针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统，属于工业烟气排放连续监测技术领域，括采样子系统、反吹子系统、供气子系统、气体检测子系统和控制子系统五部分。采样子系统用于将烟道中的烟气连续采集到定量管中；反吹子系统用于清洗采样探头；供气子系统用于采样探头的反冲洗、检测子系统进样和分析的载气；气体检测子系统用于在线分析样品气中的VOCs组分和浓度；控制系统用于控制整个检测系统的运行以及在线监控烟气中的VOCs浓度。本实用新型通过连续采集烟气并储存在定量管中，并用六通阀实现样品气的在线进样与检测，实现了采样、检测、反吹、待机的切换。具有安全可靠，精度高，更换与维护成本低，控制方便等特点。
【专利说明】
针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统
技术领域
[0001]本实用新型属于工业烟气排放连续监测技术领域，特别涉及针对工业烟气挥发性有机化合污染物VOCs的烟气连续监测系统CEMS O该系统适用于纺织、火电、石油化工、喷涂、冶金等行业。
【背景技术】
[0002]《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》中定义污染源是指排放大气污染物的设施或指排放大气污染物的建筑构造(如车间等)。污染源按照排放方式不同可分为固定污染源和流动污染源。固定污染源指烟道、烟囱及排气筒等具有固定位置，排放稳定的排放源。固定污染源中挥发性有机化合污染物VOCs主要来源于纺织、火电、石油化工、喷涂、冶金等行业。其主要特点是排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长，对局部环境影响较大，属于有组织排放监控点。对固定污染源进行在线监测能够检查污染源排放到废气中的有害物质是否符合排放标准的要求，评价企业净化装置的性能和运行情况，以及污染防止措施的效果，为大气质量管理与评价提供依据。
[0003]目前常用的烟气连续排放监测系统CEMS，主要监测S02、N0x、02、烟尘浓度、烟气温度、压力、流速、湿度等多项相关参数，但缺少对挥发性有机化合污染物VOCs的监测。有少数国外公司开发了针对工业挥发性有机化合污染物VOCs的工业级GC系统，如横河公司的GC8000系统和西门子公司MaxumTM Ed.1I工业色谱系统，但是都是采用冷阱捕集和热解析的方法，这种方法时效性差，成本较高，并且由于工业烟气水蒸气含量较高，若样品气中水蒸气去除不尽，冷阱很容易因结冰而损坏。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是为了克服现有烟气连续排放监测系统CEMS针对挥发性有机化合污染物VOCs监测的不足，提供一种针对工业烟气挥发性有机化合污染物VOCs的连续排放监测系统CEMS，实现了采样、检测、反吹、待机等功能的切换，具有安全可靠，精度高，更换与维护成本低，控制方便等特点。
[0005]为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为:
[0006]本实用新型提出的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统，其特征在于，该系统包括采样子系统、反吹子系统、供气子系统、气体检测子系统和控制子系统五部分;采样子系统用于将烟道中的烟气连续采集到定量管中；反吹子系统用于清洗采样探头;供气子系统用于采样探头的反冲洗、检测子系统进样和分析的载气;气体检测子系统用于在线分析样品气中的挥发性有机化合污染物组分和浓度;控制子系统用于控制整个检测系统的运行以及在线监控烟气中的挥发性有机化合污染物浓度。
