(1.重慶科技學(xué)院，重慶，401331；2. 重慶重科大分析儀器有限公司，重慶，401331)

樣氣處理系統(tǒng)濕法外反吹掃技術(shù)的研究與應(yīng)用

張恒健1李家慶1李太福1楊永龍2金義忠1

(1.重慶科技學(xué)院，重慶，401331；2. 重慶重科大分析儀器有限公司，重慶，401331)

為構(gòu)建和設(shè)計更加可靠、準確和免維護的焦爐煤氣防爆氧分析系統(tǒng)，創(chuàng)新采用了干法技術(shù)路線的系統(tǒng)設(shè)計。焦爐煤氣原位整體式樣氣處理裝置的主體結(jié)構(gòu)，必須匹配對除塵過濾器的濕法外反吹掃系統(tǒng)，才得以妥善解決。本論文對濕法外反吹掃系統(tǒng)技術(shù)進行了全面分析和深入研究，論證了它在焦爐煤氣干法防爆氧分析系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性。

樣氣處理系統(tǒng) 濕法外反吹掃 焦爐煤氣 焦油 免維護

1 在線分析樣氣處理干法反吹掃的技術(shù)特點

樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)是在線分析系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，最核心的樣氣處理部件是取樣探頭系統(tǒng)，在高粉塵樣氣條件的爐窯負壓類在線分析系統(tǒng)的工程應(yīng)用中，探頭過濾器是高效過濾除塵的核心元件，為了避免發(fā)生頻繁堵塞，而中斷取樣的風險，過濾器必須采用完善的反吹掃技術(shù)，傳統(tǒng)的反吹掃都是干法反吹掃，在我國已有30多年的技術(shù)史。

干法反吹掃共性的技術(shù)特點如下：

(1)探頭過濾器必須加熱，以免發(fā)生冷凝。加熱溫度以gt;150°C為宜。

(2)反吹掃介質(zhì)為潔凈(無油、無水)的儀表空氣，壓力gt;0.45MPa。

(3)對過濾器的反吹掃必須是內(nèi)反吹掃(有的兼有外反吹掃)。

(4)取樣探頭系統(tǒng)通常匹配有反吹柜或反吹箱，靠近取樣探頭安裝以提高反吹掃效果，箱內(nèi)設(shè)計有電磁閥組和壓縮空氣凈化處理單元，以及儲氣罐。

(5)PLC程控特定周期的脈沖式反吹掃，以確保反吹掃的工程應(yīng)用效果。

2 焦爐煤氣在線分析的困境

焦爐煤氣是高熱值的可燃性工業(yè)廢氣，有非常高的回收利用價值。爐窯負壓類在線分析系統(tǒng)的取樣探頭系統(tǒng)，包括干法反吹掃的高效過濾除塵技術(shù)，是技術(shù)成熟度很高的技術(shù)，卻根本無法在焦爐煤氣防爆氧分析系統(tǒng)上采用，根本原因是焦爐煤氣中焦油和萘等重度污染物有很大的黏性，會污染和堵塞探頭過濾器，使干法反吹掃技術(shù)完全失效。焦爐煤氣回收利用必須監(jiān)測氧含量，以確保生產(chǎn)安全，這個細分行業(yè)近30年來，全走的是濕法樣氣處理路線，多家企業(yè)不斷探索采用水洗滌、煤油洗滌、柴油洗滌、酰油洗滌和兩罐自動切換洗滌等技術(shù)方案，都沒有取得具有工程意義的成功。唯有[英]仕富梅公司發(fā)明的蒸氣噴射取樣探頭取樣，再加上水洗滌分離器對先前被汽化的焦油、萘等污染物的冷卻除污，這個整體技術(shù)方案才是行業(yè)認可度最高的。但是，它仍是濕法技術(shù)路線，還有水中溶解氧釋放，會造成氧量檢測度有所降低的局限。論文“焦爐煤氣在線氧分析系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)研報告”[1]是對此課題最全面的回顧和深入的探討。

有鑒于此，焦爐煤氣在線氧分析系統(tǒng)仍然有創(chuàng)新突破的技術(shù)空間，最理想的目標，應(yīng)該選擇將濕法樣氣處理路線更改為干法樣氣處理路線。

3 樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新突破的方向

在線分析系統(tǒng)、樣氣處理系統(tǒng)、取樣探頭系統(tǒng)和反吹掃系統(tǒng)等都是技術(shù)系統(tǒng)，只是技術(shù)層級不同。在引用“在線分析系統(tǒng)應(yīng)用型基礎(chǔ)理論”[2]之后，很容易抓住樣氣處理系統(tǒng)技術(shù)的精髓，懂得在技術(shù)系統(tǒng)整體與局部之間去明察秋毫，就有可能構(gòu)建和設(shè)計更加可靠、免維護的在線分析系統(tǒng)。

