一种烟气分析预处理的冷凝系统的制作方法

本实用新型涉及燃煤和燃汽机组烟气连续在线监测系统领域，具体涉及一种烟气分析预处理的冷凝系统。

背景技术：

目前江苏省内90%以上燃煤、燃气电厂烟气连续在线分析系统都采用伴热直抽冷干法原理，高温高湿的烟气在进入仪表分析前需将水分除尽；当冷凝器脱水率低于90%时，会导致出口露点温度偏高进入分析仪的烟气含湿量偏大，不仅影响测量结果，也容易因烟气凝结而腐蚀仪表。冷凝器的另一主要性指标就是污染物的损耗率。设计不良的烟气预处理系统不能迅速地将冷凝水从烟气气流中分离出来，使得经过除湿的干燥烟气与收集起来的冷凝液接触时间过长，导致可溶性气态污染物被吸收的概率增大。当被测气体的污染物浓度低于100ppm时，这种吸收对测量结果的影响更为显著。

现有的烟气在线分析预处理系统，经过传统的冷凝器处理后的烟气露点温度无法稳定控制在4℃左右，且烟气含湿量偏大；传统的冷凝器在除水的同时，会有大部分的SO₂损失，无法准确客观的反应污染物的浓度值。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种烟气分析预处理的冷凝系统，本烟气分析预处理的冷凝系统脱水效果好，且降低了二氧化硫丢失率。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种烟气分析预处理的冷凝系统，包括压缩机、冷凝装置、干燥过滤器、毛细管和蒸发器，所述压缩机、冷凝装置、干燥过滤器、毛细管和蒸发器依次通过循环管道连接，所述蒸发器通过循环管道与压缩机连接，所述循环管道内流动有制冷剂，还包括溶液罐、加酸蠕动泵、三通球阀、排水蠕动泵、露点仪、采样泵、一级玻璃热交换管和二级玻璃热交换管，所述溶液罐通过第一管道与加酸蠕动泵连接，所述加酸蠕动泵通过第二管道与三通球阀连接，所述三通球阀连接有烟气进气管，所述蒸发器的内部设有蒸发器滤芯，所述一级玻璃热交换管和二级玻璃热交换管插在蒸发器滤芯内，所述一级玻璃热交换管的进气口通过第三管道与三通球阀连接，所述一级玻璃热交换管的出气口与二级玻璃热交换管的进气口连接，所述二级玻璃热交换管的出气口通过第四管道与露点仪连接，所述露点仪通过第五管道与采样泵连接，所述一级玻璃热交换管和二级玻璃热交换管的底部均设有出水口，所述一级玻璃热交换管和二级玻璃热交换管的出水口均通过第六管道与排水蠕动泵连接，所述溶液罐内盛装有磷酸溶液。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括外壳，所述压缩机、冷凝装置、干燥过滤器、毛细管和蒸发器均设置在外壳的内部，所述溶液罐、加酸蠕动泵、三通球阀、排水蠕动泵、露点仪和采样泵均设置在外壳的外部，所述三通球阀连接的第三管道穿过外壳从而与外壳内部的一级玻璃热交换管的进气口连接，所述二级玻璃热交换管的出气口连接的第四管道穿过外壳从而与外壳外部的露点仪连接，所述一级玻璃热交换管和二级玻璃热交换管的出水口连接的第六管道穿出外壳从而与外壳外部的排水蠕动泵连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述蒸发器为圆柱形，所述蒸发器的内部设有两个圆柱形通槽，所述蒸发器滤芯为顶部和底部均为开口的圆柱形，所述蒸发器滤芯为两个，一个蒸发器滤芯顶部的四周与一个通槽顶部的四周密封连接且该蒸发器滤芯底部的四周与该通槽底部的四周密封连接，另一个蒸发器滤芯顶部的四周与另一个通槽顶部的四周密封连接且该蒸发器滤芯底部的四周与该通槽底部的四周密封连接，所述一级玻璃热交换管插入一个蒸发器滤芯内且一级玻璃热交换管和蒸发器滤芯之间涂有导热硅脂，所述二级玻璃热交换管插入另一个蒸发器滤芯内且二级玻璃热交换管和蒸发器滤芯之间涂有导热硅脂。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述一级玻璃热交换管包括第一端部、第二端部和第一交换管体，所述第一端部设有进气口，所述第二端部设有出气口，所述第一交换管体的内部设有第一进气管和第一出气管，所述第一进气管的顶部与第一端部连通，所述第一进气管从第一交换管体的顶部一直延伸到第一交换管体的中下部，所述第一出气管的顶部与第二端部连通，所述第一出气管从第一交换管体的顶部一直延伸到第一交换管体的中下部，所述第一交换管体的底部设有出水口，所述出水口与第六管道连通。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述二级玻璃热交换管包括第三端部、第四端部和第二交换管体，所述第三端部设有进气口，所述第四端部设有出气口，所述第二交换管体的内部设有第二进气管和第二出气管，所述第二进气管的顶部与第三端部连通，所述第二进气管从第二交换管体的顶部一直延伸到第二交换管体的中下部，所述第二出气管的顶部与第四端部连通，所述第二出气管从第二交换管体的顶部一直延伸到第二交换管体的中下部，所述第二交换管体的底部设有出水口，所述出水口与第六管道连通，所述第二进气管为螺旋管状。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述一级玻璃热交换管内的第一进气管和二级玻璃热交换管内的第二进气管均为波纹管状。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括散热风扇，所述散热风扇安装在所述冷凝装置的一侧。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述制冷剂采用氟利昂。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述加酸蠕动泵的转速为1rpm。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括温控器，所述压缩机与冷凝装置之间连接的循环管道设有用于控制制冷剂通过或截止的电磁阀，所述温控器与电磁阀连接，所述温控器用于控制电磁阀开启或关闭，所述温控器的温度探头设于蒸发器内。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）本实用新型采用一级玻璃热交换管和二级玻璃热交换管，脱水后的烟气出口露点或者说残余含湿量，在一级玻璃热交换管脱水时随着烟气进气管的烟气含湿量升高而明显变高，但经过二级玻璃热交换管脱水后烟气的含湿量已趋于稳定，整体脱水率高，露点仪测量的烟气露点温度极低，且本实用新型通过温控器控制循环管道上的电磁阀，电磁阀控制循环管道内的制冷剂的流动，进而控制制冷温度，使烟气出口露点稳定。