[0007]本实用新型提出的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统，其中采样子系统包括由第一电磁阀、采样探头、第二电磁阀、伴热管、第二除氧管、空气栗、第一流量控制器、六通阀和定量管，采样探头中的过滤器包括依次排列的干燥层、粗过滤网和精过滤网；其中，采样探头的出口连到第二电磁阀的入口，伴热管的入口连到电磁阀的出口，伴热管的出口连到第二除氧管的入口，空气栗的入口和出口分别连到第二除氧管的出口和第一流量控制器的入口，第一流量控制器的出口连到六通阀，定量管的两端分别连接到六通阀的两个口上;采样子系统的功能是将烟气经过一系列预处理后采集到定量管中。反吹子系统包括犯罐、第一减压阀、第二流量控制器、第三电磁阀和第三流量控制器，他罐的出口依次通过第一减压阀、第二流量控制器、第三电磁阀和第三流量控制器连接到采样探头上;反吹子系统的功能是用高纯氮将采样探头的过滤层和干燥层冲洗干净，实现再生。供气子系统包括N2罐、第一减压阀、第二流量控制器、分子筛干燥器、第一除氧管、H2罐、第二减压阀、第四流量控制器、空气罐、第三减压阀和第五流量控制器;其中，N2罐依次通过第一减压阀和第二流量控制器、分子筛干燥器、第一除氧管连接到六通阀，H2罐通过第二减压阀和第四流量控制器接入气体检测子系统的氢离子火焰检测仪FID第一入口，同时空气罐通过第三减压阀和第五流量控制器接入气体检测子系统氢离子火焰检测仪FID的第二入口；供气子系统的功能是给反吹子系统和气体检测子系统供气。气体检测子系统包括气相色谱仪GC和氢离子火焰检测仪FID，气相色谱仪GC的入口和出口分别连到六通阀和氢离子火焰检测仪FID。控制子系统包括主控柜、连接线和监控器，主控柜和监控器通过连接线相互连接，并连接到采样子系统、反吹子系统、供气子系统、气体检测子系统需要控制的部件。
[0008]本实用新型与现有烟气连续排放监测系统CEMS相比有以下优点及突出性效果:
[0009]①本实用新型的连续排放监测系统CEMS能够在线连续监测工业烟气中的VOCs，安全可靠，精度较高。②本实用新型的采样探头有水蒸气干燥层来吸收烟气中的水蒸气，避免使用冷凝器等复杂设备而造成样品的冷凝损失，同时反吹系统能使得水蒸气干燥层循环再生，降低了更换与维护成本。③本实用新型的采样探头的头部有可程序控制的电磁阀，可防止系统待机时烟气进入而污染系统，维护了系统安全，降低了部件更换与维护成本。④本实用新型的连续排放监测系统CEMS采用间歇运行的模式，可以根据需求来调节系统的待机时间，节能能源与载气。⑤本实用新型采用界面控制，控制系统与现场分开，提高了控制系统的方便性、安全性与可靠性。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统总体结构示意图。
[0011 ]图2为本实用新型的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统采样阶段系统气路示意图。
[0012]图3为本实用新型的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统样品气检测和采样探头反冲洗阶段系统气路示意图。
[0013]图4为本实用新型的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统样品气检测和采样探头关闭阶段系统气路示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
[0015]本实用新型的针对工业烟气VOCs的CEMS总体结构如图1所示，该系统包括采样子系统、反吹子系统、供气子系统、气体检测子系统和控制子系统五部分。其中采样子系统包括由第一电磁阀3、过滤器4-6组成的采样探头2、第二电磁阀7、伴热管8、第二除氧管29、空气栗28、第一流量控制器27、六通阀25和定量管26，过滤器包括依次排列的干燥层4、粗过滤网5和精过滤网6;其中，采样探头2的出口连到第二电磁阀7的入口，伴热管8的入口连到第二电磁阀7的出口，伴热管8的出口连到第二除氧管29的入口，空气栗28的入口和出口分别连到第二除氧管29的出口和第一流量控制器27的入口，第一流量控制器27的出口连到六通阀25的a口，定量管26的两端分别连接到六通阀25的b和e 口上;采样子系统的功能是将烟气经过一系列预处理后采集到定量管26中。