石膏雨成分在線監測分析方法及儀器的制造方法
【專利摘要】本發明公布了一種石膏雨成分在線監測分析方法及儀器，涉及環境監測【技術領域】。所述的在線監測分析方法包括進紙、測量空白濾紙、采集樣氣、測量含石膏雨成分的濾紙、計算樣氣中石膏雨成分的質量濃度；所述的在線監測分析儀器包括檢測單元、采樣單元、傳輸單元。本發明為在線監測煙氣中石膏雨成分的濃度，便于采取措施減少煙氣中石膏雨成分的排放，從而減少環境污染；而且，該監測分析方法及儀器可實現自動采集、監測、計算、輸出，采樣頻率高，測量時間短、精度高。
【專利說明】石膏雨成分在線監測分析方法及儀器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及環境監測【技術領域】，尤其涉及一種石膏雨成分在線監測分析方法及儀 器。
【背景技術】
[0002] 長期以來，我國二氧化硫（S02)的排放量都在2000萬噸左右，排在世界第一位。近 年來，隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，我國開始加速對環境污染的治理。2013 年9月，國務院印發《大氣污染防治行動計劃》，要求"加快重點行業脫硫、脫硝、除塵改造工 程建設。所有燃煤電廠、鋼鐵企業的燒結機和球團生產設備、石油煉制企業的催化裂化裝 置、有色金屬冶煉企業都要安裝脫硫設施，每小時20蒸噸及以上的燃煤鍋爐要實施脫硫。" 截止2008年底，我國已投產煙氣脫硫機組3. 97億千瓦，我國已投產煙氣脫硫機組3. 97億 千瓦，全國火電廠已投運煙氣脫硫機組容量占全國燃煤機組容量的66%，其中90%以上采 用石灰石一石膏濕法脫硫工藝。
[0003] 目前，大部分火力發電廠的脫硫系統采用石灰石一石膏濕法脫硫工藝，取消了氣 氣換熱器（GGH)裝置，直接將凈煙氣從煙囪排出，煙囪采用內襯防腐材料，形成"濕煙囪"排 放的方案。無 GGH裝置的脫硫系統投產后，雖有效地避免了 GGH的堵塞問題，但由于"濕煙 囪"無煙氣再熱措施，排煙溫度較低，吸收塔出口帶有飽和水的凈煙氣在排出過程中部分冷 凝形成液滴，煙氣自煙? 口排出后不能有效地抬升、擴散到大氣中，導致取消GGH裝置后煙 氣不能迅速消散，特別是當地區溫度、氣壓較低或在陰霾天氣的時間段，煙氣中攜帶的粉塵 及液滴聚集在煙?附近，落到地面形成"石膏雨"，對電廠及周邊環境產生污染，甚至腐蝕設 備。
[0004] "石膏雨"的成分含有S02、S03等酸性物質，PH值一般在4. 5-5. 8左右，具有較強 的腐蝕性；"石膏雨"還含有大量的CaS03、CaS04以及飛灰等固體物質，因此，"石膏雨"對周 圍環境具有很大的影響。降落的"石膏雨"會使土壤酸化，致使有毒的重金屬離子從土壤中 釋出，造成魚類中毒死亡，同時危害農作物和森林生態系統；"石膏雨"中的酸性物質滲入 地下水和進入江河湖泊中，會引起水質污染；"石膏雨"還會腐蝕建筑材料，使其風化過程加 速。"石膏雨"中的固體物質會附著在路面、建筑物、植物等物體的外表面，極難清理，污染外 觀，影響美觀。
[0005] 現有的煙氣脫硫系統大多數沒有監測石膏雨的排放，少數采用基于重量法的手工 監測方法。手工監測方法的原理：工作人員使用采樣器，以恒定采樣流量采集一定時段的煙 氣，煙氣中的顆粒物被截留在已知重量的濾紙上。再將采樣后的濾紙放在恒溫恒濕設備中 平衡24小時后，用分析天平對濾紙進行稱量，記錄采樣后的濾紙重量，根據采樣前后濾紙 的重量變化和累積采樣體積，計算出顆粒物濃度。
[0006] 手工監測方法的缺點：需要手工進行操作，不能連續自動監測，采樣頻率低，樣品 代表性不足，測量時間長，測量精度受諸多因素影響。
【發明內容】
[0007] 為解決上述問題，本發明提供一種石膏雨成分在線監測分析方法及儀器。
[0008] 本發明公布了一種基于β射線法的在線監測分析方法。β射線是從核素放射性 衰變中釋放出來的高速電子流，電離本領小，穿透能力大。天然放射系列放出的β粒子能 量在0-4Mev，溫度、壓力、磁場等都不能顯著影響β射線的發射，應用放射源作為測量手段 具有較強的抗干擾能力，保證測量結果穩定可靠。