（2）本实用新型的采样泵从一级玻璃热交换管向二级玻璃热交换管加压从而传送烟气，烟气在采样泵的压力下，冷凝水的水分子从液体表面逃逸蒸发更为困难，比在大气压力下冷凝除湿效果更好，这种增压会使烟气的含水量降得更低，且采样泵利用射流原理，在极短的时间内快速制冷，减少经过除湿的干燥烟气与冷凝水接触时间过长，大大提高了除水效率，降低了烟气露点温度，极大的降低了二氧化硫和氮氧化合物丢失率。

（3）本实用新型的溶液罐内的磷酸溶液通过加酸蠕动泵进入三通球阀，与湿烟气混合，在一级玻璃热交换管内降温并产生冷凝水，磷酸溶液中带入的H+使得烟气冷却产生的冷凝水达到酸饱和，无法溶解更多的SO₂组份，与现有的冷凝器相比极大的降低了被测的烟气中二氧化硫的丢失率。

附图说明

图1为本实用新型的外壳内部俯视图。

图2为本实用新型的工作原理示意图。

图3为本实用新型的蒸发器结构示意图。

具体实施方式

下面根据图1至图3对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

参见图1，一种烟气分析预处理的冷凝系统，包括压缩机1、冷凝装置2、干燥过滤器3、毛细管4和蒸发器5，所述压缩机1、冷凝装置2、干燥过滤器3、毛细管4和蒸发器5依次通过循环管道连接，所述蒸发器5通过循环管道与压缩机1连接，所述循环管道内流动有制冷剂，参见图2，冷凝系统还包括溶液罐12、加酸蠕动泵15、三通球阀17、排水蠕动泵25、露点仪21、采样泵23、一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8，所述溶液罐12通过第一管道14与加酸蠕动泵15连接，所述加酸蠕动泵15通过第二管道16与三通球阀17连接，所述三通球阀17连接有烟气进气管18，参见图3，所述蒸发器5的内部设有蒸发器滤芯11，所述一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8插在蒸发器滤芯11内，参见图2，一级玻璃热交换管7的进气口通过第三管道19与三通球阀17连接，一级玻璃热交换管7的出气口与二级玻璃热交换管8的进气口连接，二级玻璃热交换管8的出气口通过第四管道20与露点仪21连接，所述露点仪21通过第五管道22与采样泵23连接，一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8的底部均设有出水口，一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8的出水口均通过第六管道24与排水蠕动泵25连接，溶液罐12内盛装有磷酸溶液13。