為了給現(xiàn)有和新的工程應(yīng)用難題開辟新前景，應(yīng)該鎖定的樣氣處理系統(tǒng)創(chuàng)新突破的主攻方向是：

(1)對缺乏均一性和不可能按期望預(yù)投樣氣條件的長期適應(yīng)性。

(2)對在線分析儀穩(wěn)定性、可靠性、準確性和長壽命周期的可靠保障。

(3)對工程應(yīng)用中人工介入的解放，即少維護，甚至力爭做到免維護。

4 原位整體式焦爐煤氣樣氣處理裝置的研制

原位整體式焦爐煤氣樣氣處理裝置采用“原位處理法”新的技術(shù)概念，在焦爐煤氣防爆氧分析系統(tǒng)研制中，顛覆性地采用干法技術(shù)路線，論文“焦爐煤氣原位整體式干法樣氣處理系統(tǒng)的研究與實踐”[3]，是基于干法原位處理的焦爐煤氣防爆氧分析系統(tǒng)研制課題的初步總結(jié)。

焦爐煤氣原位整體式干法樣氣處理裝置之所以在工程應(yīng)用中行得通，全得益于采用了與之配套的“濕法反吹掃系統(tǒng)”的創(chuàng)新設(shè)計，濕法反吹掃系統(tǒng)是對傳統(tǒng)干法反吹掃系統(tǒng)的顛覆性創(chuàng)新。

5 濕法外反吹掃系統(tǒng)的核心技術(shù)集成

(1)優(yōu)選的高精度除塵過濾器

本課題采用LKF2型超微孔SiC疏水型高精度過濾器(?42×?19×90mm)，具有不可替代的綜合技術(shù)優(yōu)勢，最突出的是過濾除塵高精度和樣氣流低阻力之間的妥善協(xié)調(diào)。

· 先進的表面過濾原理(surface filter)；

· 粉塵過濾的高精度：0.3μm 99%；

· 樣氣流低阻力：lt;110 Pa(1L/min)，長期工程應(yīng)用中樣氣流的阻力增大很緩慢；

· 納米疏水疏油特性，抗污染，易維護，反吹掃效果好；

· 耐高溫、耐腐蝕、高強度、長壽命(中度粉塵條件下，單件工程應(yīng)用壽命可以達到4年以上)。

工程界普遍采用的其它多種原理的探頭過濾器，幾乎全是深度過濾原理(Deep filter)，最突出的技術(shù)局限是過濾精度和樣氣流阻力之間不可調(diào)合的技術(shù)沖突：普遍過濾精度低，大多≥3μm，甚至10μm；樣氣流阻力較大，工程應(yīng)用中樣氣流阻力增大很快，在水泥電收塵項目的中度粉塵條件下，2～3個月就得更換過濾器，后期維護量很大，維護成本很高，給工程用戶造成很大的壓力和負擔。表面過濾原理過濾器和深度過濾原理過濾器的對比見圖1。

這種表面過濾原理疏水特性高精度過濾器在結(jié)構(gòu)上被設(shè)計在原位整體式干法樣氣處理裝置中。

(2)反吹掃介質(zhì)采用高溫蒸氣

≥0.30MPa的飽和蒸氣(≥142°C)，所以是“濕法反吹掃”。

(3)獨特的外反吹掃

LKF2型高精度過濾器是表面過濾原理，又具有納米油水雙疏特性，當焦油在其表面不可避免地聚集時，依靠gt;140°C高溫反吹掃蒸氣的汽化，予以清除，并吹回到煤氣管道中去。這種反吹掃只能是濕法外反吹掃，過濾器內(nèi)腔室始終沒有液態(tài)水出現(xiàn)，所以仍然是干法樣氣處理。

圖1 表面過濾原理過濾器和深層過濾原理過濾器的對比圖

(4)高溫蒸氣處理單元

包括截止閥、蒸氣過濾器、疏水器、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥、壓力表等。因為高溫蒸氣同時也是蒸氣噴射取樣泵的抽氣驅(qū)動蒸氣源，高溫蒸氣處理單元可保證抽氣泵的可靠性。

