一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置

摘要

本发明公开了一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置，属于高炉煤气连续分析技术领域。本发明包括柱体、柱帽、样气进口、样气出口、保温层和脱水除尘组件，脱水除尘组件包括固定套筒、第一夹臂、第二导热夹臂、样气管道、滤芯更换口、致冷片、冷却水管、传热片和电控单元，柱体内部竖直设置有样气管道，样气管道下端与样气进口相连通，样气管道上端与样气出口相连通，该样气管道内设置有滤芯，样气管道的一侧安装有第一夹臂，另一侧安装有第二导热夹臂，第一夹臂和第二导热夹臂共同包裹着样气管道的外周沿，第二导热夹臂与致冷片的冷端相接触。本发明处理后的样气符合气相色谱仪对样气质量要求，且无需进行定时N2反吹操作。

说明书

技术领域

本发明涉及高炉综合煤气连续分析技术领域，更具体地说，涉及一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置。

背景技术

高炉操作中检测炉顶煤气成分是一项非常重要的工作。准确连续自动检测高炉炉顶煤气中的CO、CO₂、H₂含量，对判断高炉炉况和设备工作情况，完成高炉高效操作非常重要。炉顶综合煤气连续分析系统的难点在于样气的取样净化处理。传统高炉综合煤气分析系统取样装置安装在重力除尘器后面，样气处理一般需要经过两个阶段：过滤与脱水。即取样的煤气在抽气泵的作用下进入除尘过滤器，经过多级除尘，除去大部分灰尘，再经过气水分离器（或干燥器）除去大部分水分，最后经过精过滤器进入分析仪器。另外，由于除尘后灰尘量大，需要增加定时N₂反吹装置保证管道畅通（谢永平．高炉综合煤气分析成套系统．分析仪器，1998，No.3：28~30；用炉顶煤气成分分析控制高炉操作．冶金译丛．1995，No.1：6~7），现有技术中常用的高炉综合煤气连续分析系统中，其样气预处理系统均需要定时N₂反吹，以保证样气预处理系统的管道畅通，这样使得样气预处理系统不能长期连续稳定的工作，这是一直困扰钢铁企业连续检测高炉炉顶煤气的重大难题。目前，国内外高炉炉顶煤气连续在线分析系统运转效果好的不多，其主要原因在于样气预处理系统过于复杂，维护量大，投资费用高（在国外，预处理系统与煤气分析仪价格相近），而且安装、调试、维护都较复杂，对维护人员技术水平要求也较高，给使用带来不便。

关于高炉炉顶煤气连续分析系统的开发，已有相关的技术文献公开，如：王平、李家新、周莉英等人研发的高炉炉顶综合煤气连续分析系统能够为高炉值班室提供连续在线的高炉煤气成分分析，取得了较好的应用效果（王平，李家新，周莉英等. 高炉炉顶综合煤气连续分析系统的开发与应用. 钢铁，2004，No.6：6~9），该论文中指出炉顶煤气连续分析系统开发的难点在于样气的净化处理，具体分析如下：

（1）湿法炉顶煤气除尘系统样气净化处理难点：马钢新1号高炉（有效容积为2545 m³）煤气清洗采用的是湿式串联文氏管系统。重力除尘器出口煤气含尘量为2.32~3.28 g/m³，煤气含水量为5%，温度100~300 ℃；二级文氏管出口含尘量为2~4 mg/m³，出口煤气含水量为6~10 g/m³（其中含机械水），温度为30~60 ℃（龚义书，丁宝忠，凌绍业等. 马钢2500 m³高炉煤气清洗系统的测试与研究. 炼铁，1996，15(2)：26~28）。由于各部位样气其含尘、温度和含水量不一样，故对其处理与净化方法也不可能一样。在重力除尘器出口取样，取样管道易结露堵塞，故要对样气进行保温，对取样管道要进行反吹扫，样气除尘负荷重。在二级文氏管出口取样，主要任务是要除样气的水分，其次是除样气的含尘。

（2）维护工作量：许多取样装置与分析仪器在实验室能用得很好且分析精度较高，但在现场用不了多久就不能正常运转、分析误差较大。究其主要原因是系统维护工作量大，对维护人员专业知识要求高和系统关键器件（如电动、气动阀门、滤芯）寿命短等。

