调控在管道中流动的气态混合物的样本的方法及对应设备的制造方法
【专利说明】调控在管道中流动的气态混合物的样本的方法及对应设备
[0001]本发明涉及气态混合物的通道式(channeled)(即管道中的气态混合物流)排放的领域。
[0002]气态混合物可不包括颗粒或包括颗粒，例如由于燃烧(combust1n)而产生的气雾(aerosol)或烟雾。简而言之，依据产生烟雾的热处理中所使用的温度的范围，“燃烧”是指燃烧、热解或气化。
[0003]通道式排出涉及不同类型的行业，例如制药行业、建筑和公共工程(水泥工程)、生活垃圾处理、木材行业、钢材行业等。例如，依据燃烧过程中所执行的燃料与氧化剂对的性质，烟雾的化学成分和物理化学特征(温度、湿度、浓度、粒度尺寸分布)可能是多种多样的。
[0004]离开燃烧的烟雾通过通道进入管道(例如烟囱(chimney，烟道))，然后通常排放在户外大气中或者通过不同方法处理。
[0005]为了优化燃烧或者燃烧之前或之后的处理，或者为了符合环境管理限制，看起来对气态混合物进行分析是有用的。
[0006]因此，通常应当收集样本并且通过分析仪(analysor，分析仪器)(通常为气体分析仪或颗粒分析仪)来分析。然而，当前分析仪的操作条件并非一定与一些通道式排出的气态混合物流的热动力状态或者物理化学特征相兼容。特别地，一些分析仪可能不能在管道中通常存在的温度、湿度值以及甚至颗粒或气体浓度下操作。
[0007]迄今为止，通常存在两种类型的解决方案:一种解决方案包括在高温下在管道中手动或自动执行就地(in situ，在原位)测量，这样意味着需要特定的、复杂且昂贵的分析仪，并且分析仪的连续执行的测量被固有地平均化；另一种解决方案包括使用位于管道外部的分析仪在环境温度下在管道中收集的样本上手动或自动地执行测量。在该后一种情况下，样本的代表性(representativeness，典型性)通常总是不令人满意。
[0008]迄今为止，为了与外部分析仪的测量条件相兼容，通常有必要稀释样本(通常使用稀释气体)，以便给予样本与分析仪相兼容的温度和湿度。
[0009]此外，对于颗粒的情况，有必要在管子或烟囱外部加热来自泵或压缩器或文丘里输注器或压缩空气网络的稀释空气(或者氮气)，从而使得设备实施起来相对沉重。而且，有必要并行地测量烟囱的温度，以便调节稀释空气的加热温度，该加热温度可能与稀释空气的真实温度基本上不同。
[0010]通过提出一种解决方案，本发明旨在克服这些缺点，该解决方案允许提取和调控代表性样本，以便能够使用外部分析仪来分析所述样本。
[0011]考虑到该目的，根据本发明的多个目标中的一个，本发明涉及一种用于调控以一流速在管道中流动的气态混合物样本的方法，以通过至少一个分析仪来分析该样本，所述分析仪的操作条件与管道中的气态混合物的物理化学条件不相兼容。
[0012]该办法包括以下步骤:
[0013]-在不切断(cut-off)或过滤的情况下，收集管道中的气态混合物和可能存在于该气态混合物中的颗粒的代表性的样本，
[0014]-在等于或接近于收集步骤中管道中气态混合物的温度T_prel的稀释温度T_dil下，在位于管道中的第一稀释室中使用干燥稀释气体稀释所收集的样本，以及
[0015]-通过出口管将所收集和稀释的样本朝向管道的外部传输，以通过所述分析仪来分析所述样本。
[0016]还可设置由包括使所述收集和稀释的样本的温度降低的步骤。
[0017]优选地，稀释步骤在位于管道中的稀释室中执行。
[0018]优选地，使用具有的成分不同于所述样本的成分的稀释气体来执行稀释步骤。
[0019]还可设置控制所收集和稀释的样本的温度的步骤。
[0020]还可在稀释步骤之前设置设定稀释气体温度的步骤，特别地，通过所述管道中气态混合物与至少部分地位于所述管道中的稀释管道之间的热传递，通过所述稀释管道稀释气体被传输以用于稀释步骤。
[0021]还可设置包括通过特别地位于管道外部的至少一个分析仪来分析所述样本的步骤。
[0022]优选地，就流速而言，收集步骤以相同动力学特性地执行。