(5)切閥氣路的電磁閥組，采用防爆型高溫蒸氣電磁閥。

(6)除塵過濾器不再需要加熱，使結(jié)構(gòu)得以很大簡化。

(7)PLC程控的脈沖式反吹掃程序。

6 濕法外反吹掃技術(shù)在焦爐煤氣防爆氧分析系統(tǒng)上的應(yīng)用

焦爐煤氣干法樣氣處理防爆氧在線分析系統(tǒng)原理圖見圖2。

濕法反吹掃控制的時序圖見圖3。

圖2 焦爐煤氣干法樣氣處理防爆氧分析系統(tǒng)原理圖

圖3 濕法外反吹掃控制時序圖

焦爐煤氣原位整體式干法樣氣處理裝置妥善匹配濕法外反吹掃系統(tǒng)，就組合成了一種全新的焦爐煤氣防爆氧分析系統(tǒng)，既很好適應(yīng)了焦爐煤氣有焦油、萘、粉塵等重度污染的惡劣樣氣條件，對在線氧分析儀也能提供最可靠的保護，而且能夠高可靠、免維護、長壽命周期地協(xié)調(diào)運行，還徹底消除了傳統(tǒng)技術(shù)冷卻水釋放溶解氧的技術(shù)風險。

7 回顧與討論

基于系統(tǒng)學(xué)理論的在線分析系統(tǒng)應(yīng)用型基礎(chǔ)理論，多目標整體優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)性方法，在高端品質(zhì)、高難度在線分析系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計中，具有全新的應(yīng)用前景，本論文為此提供了一個成功案例。

[1]金義忠. 焦爐煤氣在線氧分析系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)研報告[M].在線分析技術(shù)工程教育，北京:科學(xué)出版社,2016:259-264.

[2]金義忠. 在線分析系統(tǒng)基礎(chǔ)理論和優(yōu)化設(shè)計的探索研究[C].第六屆中國在線分析儀器應(yīng)用及發(fā)展國際論壇， 2013:151-159.

[3]張恒健. 焦爐煤氣原位整體式干法樣氣處理系統(tǒng)研究與實踐[J]. 分析儀器, 2017，(3):95-99.

2017-07-01

張恒健，男，1990年出生，在讀研究生，研究方向：在線分析技術(shù)及樣品處理系統(tǒng)的工程應(yīng)用研究，E?mail：dzzhj@126 com。

信息簡訊

中科院4GHz帶寬實時數(shù)字FFT頻譜儀系統(tǒng)通過驗收

近日，由江蘇南京紫金山天文臺承擔的中國科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制項目"4GHz帶寬實時數(shù)字FFT頻譜儀系統(tǒng)"測試驗收會在江蘇南京召開。中國科學(xué)院條件保障與財務(wù)局相關(guān)負責人員、技術(shù)測試專家組、驗收專家組、項目組成員等參加了測試驗收會。

實時頻譜分析儀能夠在實時分析帶寬之內(nèi)無縫地進行FFT計算和頻譜觸發(fā)，因此十分有利于瞬態(tài)信號的捕獲和分析，在頻譜監(jiān)測，雷達系統(tǒng)設(shè)計，跳頻電臺測試，振蕩器研發(fā)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

新研制的頻譜儀系統(tǒng)基于10GSPS單核ADC進行5GHz帶寬信號直接采樣，并實現(xiàn)了64k通道實時數(shù)字FFT處理。專家組對項目研制工作給予了高度評價，一致認為項目組完成了項目實施方案規(guī)定的全部任務(wù)，達到了項目預(yù)期目標。

專家組認為，研制的系統(tǒng)技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，達到國際先進水平。系統(tǒng)可直接滿足國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施-中國南極天文臺5米太赫茲望遠鏡的需求，對各類射電天文觀測和其他頻譜測量領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。(中科院紫金山天文臺)

Researchandapplicationofwetreversepurgingtechniqueforsamplinghandlingsystem.

ZhangHengjian1,LiJiaqing1,LiTaifu1,YangYonglong2,JinYizhong1

(1.ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,China; 2.ChongqingChongkeAnalyticalInstrumentCo.,Ltd.,Chongqing401331,China)

A more reliable, accurate and maintenance-free explosion-proof oxygen analysis system of coke oven gas was created and designed. The system was designed by an innovative use of dry technology route. The main structure of the gas treatment equipment with coke oven gas in situ integral configuration were matched with the wet reverse purging system of the dust filter so that the problems were properly solved. In this paper, the technique of wet reverse purging system was analyzed and studied thoroughly, and the feasibility of its application in dry gas explosion-proof oxygen analysis system of coke oven gas was demonstrated.

sample gas handling system; wet reverse purging; coke oven gas; tar; maintenance-free

重慶市教委科學(xué)技術(shù)項目(KJ1713322)；重慶科技學(xué)院研究生科技創(chuàng)新項目(YKJCX1620409)；重慶市研究生科研創(chuàng)新項目(CYS17293)。

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.06.019