一种安全精确测定高炉煤气含尘量的装置和方法与流程

本发明涉及冶金企业的高炉运转辅助设备，更具体地指一种安全精确测定高炉煤气含尘量的装置和方法。

背景技术：

高炉煤气是高炉炼铁生产的重要副产品，可作为钢铁联合企业中其他流程的廉价高效的燃料。高炉煤气从炉顶上升管并经过下降管，再进入重力除尘器。粗煤气中约40％的大颗粒灰尘留在重力除尘器中，通过排灰机排出。经过最初处理的荒煤气进入后续煤气净化工艺设备中进行处理，经过在后续煤气净化工艺设备中处理后，要求处理完的净煤气含尘量应小于5mg/nm3。

对经过净化工艺设备处理后煤气质量的跟踪检测，目前通常是采用在线粉尘浓度计对含尘量进行测量，但由于各种粉尘浓度计都无法置于标准的工况环境标定，因此测得的数据仅能作为相对波动值的参考。现代高炉均在煤气净化工艺后，设置了高炉煤气余压透平发电装置，高炉煤气余压透平发电装置(blastfurnacetopgasrecoveryturbineunit，以下简称trt)。trt是利用高炉冶炼的副产品—高炉炉顶煤气具有的压力能及热能，使煤气通过透平膨胀机做功，将其转化为机械能，驱动发电机或其它装置发电的一种二次能源回收装置。如果在发电过程中，有大量粉尘浓度超标的煤气流经余压发电透平机转子，会造成转子及整个发电装置的严重损害。因此必须对进入余压发电透平机之前的煤气含尘量准确把握并及时采取调整措施，确保煤气质量。对于高炉煤气的后续用户，煤气中含尘量超标将会造成产品质量缺陷。

在传统的生产实践中，已经摸索出在湿法煤气净化系统低压煤气管道上测定煤气含尘量的技术。但由于煤气干法除尘工艺具有特殊性，必须在高压高温煤气管道上测定煤气含尘量。煤气含尘量的测定存在以下缺点：由专业检测部门，用烟尘测定仪在低压煤气管道上取样，采用称重法在实验室内测定，每次测定的劳务和服务成本较高；而且高压煤气经过trt透平机组后降压冷凝排污，含尘量会发生变化，不能准确掌握进入透平机组之前的煤气含尘情况。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

本发明的目的旨在解决在煤气干法除尘条件下，在高温高压煤气管段安全测定高炉煤气含尘量成本高、测量不准确、容易发生安全事故的问题，提供一种安全精确测定高炉煤气含尘量的装置和方法。

(二)技术方案

一种安全精确测定高炉煤气含尘量的装置，包括第二阀门、第三阀门、第一阀门、连接法兰、采样管、采样装置、煤气主管、煤气支管；所述煤气主管与煤气支管通过连接法兰固定采样管；采样管一端垂直插入煤气支管和煤气主管，采样管插入煤气支管的中心，采样管管口设计成斜切45°角；第一阀门安装在位于煤气支管上方的采样管上，第一阀门分别与第二阀门、第三阀门相连，第三阀门与采样装置相连，第一阀门与氮气吹扫装置相连。

根据本发明的一实施例，所述采样装置第二单向阀、第二球阀、第一球阀、滤膜盒、流量计、第一单向阀、减压阀；所述第二单向阀一端与煤气排放口相连，另一端与第二球阀相连；第二球阀分别与煤气入口和第一球阀相连；第一球阀与滤膜盒、第一单向阀、减压阀、流量计依次连接；流量计通过管道与煤气排放口相连。

根据本发明的一实施例，所述第一球阀、滤膜盒、第一单向阀、减压阀、流量计集成在一个不锈钢壳体中。

根据本发明的一实施例，所述滤膜盒包括螺栓、入口壳体、o型圈、滤纸、支撑网、出口壳体、滤膜盒出口、滤膜盒入口；所述滤膜盒入口安装在入口壳体上，滤膜盒入口与第一球阀相连；入口壳体与出口壳体通过螺栓分别固定在采样装置的不锈钢壳体上；入口壳体与出口壳体之间分别安装有o型圈、滤纸、支撑网；所述滤膜盒出口安装在出口壳体上，滤膜盒出口与第一单向阀相连。