本实施例中，参见图1和图2，还包括外壳6，所述压缩机1、冷凝装置2、干燥过滤器3、毛细管4和蒸发器5均设置在外壳6的内部，所述溶液罐12、加酸蠕动泵15、三通球阀17、排水蠕动泵25、露点仪21和采样泵23均设置在外壳6的外部，所述三通球阀17连接的第三管道19穿过外壳6从而与外壳6内部的一级玻璃热交换管7的进气口连接，所述二级玻璃热交换管8的出气口连接的第四管道20穿过外壳6从而与外壳6外部的露点仪21连接，所述一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8的出水口连接的第六管道24穿出外壳6从而与外壳6外部的排水蠕动泵25连接。

本实施例中，参见图3，所述蒸发器5为圆柱形，所述蒸发器5的内部设有两个圆柱形通槽，蒸发器滤芯11为顶部和底部均为开口的圆柱形，蒸发器滤芯11为两个，一个蒸发器滤芯11顶部的四周与一个通槽顶部的四周密封连接且该蒸发器滤芯11底部的四周与该通槽底部的四周密封连接，另一个蒸发器滤芯11顶部的四周与另一个通槽顶部的四周密封连接且该蒸发器滤芯11底部的四周与该通槽底部的四周密封连接，一级玻璃热交换管7插入一个蒸发器滤芯11内且一级玻璃热交换管7和蒸发器滤芯11之间涂有导热硅脂，二级玻璃热交换管8插入另一个蒸发器滤芯11内且二级玻璃热交换管8和蒸发器滤芯11之间涂有导热硅脂。

本实施例中，参见图2，一级玻璃热交换管7包括第一端部26、第二端部27和第一交换管体28，第一端部26设有进气口，第二端部27设有出气口，第一交换管体28的内部设有第一进气管29和第一出气管30，第一进气管29的顶部与第一端部26连通，第一进气管29从第一交换管体28的顶部一直延伸到第一交换管体28的中下部，第一出气管30的顶部与第二端部27连通，第一出气管30从第一交换管体28的顶部一直延伸到第一交换管体28的中下部，第一交换管体28的底部设有出水口，所述出水口与第六管道24连通。第一交换管体28、第一进气管29和第一出气管30均为玻璃材质。

本实施例中，所述二级玻璃热交换管8包括第三端部31、第四端部32和第二交换管体33，所述第三端部31设有进气口，所述第四端部32设有出气口，所述第二交换管体33的内部设有第二进气管34和第二出气管35，第二进气管34的顶部与第三端部31连通，第二进气管34从第二交换管体33的顶部一直延伸到第二交换管体33的中下部，第二出气管35的顶部与第四端部32连通，第二出气管35从第二交换管体33的顶部一直延伸到第二交换管体33的中下部，第二交换管体33的底部设有出水口，出水口与第六管道24连通，第二进气管34为螺旋管状。第二交换管体33、第二进气管34和第二出气管35均为玻璃材质。

本实施例中，所述一级玻璃热交换管7内的第一进气管29和二级玻璃热交换管8内的第二进气管34均为波纹管状，增加烟气在进气过程中冷凝降温的面积。本实施例通过合理的设计配置不同材质结构的一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8，尽可能减少烟气与液态水的接触时间和接触面积。

本实施例中，还包括散热风扇9，所述散热风扇9安装在所述冷凝装置2的一侧。

本实施例中，所述制冷剂采用氟利昂。

本实施例中，所述加酸蠕动泵15的转速为1rpm。溶液罐1211的体积为25L，稀释后的所述磷酸溶液13的磷酸含量为10%。

本实施例中，参见图1，还包括温控器10，所述压缩机1与冷凝装置2之间连接的循环管道设有用于控制制冷剂通过或截止的电磁阀36，所述温控器10与电磁阀36连接，所述温控器10用于控制电磁阀36开启或关闭，所述温控器10的温度探头设于蒸发器5内。本实施例还包括电源，电源为本冷凝系统供电。

