專利名稱：用于從處理環(huán)境中抽取氣體的探針和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于調(diào)節(jié)和控制涉及產(chǎn)生氣體的化學(xué)過程，例如燃燒過程的系統(tǒng)。
系統(tǒng)已知用于從爐子抽取氣體，設(shè)置有安裝在爐子中的探針，其中所抽取的氣體輸送到分析器裝置。
對(duì)于氣體的抽取，這種系統(tǒng)使用低功率和低壓力的小泵(通過探針)抽氣。這意味著處理氣體的熱量/潮氣，導(dǎo)致?lián)p傷聯(lián)接件、管子和涉及氣體流動(dòng)的各種部件的腐蝕性酸，使情況惡化。出于避免凝結(jié)物沉淀在系統(tǒng)中(由于它在熱/潮氣體中下落)的目的，需要加熱抽取管、過濾器和管子，但卻得到不利的結(jié)果(包裝問題、酸化等)。
該探針還具有使操作不可靠的阻塞氣體抽取管的嚴(yán)重問題。
而且，在傳統(tǒng)探針中，灰塵的過濾僅僅通過超載的和變得阻塞的過濾器實(shí)現(xiàn)。通過用(可編程的)壓縮空氣的沖洗循環(huán)實(shí)現(xiàn)探針的清潔，但是經(jīng)常不足以完全將其恢復(fù)，而且這將污染物導(dǎo)入到將進(jìn)行分析的氣體中。
由于這些問題，爐子氣體分析的值是近似的和無規(guī)律的，導(dǎo)致對(duì)管線的正確管理的誤解，尤其是存在代用燃料的情況下。采用后者，即使使用當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)的探針也顯示出它們的局限性。只有通過人工小心和連續(xù)的監(jiān)管和維護(hù)才可能獲得結(jié)果，盡管那樣也只是剛剛夠用。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于從處理環(huán)境中抽取氣體的探針，它能夠在不進(jìn)行連續(xù)維護(hù)干涉的情況下防止或至少減少探針阻塞的發(fā)生，也就是保證使用的連續(xù)性(提高了氣體抽取系統(tǒng)和分析的可靠性)。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求1中所限定特征的用于從處理環(huán)境中抽取氣體的探針實(shí)現(xiàn)。
探針的優(yōu)選實(shí)施例限定在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明的另一目的是提供用于從處理環(huán)境中抽取氣體的系統(tǒng)，它以最徹底的方式減少了灰塵和凝結(jié)物通過探針的進(jìn)入，并保證了分析的連續(xù)性和可靠性。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過具有權(quán)利要求11中所限定特征的用于從處理環(huán)境中抽取氣體的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
該系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中限定。
通過與本發(fā)明所述探針相互配合，該系統(tǒng)降低了灰塵(過濾器壓力較小)，可能干燥氣體(不會(huì)阻塞和不產(chǎn)生酸)，并且在不需要壓縮空氣幫助的情況下通過使用同一處理氣體(由于不會(huì)改變，所以確保了分析的連續(xù)性)進(jìn)行自清潔。
它的使用使得可能從爐子抽取燃燒氣體，從而可以利用傳統(tǒng)分析器對(duì)它們進(jìn)行分析?？赡塬@得爐子的燃燒氣體的可靠分析。從而，可能優(yōu)化對(duì)安裝(減少燃料消耗和提高爐子產(chǎn)物的質(zhì)量/數(shù)量)的控制和對(duì)監(jiān)視/減少空氣排放的控制。
也可以應(yīng)用于采用任何類型的燃料(即使是備用/廢棄處理燃料)和任何類型的處理材料的任何類型的爐子(在使用的任何條件下，溫度，灰塵水平，蒸汽，酸等)。
該探針已經(jīng)設(shè)計(jì)用于水泥爐子，但是也可以用于不同類型的工業(yè)中的處理環(huán)境；鋼鐵廠、熱電廠、化工/石化工廠、碳研磨和儲(chǔ)存、焚化爐、爆炸火藥存儲(chǔ)料倉，也就是需要抽取氣體用于隨后分析的所有場(chǎng)所(爐子、料倉、煙囪、管道系統(tǒng)等)。
