除尘，制冷除尘罐底部设置一个旋塞阀便于清除罐底部积累的粉尘。处理后的烟气经过三通电磁阀汇集，三通电磁阀用于进样管路的选通，与采样探头一样受PLC控制，当采样探头A工作时，第一三通电磁阀B端闭合，第二三通电磁阀C端闭合，来自采样探头A的烟气进入干燥管束，氮气经过第二稳压阀、第三手动阀、第二三通电磁阀、第二制冷除尘罐反吹至采样探头B ;当采样探头B工作时，第一三通电磁阀C端闭合，第二三通电磁阀B端闭合，来自采样探头B的烟气进入干燥管束，氮气经过第二稳压阀、第三手动阀、第一三通电磁阀、第一制冷除尘罐反吹至采样探头A，通过氮气反吹的方式防止探头堵塞。最后烟气样品需经过干燥管束进行脱水处理，内部为naf1n管，由于其分子结构特殊性，只允许水分子及NH3通过，仪表风带走水分子使其能顺利通过naf1n管，而其他气体分子均可以保留下来，烟气样品最低露点可至_20°C。同时还需配备一个气体流量计与湿度计连接DCS控制系统用于监控前级预处理箱工作状态。箱内所设4个两通针阀与旋塞阀的目的是保护管路，且便于操控与维护，箱体不锈钢材质304SS，板材厚1.5mm，箱体内镶有30厚的保温层，前处理的所有与烟气接触的部件均选用耐腐蚀材质。
[0039]从前处理至后处理的管线采用一体化电伴热管缆，使得整个样品传输过程中温度大于80°C，保证SO3维持气态。
[0040]如图4所示，来自前级预处理箱的烟气样品首先经过一个可调控的旋塞阀便于操控与维护，并电力增压泵提供取样压力，使得烟气样品顺利经过管线输送到后级预处理箱，而后烟气样品经过三通过滤器最终送至气体分析仪(气体分析仪输入端接有进样流路切换系统，用于两个输入端的进气切换)，过滤器用于细过滤粉尘，过滤等级为7um，同时设有旁通口，用于减少样品的分析滞后，即在质谱仪一次采样结束后，质谱仪内部自带的流路切换模块启动，使得质谱分析时由前级预处理箱送来的烟气样品经由低压返回总管返回至制冷除尘罐。两条流路都设气体流量计用于监控系统运行状态，调节样品进质谱仪的流量，便于故障排查与诊断。同前级预处理箱一样，后级预处理箱体仍采用不锈钢材质304SS，板材厚1.5mm，箱体内镶有30厚的保温层，同时其内采用蒸汽加热保温，并且所有与样品接触的部件均选用耐腐蚀材质。
[0041]上述实例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于:包括顺序连接的前级预处理箱、后级预处理箱；所述前级预处理箱与控制系统连接； 所述前级预处理箱用于烟气降温、除尘和干燥，以及管路切换和反吹，接收生产过程产生的烟气，输出处理后的烟气至后级预处理箱； 所述后级预处理箱将经过前级预处理箱处理后的烟气进行粉尘过滤，输出至气体分析器。
2.按权利要求1所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于所述前级预处理箱包括手动阀、稳压阀、气体干燥管和两个制冷除尘装置；所述制冷除尘装置的蒸汽入口用于接入蒸汽，蒸汽出口用于输出蒸汽；输入端接入生产过程中产生的烟气，还与后级预处理箱连接，控制端与控制系统连接，反吹端依次经第二稳压阀、第三手动阀与氮气源连接，输出端经气体干燥管输出至后级预处理箱。
3.按权利要求2所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于制冷除尘装置包括制冷除尘罐和三通电磁阀；所述制冷除尘罐内设有螺旋管，蒸汽经第三手动阀进入螺旋管、由蒸汽出口输出；制冷除尘罐的下部设有入口，用于输入生产过程中产生的烟气，顶部设有出口，出口处设有T型过滤器，并与三通电磁阀的输入端连接；三通电磁阀的控制端与控制系统连接，第一、第二输出端分别与第二稳压阀、气体干燥管连接。
4.按权利要求1所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于所述前处理箱还包括仪表风通路，两端放空，所述仪表风通路包括顺序连接的第一手动阀、第一稳压阀和第一流量计。
5.按权利要求4所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于所述前级预处理箱底部设有蒸汽输入口和蒸汽输出口，之间连有散热器。
6.按权利要求4所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于所述前级预处理箱为两个；一个前级预处理箱输入端接入余热锅炉烟气；另一个前级预处理箱输入端接入电收尘烟气。
7.按权利要求1所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于所述后级预处理箱包括两个粉尘过滤通路，两个通路入口分别与两个前级预处理箱的输出端连接；两个通路出口分别与气体分析仪的两个输入端连接；所述粉尘过滤通路从入口依次连接手动阀、增压阀和流量计；所述增压阀出口依次经支路流量计、单向阀与前级预处理箱制冷除尘装置的输入端连接。
8.一种铜熔炼烟气分析进样处理系统方法，其特征在于包括以下步骤: 前级预处理箱将生产过程产生的烟气进行降温、除尘和干燥，以及管路切换和反吹，输出处理后的烟气至后级预处理箱； 后级预处理箱将经过前级预处理箱处理后的烟气进行粉尘过滤，输出至气体分析器。
9.按权利要求1所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于所述进行降温、除尘和干燥包括以下步骤: 烟气从制冷除尘罐下部入口进入，并与制冷除尘罐中螺旋管所通的蒸汽进行热交换以使温度降低，制冷除尘罐出来的烟气经过干燥管束进行脱水，烟气中水分子被通入的仪表风从干燥管束中带走。
10.按权利要求1所述的一种铜熔炼烟气分析进样处理系统，其特征在于所述管路切换和反吹包括以下步骤: 当与第一制冷除尘罐入口连接的采样探头工作时，控制系统控制第一三通电磁阀第一输出端闭合，第二三通电磁阀第二输出端闭合，烟气经第一制冷除尘罐进入干燥管束，氮气经过第二稳压阀、第三手动阀、第二三通电磁阀、第二制冷除尘罐反吹至与第二制冷除尘罐入口连接的采样探头； 当与第二制冷除尘罐入口连接的采样探头工作时，控制系统控制第一三通电磁阀第二输出端闭合，第二三通电磁阀第一输出端闭合，烟气经第二制冷除尘罐进入干燥管束，氮气经过第二稳压阀、第三手动阀、第一三通电磁阀、第一制冷除尘罐反吹至与第一制冷除尘罐入口连接的采样探头。
【文档编号】G01N1/34GK104390836SQ201410680586
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月24日 优先权日:2014年11月24日
【发明者】王卓, 于海斌, 许子昂, 陈宜滨, 王斌 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所