反吹子系统包括犯罐12、第一减压阀19、第二流量控制器20、第三电磁阀10和第三流量控制器9，N2罐12的出口依次通过第一减压阀19、第二流量控制器20、第三电磁阀10和第三流量控制器9连接到采样探头2上；反吹子系统的功能是用高纯氮将采样探头2的过滤层和干燥层冲洗干净，实现再生。供气子系统包括％罐12、第一减压阀19、第二流量控制器20、分子筛干燥器23、第一除氧管24、出罐13、第二减压阀17、第四流量控制器18、空气罐14、第三减压阀15和第五流量控制器16;其中，犯罐12依次通过第一减压阀19和第二流量控制器20、分子筛干燥器23、第一除氧管24连接到六通阀25的d口，出罐13通过第二减压阀17和第四流量控制器18接入气体检测子系统的氢离子火焰检测仪FID(21)第一入口，同时空气罐14通过第三减压阀15和第五流量控制器16接入气体检测子系统氢离子火焰检测仪FID(21)的第二入口；供气子系统的功能是给反吹子系统和气体检测子系统供气。气体检测子系统包括气相色谱仪GC 22和氢离子火焰检测仪FID 21，气相色谱仪GC 22的入口和出口分别连到六通阀25的c口和氢离子火焰检测仪FID 21。控制子系统包括主控柜30、连接线31和监控器32，主控柜30和监控器32通过连接线31相互连接，并连接到采样子系统、反吹子系统、供气子系统、气体检测子系统中需要控制的部件包括电磁阀3、7、10、伴热管8、流量控制器9、16、18、20、27、氢离子火焰检测仪FID 21、气相色谱仪GC22、六通阀25的f 口和空气栗28。
[0016]本系统的工作原理说明如下:
[0017]本实用新型提出的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统采样阶段气路如图2所示，采样探头2从烟道中采集样品气，反冲洗第一电磁阀3关闭，样品气经过过滤器4-6除水、两级过滤和除氧后通过六通阀25的a 口进入定量管26，他罐12中他经过分子筛干燥器23除水和第一除氧管24除氧后通过六通阀25的d口进入气相色谱仪GC 22，此时六通阀25的连接情况如图2所示。出罐13中的出和空气罐14中的空气直接进入氢离子火焰检测仪FID 21。此过程需要设定好各气路的流量，此过程时长视气体流量和管路长度而定，一般1分钟足够。
[0018]本实用新型提出的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统样品气检测和采样探头反冲洗阶段气路如图3所示，采样过程结束后，可以关闭空气栗28和第二电磁阀7，打开第三电磁阀10，开始探头反冲洗和样品气检测过程，此时载气反向冲洗定量管中的样品气进入气相色谱仪GC22-氢离子火焰检测仪FID21开始分析，此时六通阀的连接情况如图3所示。探头反冲洗过程一般持续半小时左右，使采样探头2中的过滤器能保持清洁。本实用新型提出的针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统样品气检测和采样探头关闭阶段气路如图4所示，在结束探头反冲洗后，关闭探头入口第二电磁阀7，同时关闭反冲洗气路第三电磁阀10，样品气检测继续进行。这样可以防止高浓度烟气污染采样系统，同时可以节省载气。此阶段时长视实际需要而定，如需要I小时左右采集一次样品气，则此阶段可持续15分钟左右。此后恢复采样阶段的气路设置。
[0019]本系统的各【具体实施方式】具体说明如下:
[0020]所述采样子系统，采用可程序控制的伴热管8来加热样品气而防止冷凝，使用第二除氧管29去除样品气中的氧气，而防止进入氧气进入检测系统而造成部件损坏，使用可程序控制的六通阀25来实现采样和检测过程的切换，使用定量管26来实现样品气的储存和定量。
[0021]所述采样子系统中，过滤器包括依次排列的干燥层4、粗过滤网5和精过滤网6，其作用是除掉样品气中的大部分水蒸气，防止样品气在后段冷凝，所述第一电磁阀3用于在系统待机阶段能有效防止烟道中的气体污染本检测系统的各子系统;所述干燥层4采用可采用无水CaCl2、无水硫酸钙、固态氢氧化钠和分子筛作为吸附剂。