本發(fā)明所述探針和系統(tǒng)的突出特征在于減少了維護(hù)的需要。這通過避免灰塵/凝結(jié)物的抽取實(shí)現(xiàn)，并歸功于由壓縮機(jī)保證的壓縮氣體的劇烈和連續(xù)噴射。
由于過濾器是在用于探針清潔的快速排放期間利用強(qiáng)有力的氣體逆流進(jìn)行自清潔的，所以它具有較長的使用壽命。
而且，通過使用來自爐子的壓縮氣體，并且不噴水，實(shí)現(xiàn)了干燥灰塵的減少。而且，氣體的干燥導(dǎo)致了酸的減少。該系統(tǒng)采用連續(xù)循環(huán)，隨后通過使用壓縮氣體進(jìn)行自清潔，因此不需要采用(通過對(duì)其進(jìn)行污染)將影響氣體分析的壓縮空氣，而是通過使用來自爐子的氣體進(jìn)行清洗循環(huán)。這避免了必須使用大量的用于氣體處理(帶有過濾器、抑酸劑、氣泡室等)的控制面板，用于電磁閥的控制面板和(帶有PLC的)各種指示電控制面板。這導(dǎo)致了相關(guān)問題和成本的減少。
為了在高溫下使用，該探針受到水冷。它具有用于使熱區(qū)域(氣體回路)和冷區(qū)域(冷卻水套管)分離的抗凝結(jié)內(nèi)部空間，允許抽取的氣體保持其溫度。該設(shè)置避免了凝結(jié)物在抽取管的內(nèi)壁中形成，從而使得灰塵的阻塞最小化。由于用于氣體和冷卻水的兩個(gè)腔室用凸緣聯(lián)接，所以它們可以分離。這使得可能從爐子中只去除氣體回路(為了甚至在爐子工作中的可能的檢查和清潔)，只保留固定到爐子上的冷卻系統(tǒng)。
該系統(tǒng)的可靠性和連續(xù)性使得它可能使用其自動(dòng)爐子管理(不使用導(dǎo)致O2升高的壓縮空氣清洗)的輸出值。壓縮機(jī)的容量較高，因此其響應(yīng)比常規(guī)系統(tǒng)中更快，并且可能的微小損失不具有影響。結(jié)果，獲得了更加可靠的分析。
該探針易于快速安裝，不需要適應(yīng)現(xiàn)有系統(tǒng)的大量工作，就能將其連接。而且，不需要對(duì)在爐子中的最佳定位(最小灰塵點(diǎn)等)進(jìn)行大量研究。
現(xiàn)在將參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選的但是非限制性的例子，其中

圖1是本發(fā)明所述用于從爐子抽取燃燒后氣體的系統(tǒng)的總圖表；圖2是本發(fā)明所述用于從爐子抽取燃燒后氣體的探針的示意性側(cè)視圖；圖3是圖2的探針的示意性側(cè)視圖，其中不帶有冷卻套管(coolingjacket)；及圖4是圖2的探針的冷卻套管的示意性側(cè)視圖；參照?qǐng)D1，用于從例如爐子(未說明)的處理環(huán)境抽取氣體的系統(tǒng)包括探針S、壓縮機(jī)C、用于將冷卻水供給到探針S的管20，和用于將該冷卻水從探針S排出的管30，用于從探針S抽取氣體的管40，和用于將氣體重新噴射到探針S/處理環(huán)境的管50。
該系統(tǒng)設(shè)有壓縮機(jī)C和電磁閥EV1G、EV2G的電壓，用于冷卻探針S的流體，例如水，和用于電磁閥驅(qū)動(dòng)器EV1G、EV2G的壓縮流體，例如空氣?；蛘撸瑤в蟹忾]循環(huán)水的低溫制冷器可以用于冷卻系統(tǒng)。
參照?qǐng)D3，處于其基本形式的探針S包括兩個(gè)同心管1和2，該管用例如AISI304鋼制成，但是可能使用更加適合于高溫和耐酸腐蝕的材料。外管2專用于氣體的抽取，內(nèi)管1用于氣體輸送。該探針S可在低溫環(huán)境中使用。為了在高溫下使用它，需要對(duì)其設(shè)置水冷套管(在圖4中進(jìn)行了說明)。
在圖2中，探針S示出設(shè)置有氣體循環(huán)腔和水冷套管CRA。(帶有水冷的)該型式用于高溫，并包括五個(gè)同心管1、2、3、4、5。該探針S利用支承凸緣FS安裝并固定到爐子的壁中。探針頭TS安裝有起到防備雜質(zhì)進(jìn)入探針的第一屏障作用的保護(hù)錐體(protection cone)CP。