根据本发明的一实施例，所述支撑网采用不锈钢材料。

根据本发明的一实施例，所述滤膜盒的入口壳体、出口壳体设置成喇叭口形状。

根据本发明的一实施例，所述滤膜盒的入口壳体、出口壳体上开设有o型槽，o型槽上安装有o型圈，滤膜盒的密封采用o型圈和o型槽配合的方式。

根据本发明的一实施例，所述入口壳体与出口壳体通过m8的内六角螺栓固定在采样装置的不锈钢壳体上。

一种安全精确测定高炉煤气含尘量的方法，包括以下步骤：

s1、将滤纸按照标准烘干做好标记并称重备用；

s2、将滤纸安装在滤膜盒壳体中，组装完成采样装置；

s3、将采样装置拿到现场，与煤气管道上采样管的煤气取出口相连；

s4、先关闭第三阀门，打开第二阀门和第一阀门，用氮气把采样管中的残余灰尘吹扫干净；再关闭第二阀门，打开第三阀门，将采样气体通入采样装置中，煤气流经采样装置时灰尘被滤膜挡住，气流经过流量计时会自动记录流过的体积；

s5、采样结束，关闭第一阀门、第二阀门和第三阀门，拆走采样装置；

s6、取出滤纸，再进行烘干称重，与之前滤纸净重比较，得出单位煤气中含尘量的准确数据。

根据本发明的一实施例，所述步骤s4开始采样时，先把采样装置的第二球阀打开，把沉积在采样管道中的灰尘排放5分钟，使取出的煤气更加有实时代表性；再关闭第二球阀，打开第一球阀，将高炉煤气引入集成取样装置，记录煤气流量表流过的煤气总量达到设定值时关闭取出口阀门，拆除与取样装置连接的采样管。

(三)有益效果

采用了本发明的技术方案，采样管是头部斜切45度角的不锈钢管道，插入被测煤气管道的中间，使斜切口位置处于被测管道中心，煤气流动平稳状态测定的数据最准确；采样装置由入口球阀、单向阀、滤膜盒、减压阀、流量计、旁通球阀单向阀等组成，集成在一个不锈钢壳体中，可以便于携带移动；滤膜盒、支撑网采用不锈钢材料，防止锈蚀物粘在滤膜上影响测量的精度；滤膜盒的入口、出口设置成喇叭口形状，便于气流发散和集中，使煤气中的灰尘均布于滤膜上；滤膜盒的密封采用o型圈和o型槽的方式，密封效果好，不会泄漏煤气；滤膜盒出口与采样装置的不锈钢箱体固定，入口可拆分，便于更换滤膜；测定时，减压阀使得测定工具部位的煤气压力保持高压，滤纸前后不存在很大的压差，确保滤纸能够完全吸收煤气中的粉尘而不致于破损；减压阀后的压力较低，确保了煤气流量表的安全运行；煤气排放口放置在距离测定人员较远的下风口，不会造成测定人员煤气中毒；称量滤纸的重量用精密分析天平，煤气流量也有记录，因此可以较为准确客观地反映高炉煤气中实际含尘量。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是本发明装置结构图；

图2是本发明煤气采样装置结构图；

图3是本发明煤气采样装置原理流程图；

图4是滤膜盒结构示意图；

图5是本发明方法流程图。

附图标记说明：

1、第二单向阀；2、第二球阀；3、第一球阀；4、滤膜盒；5、流量计；6、第一单向阀；7、减压阀；8、净煤气管；9、壳体；10、第二阀门；11、第三阀门；12、第一阀门；13、连接法兰；14、采样管；15、采样装置；16、煤气主管；41、螺栓；42、入口壳体；43、o型圈；44、滤纸；45支撑网；46、出口壳体；47、滤膜盒出口；48、滤膜盒入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