[0009] β射線法工作原理是利用β射線衰減量測量采樣期間增加的顆粒物質量，所述 的β射線放射源是14c放射源，是放射性能弱的物質，不屬于放射性管理局規定的"放射性 同位素"物質， 14c的半衰期長，安全耐用，可以克服檢測儀的射線源逐漸減弱的不利影響。
[0010] 當β射線通過介質時，β粒子與介質中的電子相互碰撞損失能量而被吸收，在低 能條件下，吸收程度取決于介質的質量，與顆粒物粒徑、成分、顏色及分散狀態無關。環境氣 體由采樣泵吸入采樣管，經過濾紙后排出。顆粒物沉積在濾紙上，當β射線通過沉積著顆 粒物的濾紙時能量衰減，通過對衰減前后的β射線能量測定，可以計算出顆粒物的濃度， 具體方案如下：
[0011] 石膏雨成分在線監測分析方法，包括以下步驟：
[0012] 步驟1 :輸送一段空白濾紙到檢測單元；
[0013] 步驟2 : β射線探測器測出穿過空白濾紙的β粒子計數值I。；
[0014] 步驟3 :對含石膏雨成分的煙囪排放氣體進行采樣，樣氣通過濾紙過濾，使樣氣中 的石膏雨成分附著在濾紙上，根據采樣流量和采樣時間計算出采樣氣體體積V ;
[0015] 步驟4 : β射線探測器測出穿過含石膏雨成分濾紙的β粒子計數值I ;
[0016] 步驟5 :計算樣氣中石膏雨成分的質量濃度C ;
[0017] 所述的樣氣中石膏雨成分的質量濃度C根據公式（1)計算： S I
[0018] c =--- ln(-) (1) μν h
[0019] C :樣氣中石膏雨成分的質量濃度，mg/m3 ;
[0020] L : β射線探測器測出穿過空白濾紙的β粒子計數值；
[0021] I : β射線探測器測出穿過含石膏雨成分濾紙的β粒子計數值；
[0022] μ :質量吸收系數，cm2/mg ;
[0023] S : β射線照射面積，cm2 ;
[0024] V :采樣氣體體積，m3。
[0025] 所述的樣氣在經濾紙過濾前，還包括對樣氣加熱，使樣氣的溫度達到60°C-100°C， 以免樣氣中水蒸氣在采樣管內因溫度降低而冷凝成水滴，吸附固體顆粒物。
[0026] 所述的樣氣在經濾紙過濾前，還包括對樣氣除濕，使樣氣的相對濕度〈80%，以免 因樣氣濕度過大而損壞濾紙，同時避免測量誤差。
[0027] 所述的步驟1-5可按時序間隔連續進行。
[0028] 本發明還公布一種應用上述方法的石膏雨成分在線監測分析儀器，所述的監測分 析儀器包括檢測單元、采樣單元、傳輸單元；
[0029] 所述的檢測單元包括上腔、下腔、β射線探測器、β射線放射源；所述的下腔位于 上腔的下方；所述的β射線探測器插設在上腔內，其接收端位于上腔中；所述的β射線放 射源位于下腔內；上腔底部設有與β射線探測器接收端對應的上孔，下腔頂部設有與β射 線放射源對應的下孔，上孔與下孔的位置對應。
[0030] 所述的采樣單元包括采樣器、采樣管、排氣管、流量控制器、采樣泵；所述的采樣器 位于煙?內；所述的采樣管連接采樣器和上腔；所述的排氣管連接下腔和采樣泵，所述的 流量控制器位于排氣管上。
[0031] 所述的傳輸單元包括濾紙、濾紙傳輸裝置，所述的濾紙為濾紙帶，位于上腔與下腔 之間，所述的濾紙傳輸裝置包括壓紙電機、進紙電機、壓緊輪、傳送輪；所述的進紙電機驅動 傳送輪可使濾紙從上腔的一側向另一側行進，壓緊輪與上腔之間設有連桿，壓紙電機驅動 壓緊輪控制上腔與下腔緊壓與分離。
[0032] 進一步的，所述的β射線探測器的接收端設有隔熱透膜，用于避免β射線探測器 接觸高溫熱氣而失靈。
[0033] 進一步的，所述的采樣管為伴熱的采樣管，采樣管上設有除濕器，所述的采樣管內 設有對樣氣通過除濕器后的溫度、濕度進行檢測的溫度計和濕度計。
[0034] 進一步的，所述流量控制器與下腔之間的排氣管上設有冷凝器，冷凝器和流量控 制器之間設有用于測量冷凝后樣氣溫度的溫度計，冷凝器用于降低樣氣的溫度，以免高溫 樣氣損壞流量控制器。