[0023]还可设置该方法进一步包括特别地在收集步骤之后的切断步骤。
[0024]根据本发明的目标中的另一个，本发明涉及一种用于调控以一流速在管道中流动的气态混合物中收集的样本的设备，以通过至少一个分析仪来分析所述样本，所述分析仪的操作条件与管道中的气态混合物的物理化学条件不相兼容。
[0025]该设备包括:
[0026]-位于管道中的第一稀释室，用于在等于或近似于管道中气态混合物的温度T_prel的稀释温度T_dil下使用稀释气体来稀释样本，
[0027]稀释室包括:
[0028].收集入口，所收集的样本通过该收集入口而传输在第一稀释室中，
[0029].稀释入口，与收集入口不同，用于传输稀释气体，以及
[0030].出口管，用于将所收集和稀释的样本从第一稀释室朝向所述室的外部传输，以通过所述分析仪来分析所述样本。
[0031]根据本发明的设备能够用于执行根据本发明的方法。
[0032]在本发明的含义内，术语“旨在”和“构造成”应当理解为不加以区分的。
[0033]在一个实施例中，提供的该设备进一步包括:
[0034]-收集管，安装在收集入口处，或者
[0035]-至少一个收集槽(spout)的组，在该组中每个槽可安装在收集入口上，或者
[0036]-至少一个收集管的组，其中一个收集管安装在收集入口上，以及至少一个收集槽的组，其中每个槽安装在各自的收集管上或相同的收集管上，
[0037]其中收集管为笔直的，并且其自身的延伸轴线与稀释室的延伸轴线重合并且与管道中气体流动的方向平行。
[0038]收集槽允许直接收集，S卩，在既不切断又不过滤的情况下收集，所述气态混合物的样本就流速而言为相同动力学特性的，以便保持气态混合物的粒度尺寸分布。收集槽不改变该流，即，不改变气态混合物以及可能包含于该气态混合物中的颗粒的运动行为。所收集的样本因此代表了气态混合物以及可能包含于该气态混合物中的颗粒。
[0039]优选地，收集管、至少一个收集槽的组以及出口管的几何形状构造成用于生成所收集的层状样本的流，以及
[0040]第一稀释室的内部几何形状使得其允许在其中产生湍流。
[0041]可以设想的是，第一稀释室具有椭圆体或双锥形内部几何形状，在柱体的端部安装有两个回转锥体，该两个回转椎体的高度彼此相同。
[0042]可设置沿着出口管定位的第二稀释室，所述出口管构成所述第二稀释室的收集入
□ O
[0043]在一个实施例中，第二稀释室位于管道内部。在另一实施例中，第二稀释室位于管道外部。
[0044]还可进一步例如在出口管的端部处(在管上)设置连接至出口管的多分支中间部件，该中间部件包括至少三个分支，一个主分支连接至出口管，并且至少一个辅助分支连接到至少一个分析仪。优选地，进一步设置有至少另一个辅助分支，该至少另一个辅助分支连接至用于排放多余的气态混合物的出口，例如泵或文丘里输注器，以依据由操作者预定的稀释比来确保收集的稀释气体混合物的可能的剩余量。
[0045]还可设置插入在双重护套中的电阻，以用于控制穿过出口管的所收集和稀释的样本的温度。
[0046]还可设置优选地放置在管道中的加热室，以用于在将稀释气体引入第一稀释室中之前设定稀释气体的温度。
[0047]还可设置至少一个分析仪，以用于分析通过出口管传输的所收集和稀释的样本。
[0048]可以设置为:
[0049]-当在管道中流动的气态混合物的温度低于阙值(例如300°C)时，所述分析仪定位在管道中或管道的外侧，并且
[0050]-当在管道中流动的气态混合物的温度高于阙值(例如300°C)时，至少一个分析仪定位在管道之外。
[0051]可在出口处放置多个分析仪，该多个分析仪允许分析颗粒和气体两者。
[0052]根据本发明的另一目标，本发明涉及用于调控在管道中流动的气态混合物中收集的样本的系统，该系统包括
[0053]-根据本发明的调控设备，
[0054]-所述管道，以及
[0055]-干燥稀释气体源，所述源位于管道外部。
[0056]优选地，所述稀释气体包括氮气。
[0057]优选地，当在管道中流动的气体混合物包括颗粒时，稀释气体更加清洁。
[0058]无论颗粒的直径如何，本发明均可适