结合图1，一种安全精确测定高炉煤气含尘量的装置，包括第二阀门10、第三阀门11、第一阀门12、连接法兰13、采样管14、采样装置15、煤气主管16、煤气支管。煤气主管16与煤气支管通过连接法兰13固定采样管14；采样管14一端垂直插入煤气支管和主管，采样管管口设计成斜切45°角，采样管插入煤气支管的中心，可以抽取到最具有代表性的管道中间流动的煤气；第一阀门12安装在位于煤气支管上方的采样管上，第一阀门12分别与第二阀门10、第三阀门11相连，第三阀门11与采样装置15相连，第一阀门12与氮气吹扫装置相连。

采样管是头部斜切45度角的不锈钢管道，计算好长度，插入被测煤气管道的中间，使斜切口位置处于被测管道中心，煤气流动平稳状态测定的数据最准确。采样管用法兰方式固定。采样管外部设置三个阀门，日常生产过程中，阀门全部处于关闭状态。抽取气体时，首先按照图1所示将采样装置用软管与第三阀门之后的管道连接好；关闭第三阀门，打开第二阀门和第一阀门，用氮气把采样管中的残余灰尘吹扫干净；确保后续采样时进入采样装置的气体有代表性；关闭第二阀门，打开第三阀门，将采样气体通入采样装置中；取样结束时，关闭各阀门。

结合图2，采样装置包括第二单向阀1、第二球阀2、第一球阀3、滤膜盒4、流量计5、第一单向阀6、减压阀7、净煤气管8、壳体9。结合图3，第二单向阀1一端与煤气排放口相连，另一端与第二球阀2相连；第二球阀2分别与煤气入口和第一球阀3相连；第一球阀3与滤膜盒4、第一单向阀6、减压阀7、流量计8依次连接；流量计5通过净煤气管8与减压阀7相连，流量计5通过管道与煤气排放口相连。

第一球阀3、滤膜盒4、第一单向阀6、减压阀7、流量计5集成在一个不锈钢壳体9中，可以便于携带移动。

第二球阀和第二单向阀构成旁通回路，是用于采样装置联通后的前期排放，以便取得中间段最具代表性的样气；第一球阀是通入采样滤膜盒的主回路，通过滤膜盒后的煤气经过单向阀，再经过减压阀，使压力降低到流量计许可的压力范围，再接入流量计，之后通过管道和软管排放到距离测定者较远的下风口位置，确保测定者的人身安全。减压阀安装在滤膜盒之后，主要考虑到减压阀自带了滤芯，如果装在滤膜盒之前，一些粉尘已被减压阀自带滤芯过滤掉了，测量的数据会失真。滤膜盒的设计能够承受高压煤气，滤膜前后不存在很大的压差，对滤膜不会造成损害。

结合图4，滤膜盒4包括螺栓41、入口壳体42、o型圈43、滤纸44、支撑网45、出口壳体46、滤膜盒出口47、滤膜盒入口48。滤膜盒入口48安装在入口壳体42上，滤膜盒入口48与第一球阀3相连；入口壳体42与出口壳体46通过螺栓41固定在采样装置15的不锈钢壳体9上；入口壳体42与出口壳体46之间分别安装有o型圈43、滤纸44、支撑网45。滤膜盒出口47安装在出口壳体46上，滤膜盒出口47与第一单向阀6相连。

滤膜盒4、支撑网45采用不锈钢材料，防止锈蚀物粘在滤膜上影响测量的精度；滤膜盒4的入口壳体42、出口壳体46设置成喇叭口形状，便于气流发散和集中，使煤气中的灰尘均布于滤膜上；滤膜盒4的紧固用m8的内六角螺栓；滤膜盒4的入口壳体42、出口壳体46上开设有o型槽，o型槽上安装有o型圈，滤膜盒4的密封采用o型圈和o型槽配合的方式，密封效果好，不会泄漏煤气，o型圈为不锈钢圈；滤膜盒出口与采样装置的不锈钢壳体固定，入口可拆分，便于更换滤膜。