三個(gè)最外層管3、4、5構(gòu)成了水流過的冷卻腔CRA(利用凸緣FS剛性地固定到爐子上，以允許其安裝和固定)。套管CRA的最內(nèi)層管3和中間層管4之間的空間利用對(duì)水進(jìn)行冷卻的水過濾器FA連接到供水管20上，并且套管CRA的最外層管5利用用于調(diào)節(jié)冷卻水的流速的手動(dòng)閥VMA連接到排水管30上。所述空間液體流通地連接到探針的頭部TS上。供水管20的上游和排水管30的下游分別設(shè)置有冷卻水泄壓閥VSA。而且，在排水管30中設(shè)置有用于控制水溫的傳感器Ta，用于控制水壓的傳感器Pa，和用于控制水流的傳感器Fa。
兩個(gè)最內(nèi)層管1和2正確和適當(dāng)?shù)貥?gòu)成了抽氣探針(利用凸緣FL安裝和聯(lián)接到冷卻套管上，以允許即使在操作中安裝也可以簡單和快速的方式拆卸，參見圖2和3)。
兩個(gè)腔(氣體和冷卻水，也就是說從內(nèi)側(cè)向外排列的第二和第三根管2、3)的聯(lián)接導(dǎo)致內(nèi)部空間IN在探針底部(爐子外側(cè))封閉，并在頭部TS(爐子內(nèi)側(cè))開放，也就是說，它受到氣體沖洗。這避免了抽氣管2(第二管)中沉積的形成，并使得氣體可能在不受到過度冷卻的情況下退出。該氣體抽取到由第一和第二管1、2構(gòu)成的腔CA中，并再次利用壓縮機(jī)C通過同心中央管(第一管1)噴射到爐子內(nèi)部。中央管的爐子側(cè)端部UG受到調(diào)節(jié)，從而排出的氣體受到壓縮。最好，該端部具有噴嘴?；蛘?，同一中央管1可以設(shè)計(jì)成將氣體朝探針頭部TS噴射(例如可以形成為毛細(xì)管)。以這種方式，氣體需要一定壓力和動(dòng)能，構(gòu)成防備灰塵的屏障并有效清潔探針頭部TS?；旧?，氣體通過管40抽取并利用壓縮機(jī)C以足夠壓力和速度通過管50，返回爐子。在氣體抽取和輸送回路40、50(爐子-壓縮機(jī)C-爐子)中，安裝有支路41，它利用泵PM在壓縮機(jī)C的上游將要進(jìn)行分析的較小比例的流體輸送到傳統(tǒng)分析器O2-CO-NOX。分析器的上游設(shè)置有流到分析器氣體的調(diào)節(jié)器RF，和用于控制流到分析器的氣體壓力的傳感器P2g。而且，這些分析器受到過濾器F3G保護(hù)，過濾器起到耐酸/凝結(jié)的作用。分析器的下游設(shè)置有從分析器排出的排氣管SG。
在到達(dá)壓縮機(jī)C和泵PM之前，氣體通過抽氣管40中的上游過濾器F1G和F2G適當(dāng)?shù)剡^濾。過濾器F1G連接到灰塵洗滌器(dustdecanter)D上，以減少回路中可能存在的灰塵。循環(huán)流體的高流速確保了較短的響應(yīng)時(shí)間，這有利于爐子的管理。
用于控制壓縮機(jī)的氣體壓力的傳感器P1g和用于壓縮機(jī)C的氣體過壓的閥VSG連接到壓縮機(jī)C的輸出管上。
在系統(tǒng)中，分別在壓縮機(jī)C的抽氣側(cè)和輸出側(cè)上還具有兩個(gè)儲(chǔ)存器S1G(減壓的)和S2G(加壓的)。這實(shí)現(xiàn)了收集冷凝物和穩(wěn)定壓縮機(jī)的壓力/真空(depression)的功能。尤其是，儲(chǔ)存器S2G形成了用于減少冷凝物的制冷器/干燥器RE的一部分。儲(chǔ)存器S2G的下游連接到設(shè)置用于排放冷凝物SC的自動(dòng)冷凝物排放閥VAC上。儲(chǔ)存器還設(shè)置有兩個(gè)定時(shí)電磁閥EV1G和EV2G，它們根據(jù)需要可設(shè)定時(shí)間地以循環(huán)方式驅(qū)動(dòng)相應(yīng)伺服閥。電磁閥EV1G為安裝在減壓儲(chǔ)存器S1G和探針S的抽氣側(cè)之間的二通閥，并具有停止從探針S抽氣的功能，從而加強(qiáng)其輸送的推力，以提高探針頭部的清潔。電磁閥EV1G的下游設(shè)置有用于控制氣體流到壓縮機(jī)C的傳感器Fg。安裝在前一電磁閥上游的三通電磁閥EV2G具有劇烈排放的功能，將壓力儲(chǔ)存器S2G中的流體量完全噴向抽氣管2。大量的流體在與正常流向相反的方向上高速流動(dòng)，將任何可能的沉積物沖向爐子內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)逆流(回洗)清潔。
為了監(jiān)視正常操作并在堵塞的情況下獲得指示，真空計(jì)Vg安裝在抽氣管2上的探針S上，并且壓力計(jì)Mg安裝在輸出管1上。尤其是，真空計(jì)Vg安裝在十字形連接器CR上，并且壓力計(jì)Mg安裝在T型連接器TE上。連接器CR、TE和螺母DT(帶有用于以氣密方式密封氣體的墊圈)也起到將兩根管保持在一起的功能。這種設(shè)置可能使得中央氣體輸出管1可以相對(duì)于抽氣管2滑動(dòng)，用于裝置的最佳調(diào)節(jié)。