[0022]所述气体检测子系统，其中，氢离子火焰检测仪FID21的灵敏度达到10—12g/s以上。
【主权项】
1.一种针对工业烟气挥发性有机化合污染物的连续排放监测系统，其特征在于，该系统包括采样子系统、反吹子系统、供气子系统、气体检测子系统和控制子系统五部分;采样子系统用于将烟道中的烟气连续采集到定量管中；反吹子系统用于清洗采样探头;供气子系统用于采样探头的反冲洗、检测子系统进样和分析的载气;气体检测子系统用于在线分析样品气中的挥发性有机化合污染物组分和浓度;控制子系统用于控制整个检测系统的运行以及在线监控烟气中的挥发性有机化合污染物浓度。2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述采样子系统包括由第一电磁阀(3)、过滤器(4-6)组成的采样探头(2)、第二电磁阀(7)、伴热管(8)、第二除氧管(29)、空气栗(28)、第一流量控制器(27)、六通阀(25)和定量管(26); 所述反吹子系统包括％罐(12)、第一减压阀(19)、第二流量控制器(20)、第三电磁阀(10)、第三流量控制器(9); 所述供气子系统包括犯罐(12)、第一减压阀(19)、第二流量控制器(20)、分子筛干燥器(23)、第一除氧管(24)、出罐(13)、第二减压阀(17)、第四流量控制器(18)、空气罐(14)、第三减压阀(15)和第五流量控制器(16)； 所述气体检测子系统包括气相色谱仪GC(22)和氢离子火焰检测仪FID(21); 所述控制子系统包括主控柜(30)和监控器(32); 其连接关系为:采样探头(2)的出口连到第二电磁阀(7)的入口，伴热管(8)的入口连到第二电磁阀(7)的出口，伴热管(8)的出口连到第二除氧管(29)的入口，空气栗(28)的入口和出口分别连到第二除氧管(29)的出口和第一流量控制器(27)的入口，第一流量控制器(27)的出口连到六通阀(25)的a 口，定量管(26)的两端分别连接到六通阀(25 )b和e 口上；N2罐(12)的出口依次通过第一减压阀(I9)和第二流量控制器(20)、第三电磁阀(1)和第三流量控制器(9)连接到采样探头(2)上；同时％罐(12)的出口依次通过第一减压阀(19)、第二流量控制器(20)、分子筛干燥器(23)、第一除氧管(24)连接到六通阀(25)d 口上；H2罐(13)通过第二减压阀(17)和第四流量控制器(18)接入气体检测系统的氢离子火焰检测仪FID(21)第一入口，同时空气罐(14)通过第三减压阀(15)和第五流量控制器(16)接入气体检测系统的氢离子火焰检测仪FID(21)的第二入口 ； 气相色谱仪GC(22)的入口和出口分别连到六通阀(25)的c 口和氢离子火焰检测仪FID(21);所述主控柜(30)和监控器(32)通过连接线(31)相互连接，并连接到采样子系统、反吹子系统、供气子系统、气体检测子系统的各电磁阀(3)、(7)、(10)、伴热管(8)、各流量控制器(9)、(16)、(18)、(20)、(27)、氢离子火焰检测仪？10(21)、气相色谱仪6(:(22)、六通阀(25)€口和空气栗(28)。3.如权利要求2所述系统，其特征在于:所述采样子系统中过滤器包括依次排列的干燥层(4)、粗过滤网(5)和精过滤网(6)，其作用是除掉样品气中的大部分水蒸气，防止样品气在后段冷凝，所述第一电磁阀(3)用于在系统待机阶段能有效防止烟道中的气体污染本检测系统的各子系统;所述干燥层(4)采用可采用无水CaCl2、无水硫酸钙、固态氢氧化钠和分子筛作为吸附剂。
【文档编号】G01N33/00GK205656178SQ201620147580
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年2月26日 公开号201620147580.1, CN 201620147580, CN 205656178 U, CN 205656178U, CN-U-205656178, CN201620147580, CN201620147580.1, CN205656178 U, CN205656178U
【发明人】向建帮, 莫金汉, 张寅平
【申请人】清华大学