结合图5，一种安全精确测定高炉煤气含尘量的方法，包括以下步骤：

s1、将滤纸按照标准烘干做好标记并称重备用；

s2、将滤纸安装在滤膜盒壳体中，组装完成采样装置；

s3、将采样装置拿到现场，与煤气管道上采样管的煤气取出口相连；

s4、先关闭第三阀门，打开第二阀门和第一阀门，用氮气把采样管中的残余灰尘吹扫干净；再关闭第二阀门，打开第三阀门，将采样气体通入采样装置中，煤气流经采样装置时灰尘被滤膜挡住，气流经过流量计时会自动记录流过的体积；

开始采样时，先把采样装置的第二球阀(排污阀)打开，把沉积在采样管道中的灰尘排放5分钟，使取出的煤气更加有实时代表性；

再关闭第二球阀(排污阀)，打开第一球阀(取样阀)，将高炉煤气引入集成取样装置，记录煤气流量表流过的煤气总量达到设定值时关闭取出口阀门，拆除与取样装置连接的采样管；

s5、采样结束，关闭第一阀门、第二阀门和第三阀门，拆走采样装置；

s6、取出滤纸，再进行烘干称重，与之前滤纸净重比较，得出单位煤气中含尘量的准确数据。

在采样管的尾端四通口有一个接口是连接氮气吹扫管道的，平常可以打开氮气吹扫阀，用少量的氮气吹扫保持采样管内正压，防止灰尘进入沉积到采样管中。

测定时，减压阀使得测定工具部位的煤气压力保持高压，滤纸前后不存在很大的压差，确保滤纸能够完全吸收煤气中的粉尘而不致于破损；减压阀后的压力较低，确保了煤气流量表的安全运行。

煤气排放口放置在距离测定人员较远的下风口，不会造成测定人员煤气中毒。称量滤纸的重量用精密分析天平，煤气流量也有记录，因此可以较为准确客观地反映高炉煤气中实际含尘量。所有测定仪表和减压阀集成安装在一个不锈钢壳体中，携带方便，且仪表不易损坏。

采样管道插入煤气管道的中心，可以取出更有代表性的煤气，避免原有取样煤气处于管道边缘沉流的影响。采样装置如果选用玻璃限位滤膜，可以适应于湿法煤气净化系统的测定，甚至可以推广到焦炉煤气、转炉煤气等测定使用。

2016年6月，该装置在一高炉煤气干法除尘的布袋除尘器出口进行了测定，分析的数据准确，利用此数据对煤气干法除尘的在线粉尘浓度计进行了比对调整，为生产稳定提供了物质和技术保障。

采用了本发明的技术方案，有效解决了集团企业总部与分部之间信息不对称及信息孤岛的问题，建立起统一的资源共享平台。

综上所述，采用了本发明的技术方案，采样管是头部斜切45度角的不锈钢管道，插入被测煤气管道的中间，使斜切口位置处于被测管道中心，煤气流动平稳状态测定的数据最准确；采样装置由入口球阀、单向阀、滤膜盒、减压阀、流量计、旁通球阀单向阀等组成，集成在一个不锈钢壳体中，可以便于携带移动；滤膜盒、支撑网采用不锈钢材料，防止锈蚀物粘在滤膜上影响测量的精度；滤膜盒的入口、出口设置成喇叭口形状，便于气流发散和集中，使煤气中的灰尘均布于滤膜上；滤膜盒的密封采用o型圈和o型槽的方式，密封效果好，不会泄漏煤气；滤膜盒出口与采样装置的不锈钢箱体固定，入口可拆分，便于更换滤膜；测定时，减压阀使得测定工具部位的煤气压力保持高压，滤纸前后不存在很大的压差，确保滤纸能够完全吸收煤气中的粉尘而不致于破损；减压阀后的压力较低，确保了煤气流量表的安全运行；煤气排放口放置在距离测定人员较远的下风口，不会造成测定人员煤气中毒；称量滤纸的重量用精密分析天平，煤气流量也有记录，因此可以较为准确客观地反映高炉煤气中实际含尘量。