样气处理系统湿法外反吹扫技术的研究与应用

(1.重庆科技学院，重庆，401331；2. 重庆重科大分析仪器有限公司，重庆，401331)

样气处理系统湿法外反吹扫技术的研究与应用

张恒健1李家庆1李太福1杨永龙2金义忠1

(1.重庆科技学院，重庆，401331；2. 重庆重科大分析仪器有限公司，重庆，401331)

为构建和设计更加可靠、准确和免维护的焦炉煤气防爆氧分析系统，创新采用了干法技术路线的系统设计。焦炉煤气原位整体式样气处理装置的主体结构，必须匹配对除尘过滤器的湿法外反吹扫系统，才得以妥善解决。本论文对湿法外反吹扫系统技术进行了全面分析和深入研究，论证了它在焦炉煤气干法防爆氧分析系统中应用的可行性。

样气处理系统 湿法外反吹扫 焦炉煤气 焦油 免维护

1 在线分析样气处理干法反吹扫的技术特点

样气处理系统技术是在线分析系统的关键技术，最核心的样气处理部件是取样探头系统，在高粉尘样气条件的炉窑负压类在线分析系统的工程应用中，探头过滤器是高效过滤除尘的核心元件，为了避免发生频繁堵塞，而中断取样的风险，过滤器必须采用完善的反吹扫技术，传统的反吹扫都是干法反吹扫，在我国已有30多年的技术史。

干法反吹扫共性的技术特点如下：

(1)探头过滤器必须加热，以免发生冷凝。加热温度以gt;150°C为宜。

(2)反吹扫介质为洁净(无油、无水)的仪表空气，压力gt;0.45MPa。

(3)对过滤器的反吹扫必须是内反吹扫(有的兼有外反吹扫)。

(4)取样探头系统通常匹配有反吹柜或反吹箱，靠近取样探头安装以提高反吹扫效果，箱内设计有电磁阀组和压缩空气净化处理单元，以及储气罐。

(5)PLC程控特定周期的脉冲式反吹扫，以确保反吹扫的工程应用效果。

2 焦炉煤气在线分析的困境

焦炉煤气是高热值的可燃性工业废气，有非常高的回收利用价值。炉窑负压类在线分析系统的取样探头系统，包括干法反吹扫的高效过滤除尘技术，是技术成熟度很高的技术，却根本无法在焦炉煤气防爆氧分析系统上采用，根本原因是焦炉煤气中焦油和萘等重度污染物有很大的黏性，会污染和堵塞探头过滤器，使干法反吹扫技术完全失效。焦炉煤气回收利用必须监测氧含量，以确保生产安全，这个细分行业近30年来，全走的是湿法样气处理路线，多家企业不断探索采用水洗涤、煤油洗涤、柴油洗涤、酰油洗涤和两罐自动切换洗涤等技术方案，都没有取得具有工程意义的成功。唯有[英]仕富梅公司发明的蒸气喷射取样探头取样，再加上水洗涤分离器对先前被汽化的焦油、萘等污染物的冷却除污，这个整体技术方案才是行业认可度最高的。但是，它仍是湿法技术路线，还有水中溶解氧释放，会造成氧量检测度有所降低的局限。论文“焦炉煤气在线氧分析系统现场调研报告”[1]是对此课题最全面的回顾和深入的探讨。

有鉴于此，焦炉煤气在线氧分析系统仍然有创新突破的技术空间，最理想的目标，应该选择将湿法样气处理路线更改为干法样气处理路线。

3 样气处理系统技术创新突破的方向

在线分析系统、样气处理系统、取样探头系统和反吹扫系统等都是技术系统，只是技术层级不同。在引用“在线分析系统应用型基础理论”[2]之后，很容易抓住样气处理系统技术的精髓，懂得在技术系统整体与局部之间去明察秋毫，就有可能构建和设计更加可靠、免维护的在线分析系统。

为了给现有和新的工程应用难题开辟新前景，应该锁定的样气处理系统创新突破的主攻方向是：

(1)对缺乏均一性和不可能按期望预投样气条件的长期适应性。

(2)对在线分析仪稳定性、可靠性、准确性和长寿命周期的可靠保障。

(3)对工程应用中人工介入的解放，即少维护，甚至力争做到免维护。

4 原位整体式焦炉煤气样气处理装置的研制

原位整体式焦炉煤气样气处理装置采用“原位处理法”新的技术概念，在焦炉煤气防爆氧分析系统研制中，颠覆性地采用干法技术路线，论文“焦炉煤气原位整体式干法样气处理系统的研究与实践”[3]，是基于干法原位处理的焦炉煤气防爆氧分析系统研制课题的初步总结。

焦炉煤气原位整体式干法样气处理装置之所以在工程应用中行得通，全得益于采用了与之配套的“湿法反吹扫系统”的创新设计，湿法反吹扫系统是对传统干法反吹扫系统的颠覆性创新。

5 湿法外反吹扫系统的核心技术集成

(1)优选的高精度除尘过滤器

本课题采用LKF2型超微孔SiC疏水型高精度过滤器(∅42×∅19×90mm)，具有不可替代的综合技术优势，最突出的是过滤除尘高精度和样气流低阻力之间的妥善协调。