所述類型的探針可能以連續(xù)方式具有排除干燥灰塵、干燥氣體和清潔頭部的功能，避免了材料的堆積。由于不需要用壓縮空氣進(jìn)行清潔循環(huán)(這會(huì)導(dǎo)致O2增加)，所以所抽出氣體的分析在不中斷(一刻也不停止)的情況下是連續(xù)的。這通過使用使得同一氣體在爐子中再循環(huán)的壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)；它利用定位在輸出管的內(nèi)部端部的噴嘴的節(jié)流閥以離散壓力和動(dòng)能抽取氣體，并將氣體輸回到爐子中。由于所述管與抽氣管同心，所以它產(chǎn)生灰塵過濾屏障，并保持頭部清潔。同樣，這允許所抽取氣體的足夠干燥。清除了灰塵的冷卻和干燥氣體不會(huì)導(dǎo)致凝結(jié)或酸化，并且不會(huì)導(dǎo)致堆積。從開始就去除了灰塵和凝結(jié)物，并使其返回到爐子，避免了沿著分析裝置輸送它們。這對(duì)管、連接器、壓縮機(jī)、泵、分析器及控制和安全傳感器都是有利的，并將使它們具有更高的效率和更長的使用壽命。而且，可能使它們使用更加經(jīng)濟(jì)的類型，而不需要使用更加昂貴的耐酸型。本發(fā)明所述探針和系統(tǒng)減少了灰塵(對(duì)過濾器壓力更小)，干燥了氣體(不會(huì)增生和產(chǎn)生酸化)，并且探針為不需要壓縮空氣幫助而使用同一過程氣體(由于不會(huì)改變，所以可以連續(xù)分析)的自清潔型。
該探針的長處在于壓縮機(jī)中央管，它允許氣體以特定壓力和動(dòng)能再循環(huán)到爐子。自然地，可能使用其它類型的連續(xù)循環(huán)機(jī)器替換該壓縮機(jī)。
采用壓縮機(jī)和分支原理可以獲得無灰塵和干燥的氣體(通過屏障效果)和不需要壓縮空氣沖洗循環(huán)(利用不中斷和改變分析氣體的連續(xù)循環(huán))的自清潔頭部。
權(quán)利要求
1.用于從處理環(huán)境抽取氣體的探針(S)包括管狀元件(2)，該探針可以定位在處理環(huán)境內(nèi)部中，所述管狀元件在一端處具有氣體抽取開口(TS)并限定內(nèi)部空腔(CA)，所述處理環(huán)境可以通過該內(nèi)部空腔與氣體抽出系統(tǒng)流體連通，其特征在于，它還包括噴射裝置(1)，該噴射裝置聯(lián)接到第一管狀元件(2)上，可操作成將所述氣態(tài)流體噴射到空腔(CA)的內(nèi)部，朝第一管狀元件(2)的所述抽取開口加速，并從該抽取開口再次進(jìn)入處理環(huán)境。
2.如權(quán)利要求1所述的探針，其特征在于，所述噴射裝置包括第二管狀元件(1)，該第二管狀元件在第一管狀元件(2)的空腔(CA)內(nèi)部延伸，形成使得能夠?qū)⑺黾铀俚臍鈶B(tài)流體朝第一管狀元件(2)的所述抽取開口噴射，并從此再次進(jìn)入處理環(huán)境。
3.如權(quán)利要求2所述的探針，其特征在于，第二管狀元件(1)的端部設(shè)置有噴嘴(UG)，該端部設(shè)置在抽取開口的側(cè)面，也就是處理環(huán)境側(cè)上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的探針，其特征在于，所述第一(2)和第二(1)管狀元件是同軸的。
5.如權(quán)利要求4所述的探針，包括連接元件(CR，T)、穿孔螺母(DT)和氣密密封件，它們可操作成組裝所述第一(2)和第二(1)管狀元件，并使第二管狀元件(1)可相對(duì)于第一管狀元件(2)滑動(dòng)。
6.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的探針，還包括設(shè)置在所述第一管狀元件(2)周圍的冷卻套管(CRA)。
7.如權(quán)利要求6所述的探針，其特征在于，所述冷卻套管設(shè)置成在所述套管和所述第一管狀元件(2)之間限定內(nèi)部空間(IN)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的探針，其特征在于，所述冷卻套管以可與探針(S)的所述第一管狀元件(2)分離的方式組裝。