（3）对异常炉况的适应性：炉况不正常时炉顶温度高，炉顶打水多，煤气含水量增大。故样气采集与净化装置要能应付煤气压力、温度与含水量波动大等异常情况。

但是，该公开的技术文献中仅介绍了煤气成分分析系统的框架构成，对于样气预处理装置这一关键结构设计，该公开文献只简要写明了工作原理，并未公开具体的结构设计，冶金领域的工作人员无法根据该文献的介绍再现该煤气成分分析系统，本专利的发明人在该研究论文的基础上，经过长期试验和分析，改进后重新设计出本发明的技术方案。

此外，通过专利检索，关于样气分析测试的预处理技术已有相关技术方案公开。如，中国专利申请号201110217370.7，申请日：2011年7月21日，发明创造名称为：一种用于烟气过滤、除湿、混合的装置，该申请案包括烟气引入管、烟气引出管、混合腔，整体装置呈圆筒状，装置分成上部分为除湿腔，下部分为混合腔，二者之间设置集水隔板，所述混合腔内分别装烟气引入管和烟气引出管穿过除湿腔通向外部，所述烟气引出管的下部连有过滤腔，混合腔的下部开有放灰口。另：中国专利号ZL201010548826.3，发明名称为：烟气采样脱水装置。上述的技术方案在一定程度上对烟气进行了预处理，但是其结构设计不尽合理，一般都需要采用N₂反吹装置以保证管道畅通，且维护成本大，不方便使用。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中高炉炉顶煤气连续在线分析的煤气预处理装置较为复杂，需要增加定时N₂反吹装置保证管道畅通，且价格昂贵的不足，提供了一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置，采用本发明的技术方案，预处理装置的性能好、价格低、寿命长、维护简单，符合气相色谱仪对样气质量要求，且无需进行定时N₂反吹操作。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置，包括柱体、柱帽、样气进口和样气出口，还包括保温层和脱水除尘组件，所述的柱体为中空结构且竖直设置，该柱体的底部固连有圆锥体结构的柱帽，所述的柱帽底部设置有样气进口，所述的柱体顶部设置有样气出口；所述的柱体内设置有保温层，该保温层内部设置有脱水除尘组件，所述的脱水除尘组件包括固定套筒、第一夹臂、第二导热夹臂、样气管道、滤芯更换口、致冷片、冷却水管、传热片和电控单元，其中：所述的柱体内部竖直设置有样气管道，所述的样气管道下部穿过固定套筒，该样气管道下端与样气进口相连通，样气管道上端设置有滤芯更换口，该上端与样气出口相连通，且该样气管道内设置有滤芯；所述的样气管道的一侧安装有第一夹臂，另一侧安装有第二导热夹臂，上述的第一夹臂和第二导热夹臂共同包裹着样气管道的外周沿，所述的第二导热夹臂与致冷片的冷端相接触，所述的致冷片的热端与传热片的一侧相接触，传热片的另一侧设置有冷却水管，上述的致冷片与电控单元相连，该电控单元用于控制致冷片工作。

更进一步地，所述样气管道内的滤芯为钢丝清洁球。

更进一步地，所述的第二导热夹臂和传热片的材质为铜质材料。

更进一步地，所述的固定套筒和第一夹臂的材质为尼龙材料。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

（1）本发明的一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置，其除尘采用滤芯过滤方式，且滤芯位于样气管道内，煤气流经样气管道，灰尘被滤芯过滤，同时致冷片通电致冷，使煤气中水的温度降低，从而冷凝脱水，实现了样气过滤和脱水一体化，使得灰尘含量由4mg/m³降到0.5mg/m³，水分含量由8g/m³降到0.5g/m³，本发明关键的创新点之一在于：待处理的煤气经过样气管道时，灰尘附着在滤芯上，同时制冷脱水冷凝的水也附在滤芯上，使得过滤下来的的灰尘随着制冷的水一同流向样气管道的底部，最终返回到煤气管道中，这个过程恰巧也是对滤芯的清洗过程，所以本发明中过滤和脱水一体化的煤气预处理装置具有自清洗功能，无需进行定时N₂反吹操作，能实现连续取样净化，且结构简单，安装方便，只要不断水、不断电就能连续工作，无须人工干预和维护；