本实用新型的工作过程为：首先，制冷剂蒸汽经压缩机1压缩后，在冷凝装置2中液化并放出热量，进入干燥过滤器3脱水，然后进入毛细管4，毛细管4产生一定的节流压差，保持入口前制冷剂的受压液化状态并使其在出口即蒸发器5内释压膨胀汽化，制冷剂在蒸发器5中充分汽化并大量吸热，插在蒸发器滤芯11内部的一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8，与之产生换热并极速冷却降温；加酸蠕动泵15带动溶液罐12内的磷酸溶液13（溶液罐1211为25L，磷酸溶液13的浓度10%，每小时消耗300ml）依次通过第一管道14、加酸蠕动泵15和第二管道16最终进入三通球阀17，加酸蠕动泵15采用低转速的蠕动泵（转速：1rpm）；湿的烟气通过烟气进气管18进入三通球阀17从而与磷酸溶液13混合，通过第三管道19进入一级玻璃热交换管7，湿的烟气和磷酸溶液13依次通过一级玻璃热交换管7的第一端部26进入第一进气管29，烟气充满第一交换管体28，烟气在第一进气管29和第一交换管体28的内壁上冷凝，产生冷凝水，磷酸溶液13中带入的H+使得烟气冷却产生的冷凝水达到酸饱和，无法溶解更多的SO₂组份，极大的降低了被测的烟气中二氧化硫的丢失率，产生的冷凝水及废的磷酸溶液13通过第六管道24并随着排水蠕动泵25一起排出系统外，烟气在采样泵23的压力下，依次从第一出气管30、第二端部27进入二级玻璃热交换管8的第三端部31，烟气从第三端部31进入第二进气管34，最终充满第二交换管体33，烟气在第二进气管34和第二交换管体33的内壁上冷凝，产生冷凝水，冷凝水从第二交换管体33的出水口流出并通过第六管道24并随着排水蠕动泵25一起排出系统外，烟气在采样泵23的压力下，再依次从第二出气管35、第四端部32进入第四管道20。

本实用新型的烟气经过二级玻璃热交换管8脱水后的烟气的含湿量已趋于稳定，整体脱水率高于90%，烟气通过一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8进而从高温状态（50℃以上）瞬间降至4℃左右，烟气中过饱和的水汽变成水滴在重力最用下汇集在一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8的底部，最终随着排水蠕动泵25排除系统外。采样泵23从一级玻璃热交换管7向二级玻璃热交换管8加压从而传送烟气，烟气在采样泵23的压力下，冷凝水的水分子从液体表面逃逸蒸发更为困难，比在大气压力下冷凝除湿效果更好，这种增压会使气体的含水量降得更低，即采样泵23利用射流原理，在极短的时间内快速制冷，大大提高了除水效率，极大的降低了二氧化硫和氮氧化合物丢失率；从二级玻璃热交换管8的出气口出来的烟气为除水后的干烟气，干烟气经过露点仪21，露点仪21（其核心部件选用维萨拉品牌）实时监测烟气分析仪表进气的露点，干的烟气再经过采样泵23输出到烟气分析仪表内进行烟气分析。温控器10通过温度探头测量蒸发器5内的温度并显示蒸发器5内的温度，温控器10通过PID 闭环调节方式精确控制电磁阀36，当温度探头测量蒸发器5内的温度在预先设定的正常发范围内时，温控器10控制电磁阀36，电磁阀36关闭，当温度探头测量蒸发器5内的温度上升，温控器10控制电磁阀36，电磁阀36开启，制冷剂继续通过毛细管4进入蒸发器5进行制冷，从而使制冷温度稳定在 3℃±1℃甚至±0.5℃，本实施例可以在温控器10上自由设定制冷温度, 温度控制精准可靠。制冷剂在蒸发器5中充分汽化后再通过循环管道流入压缩机1再进行压缩循环。本实施例还可以通过有效减少单位时间内通过一级玻璃热交换管7和二级玻璃热交换管8处理的烟气总量，从而在冷却能力一定的情况下提高脱水效果。在保证满足烟气分析仪表的最少用气量，确保 CEMS 系统的响应速度的情况下，尽量减少采样的流量。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。