9.如權(quán)利要求6至8中任意一項(xiàng)所述的探針，其特征在于，所述冷卻套管與低溫制冷器流體連通地連接，形成封閉流體回路。
10.如前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的探針，還包括設(shè)置在所述抽取開口(TS)附近的屏蔽元件(CP)。
11.用于從處理環(huán)境抽出氣體的系統(tǒng)，它可以聯(lián)接到前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的探針上，包括用于通過探針(S)的所述第一管狀元件(2)從處理環(huán)境中抽出氣體的裝置(40，C)，其特征在于，它還包括用于將所述氣體重新噴射到探針/處理環(huán)境中的裝置(50，C)，該裝置設(shè)置成與探針(S)的所述噴射裝置(1)流體連通。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于抽出氣體的所述裝置(40，C)和用于重新噴射氣體的所述裝置(50，C)包括共同的連續(xù)循環(huán)機(jī)器(C)，該連續(xù)循環(huán)機(jī)器可操作成抽出、壓縮所述氣體，并將所述氣體噴回同一處理環(huán)境，也就是給于氣體壓力和動(dòng)能。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，還包括儲(chǔ)存器(S2G)，它設(shè)置在所述連續(xù)循環(huán)機(jī)器(C)的輸出中，用于穩(wěn)定探針(S)的所述噴射裝置(1)中的壓力，和獲得用于探針(S)的所述第一管狀元件(2)的循環(huán)逆流清潔的氣體的快速排放，也就是實(shí)現(xiàn)回洗。
14.如權(quán)利要求11至13所述的系統(tǒng)，還包括控制裝置(EV1G，EV2G)，它們可操作地連接到用于抽出氣體的所述裝置(40，C)，和用于采用同一處理氣體實(shí)現(xiàn)探針循環(huán)和連續(xù)清潔的重新噴射氣體的裝置(50，C)上。
15.如權(quán)利要求11至14中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括連接到所述抽出裝置(40，C)上用于抽取一部分所述氣體的抽取裝置(41，PM)，所述抽取裝置還連接到用于所述氣體的分析的分析器裝置(O2-CO-NOX)上。
16.如權(quán)利要求11至15中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括洗滌器裝置(D)，它設(shè)置在探針(S)的下游，以進(jìn)一步減少所述氣體中的灰塵。
17.如權(quán)利要求11至16中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括用于監(jiān)視探針工作狀況的連接到探針(S)的第一管狀元件(2)上的真空計(jì)(Vg)和連接到探針(S)的噴射裝置(1)上的壓力計(jì)(Mg)。
全文摘要
用于從處理環(huán)境抽取氣體的探針(S)，包括管狀元件(2)，該探針可以定位在處理環(huán)境內(nèi)部中。所述管狀元件在一端處具有氣體抽取開口(TS)并限定內(nèi)部空腔(CA)，所述處理環(huán)境可以通過該內(nèi)部空腔與氣體抽出系統(tǒng)流體連通。該探針還包括延伸到第一管狀元件(2)的空腔內(nèi)部的第二管狀元件(1)。該第二管狀元件具有設(shè)置在抽取開口端(也就是處理環(huán)境側(cè))的一端(UG)，以將所述加速氣態(tài)流體朝第一管狀元件(2)的抽取開口噴射并從此流回處理環(huán)境的方式形成。還提出了用于從處理環(huán)境抽取氣體的系統(tǒng)，它可以聯(lián)接到探針上，包括通過探針(2)的第一管狀元件的空腔(CA)從處理環(huán)境吸取氣體的回路(40，C)，和用于將所述氣體通過探針(1)的第二管狀元件重新噴射到同一處理環(huán)境中的回路(50，C)。
文檔編號(hào)G01N1/24GK1973196SQ200580012261
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者多梅尼科·布魯齊 申請(qǐng)人:多梅尼科·布魯齊