· 先进的表面过滤原理(surface filter)；

· 粉尘过滤的高精度：0.3μm 99%；

· 样气流低阻力：lt;110 Pa(1L/min)，长期工程应用中样气流的阻力增大很缓慢；

· 纳米疏水疏油特性，抗污染，易维护，反吹扫效果好；

· 耐高温、耐腐蚀、高强度、长寿命(中度粉尘条件下，单件工程应用寿命可以达到4年以上)。

工程界普遍采用的其它多种原理的探头过滤器，几乎全是深度过滤原理(Deep filter)，最突出的技术局限是过滤精度和样气流阻力之间不可调合的技术冲突：普遍过滤精度低，大多≥3μm，甚至10μm；样气流阻力较大，工程应用中样气流阻力增大很快，在水泥电收尘项目的中度粉尘条件下，2～3个月就得更换过滤器，后期维护量很大，维护成本很高，给工程用户造成很大的压力和负担。表面过滤原理过滤器和深度过滤原理过滤器的对比见图1。

这种表面过滤原理疏水特性高精度过滤器在结构上被设计在原位整体式干法样气处理装置中。

(2)反吹扫介质采用高温蒸气

≥0.30MPa的饱和蒸气(≥142°C)，所以是“湿法反吹扫”。

(3)独特的外反吹扫

LKF2型高精度过滤器是表面过滤原理，又具有纳米油水双疏特性，当焦油在其表面不可避免地聚集时，依靠gt;140°C高温反吹扫蒸气的汽化，予以清除，并吹回到煤气管道中去。这种反吹扫只能是湿法外反吹扫，过滤器内腔室始终没有液态水出现，所以仍然是干法样气处理。

图1 表面过滤原理过滤器和深层过滤原理过滤器的对比图

(4)高温蒸气处理单元

包括截止阀、蒸气过滤器、疏水器、稳压调节阀、压力表等。因为高温蒸气同时也是蒸气喷射取样泵的抽气驱动蒸气源，高温蒸气处理单元可保证抽气泵的可靠性。

(5)切阀气路的电磁阀组，采用防爆型高温蒸气电磁阀。

(6)除尘过滤器不再需要加热，使结构得以很大简化。

(7)PLC程控的脉冲式反吹扫程序。

6 湿法外反吹扫技术在焦炉煤气防爆氧分析系统上的应用

焦炉煤气干法样气处理防爆氧在线分析系统原理图见图2。

湿法反吹扫控制的时序图见图3。

图2 焦炉煤气干法样气处理防爆氧分析系统原理图

图3 湿法外反吹扫控制时序图

焦炉煤气原位整体式干法样气处理装置妥善匹配湿法外反吹扫系统，就组合成了一种全新的焦炉煤气防爆氧分析系统，既很好适应了焦炉煤气有焦油、萘、粉尘等重度污染的恶劣样气条件，对在线氧分析仪也能提供最可靠的保护，而且能够高可靠、免维护、长寿命周期地协调运行，还彻底消除了传统技术冷却水释放溶解氧的技术风险。

7 回顾与讨论

基于系统学理论的在线分析系统应用型基础理论，多目标整体优化设计的系统性方法，在高端品质、高难度在线分析系统研发设计中，具有全新的应用前景，本论文为此提供了一个成功案例。

[1]金义忠. 焦炉煤气在线氧分析系统现场调研报告[M].在线分析技术工程教育，北京:科学出版社,2016:259-264.

[2]金义忠. 在线分析系统基础理论和优化设计的探索研究[C].第六届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛， 2013:151-159.

[3]张恒健. 焦炉煤气原位整体式干法样气处理系统研究与实践[J]. 分析仪器, 2017，(3):95-99.

2017-07-01

张恒健，男，1990年出生，在读研究生，研究方向：在线分析技术及样品处理系统的工程应用研究，E⁃mail：dzzhj@126 com。

信息简讯

中科院4GHz带宽实时数字FFT频谱仪系统通过验收

近日，由江苏南京紫金山天文台承担的中国科学院科研仪器设备研制项目"4GHz带宽实时数字FFT频谱仪系统"测试验收会在江苏南京召开。中国科学院条件保障与财务局相关负责人员、技术测试专家组、验收专家组、项目组成员等参加了测试验收会。

实时频谱分析仪能够在实时分析带宽之内无缝地进行FFT计算和频谱触发，因此十分有利于瞬态信号的捕获和分析，在频谱监测，雷达系统设计，跳频电台测试，振荡器研发等领域有着广泛的应用。

新研制的频谱仪系统基于10GSPS单核ADC进行5GHz带宽信号直接采样，并实现了64k通道实时数字FFT处理。专家组对项目研制工作给予了高度评价，一致认为项目组完成了项目实施方案规定的全部任务，达到了项目预期目标。

专家组认为，研制的系统技术水平处于国内领先地位，达到国际先进水平。系统可直接满足国家重大科技基础设施-中国南极天文台5米太赫兹望远镜的需求，对各类射电天文观测和其他频谱测量领域有重要的应用价值。(中科院紫金山天文台)

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

重庆市教委科学技术项目(KJ1713322)；重庆科技学院研究生科技创新项目(YKJCX1620409)；重庆市研究生科研创新项目(CYS17293)。

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