（2）本发明的一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置，其样气管道内的滤芯为钢丝清洁球，该钢丝清洁球成本低，只需八个月左右更换一次，与其它价格昂贵（国外，煤气预处理装置一般几万至数十万元）、体积庞大、结构复杂的炉顶煤气连续分析预处理装置相比，本发明的煤气预处理装置成本仅需3000~5000元，且性能好、安装使用、维护都很方便，系统一次性投资低。

附图说明

图1为本发明的一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置的结构示意图；

图2为图1中煤气预处理装置的截面图。

示意图中的标号说明：

1、样气进口；2、固定套筒；3、第一夹臂；4、保温层；5、样气管道；6、样气出口；7、滤芯更换口；8、第二导热夹臂；9、致冷片；10、冷却水管；11、柱体；12、传热片、13、柱帽。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1和图2，本实施例的一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置，包括柱体11、柱帽13、样气进口1、样气出口6、保温层4和脱水除尘组件，所述的柱体11为中空结构且竖直设置，该柱体11的底部固连有圆锥体结构的柱帽13，所述的柱帽13底部设置有样气进口1，该样气进口1用于插入高炉煤气管道将煤气流取样并引入本发明的煤气预处理装置，所述的柱体11顶部设置有样气出口6，从该样气出口6出来的样气即可进入煤气分析仪。

在本实施例中，中空结构的柱体11内设置有保温层4，该保温层4内部设置有脱水除尘组件，该脱水除尘组件包括固定套筒2、第一夹臂3、第二导热夹臂8、样气管道5、滤芯更换口7、致冷片9、冷却水管10、传热片12和电控单元（图中未示出），其中：柱体11内部竖直设置有样气管道5，所述的样气管道5下部穿过固定套筒2，固定套筒2的材质为尼龙材料，该固定套筒2对样气管道5起固定支撑作用，样气管道5下端与样气进口1相连通，样气管道5上端设置有滤芯更换口7，且样气管道5的上端与样气出口6相连通，该样气管道5内设置有滤芯，本实施例中的滤芯采用钢丝清洁球，即具体实施时，将多个钢丝清洁球从滤芯更换口7塞入样气管道5则构成滤芯。本实施例中的样气管道5的一侧安装有第一夹臂3，另一侧安装有第二导热夹臂8（如图2所示），上述的第一夹臂3和第二导热夹臂8共同包裹着样气管道5的外周沿，值得说明的是：本实施例中的第一夹臂3和第二导热夹臂8分别包裹样气管道5外周沿的一半，且第二导热夹臂8的材质为铜质材料，第一夹臂3的材质为尼龙材料，实验证明这种结构有利于提高样气管道5内的煤气流冷凝效果，且成本最低。此外，第二导热夹臂8与致冷片9的冷端相接触，所述的致冷片9的热端与传热片12的一侧相接触，传热片12的另一侧设置有冷却水管10，该冷却水管10用于将致冷片9热端的热量及时带出煤气预处理装置，本实施例中的传热片12的材质为铜质材料，上述的致冷片9与电控单元相连，该电控单元用于控制致冷片9工作。

本实施例中的一种高炉综合煤气连续分析样气取样的煤气预处理装置在使用过程中，煤气流经过样气管道5内的钢丝清洁球时，灰尘附着在钢丝清洁球上，同时，致冷片9冷凝的作用使得煤气流中的水分冷凝为水滴，该水滴也附着于钢丝清洁球上，由于整个样气管道5竖直设置，水滴因重力的原因流向样气管道5的底端，在此过程中，水滴将附着在钢丝清洁球上的灰尘带走，一起返回到高炉煤气管道中，水滴可以起到清洁钢丝清洁球的作用，整个过程实现了煤气预处理装置的自清洗功能，使得本发明的煤气预处理装置无需进行定时N₂反吹操作，能实现连续取样净化，且处理后的样气符合气相色谱仪对样气质量要求。实验得知，煤气流经过本实施例的煤气预处理装置处理后，灰尘含量由4mg/m³降到0.5mg/m³，水分含量由8g/m³降到0.5g/m³，处理效果显著。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。