[0035] 石膏雨成分在線監測分析儀器的工作過程：啟動壓紙電機驅動壓緊輪，使上腔與 下腔分離，啟動進紙電機，驅動傳送輪將濾紙空白段傳輸至上腔與下腔之間，停止驅動傳送 輪；壓紙電機驅動壓緊輪，控制上腔與下腔壓緊濾紙；β射線探測器測出穿過空白濾紙的 β粒子計數值1〇 ;啟動采樣泵及流量控制器，通過流量控制器進行恒流控制，樣氣經過采 樣管加熱、除濕器除濕后進入上腔，穿過濾紙后進入下腔，樣氣中的石膏雨成分附著在濾紙 上，在采樣泵產生的負壓作用下樣氣進入排氣管，經冷凝器冷凝后通過流量控制器，最后被 采樣泵排出儀器。到達設定的采樣時間時，關閉采樣泵，根據流量和采樣時間，計算出采樣 氣體體積V ; β射線探測器測出穿過含石膏雨成分濾紙的β粒子計數值I ;根據公式（1)計 算樣氣中石膏雨成分的質量濃度C，其中，β射線照射面積S為放射源對應的下孔的面積。
[0036] 進一步的，所述的監測分析儀器還包括分析控制單元，對儀器進行自動化控制及 流量測控、數據采集與處理、存儲與輸出。分析控制單元可控制上述的工作過程按時序間隔 連續運行，使濾紙上形成連續的被測顆粒物斑和空白段，得到對應的一系列樣氣中石膏雨 成分的質量濃度。
[0037] 本發明的有益效果：在線監測煙氣中石膏雨成分的濃度，便于采取措施減少煙氣 中石膏雨成分的排放，從而減少環境污染。而且，該監測分析方法及儀器可實現自動采集、 監測、計算、輸出，采樣頻率高，測量時間短、精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發明實施例中石膏雨成分在線監測分析儀器的工作流程圖；
[0039] 圖2為本發明實施例中石膏雨成分在線監測分析儀器的結構示意圖；
[0040] 圖3為本發明實施例中石膏雨成分在線監測分析儀器中β射線法的結構示意 圖；
[0041] 圖4為本發明實施例中石膏雨成分在線監測分析儀器中上腔、下腔及濾紙的局部 結構示意圖；
[0042] 圖5為本發明實施例中石膏雨成分在線監測分析儀器中β射線源的結構示意 圖；
[0043] 圖6為本發明實施例中石膏雨成分在線監測分析儀器中增加分析控制單元的結 構示意圖。
【具體實施方式】
[0044] 為了更充分理解本發明的技術內容，下面結合具體實施例對本發明的技術方案進 一步介紹和說明。
[0045] 實施例
[0046] 如圖2-5所示的石膏雨成分在線監測分析儀器，包括檢測單元、采樣單元、傳輸單 元；檢測單元包括上腔1、下腔2、β射線探測器3、β射線放射源4;采樣單元包括采樣器 11、采樣管6、除濕器9、排氣管10、冷凝器13、流量控制器15、采樣泵7 ;傳輸單元包括濾紙 5、濾紙傳輸裝置12,濾紙5為濾紙帶，濾紙傳輸裝置12包括壓紙電機、進紙電機121、壓緊 輪123、傳送輪122,壓緊輪123與上腔1之間設有連桿124,壓紙電機可驅動壓緊輪123。
[0047] 采樣管6為伴熱的采樣管，可對采集的樣氣進行加熱，采樣管6連接上腔1，采樣 器11位于煙囪內，米樣器11連接米樣管6,除濕器9位于米樣管6上，米樣管6內設有溫 度計、濕度計，用于測定經除濕后樣氣的溫度和濕度；β射線探測器3插設在上腔1上，其 接收端32位于上腔1內，β射線放射源4位于下腔2內，上腔1底部設有與β射線探測 器3接收端32對應的上孔24,下腔2頂部設有與β射線放射源4對應的下孔25,上孔24 與下孔25的位置對應，β射線放射源4發出的β粒子經下孔25、上孔24后可由β射線 探測器3接收；β射線探測器3的接收端32設有隔熱透膜31，用于防止β射線探測器3 溫度過高而失靈；濾紙5位于上腔1、下腔2之間，進紙電機121驅動傳送輪122可使濾紙 從上腔1的一側向另一側行進，壓紙電機可驅動壓緊輪123,通過連桿124控制上腔1與下 腔2緊壓與分離；排氣管10連接下腔2,采樣泵7連接排氣管10,流量控制器15位于排氣 管10上；冷凝器13位于流量控制器15與下腔2之間的排氣管10上，冷凝器13和流量控 制器15之間設有用于測量冷凝后氣體溫度的溫度計。
[0048] β射線放射源4中的放射源是以微分散無機粉塵形式存在的14C放射源42,14C放 射源42位于放射源盒體41中間的凹槽內，凹槽口處設有耐輻射薄膜43，以防石膏雨成分進 入，并能防止放射源受意外操作而造成污染，放射源盒體41內部其它方向采用鉛層44進行 阻擋。
[0049] 上述石膏雨成分在線監測分析儀器的工作流程如圖1所示，包括以下步驟：
[0050] 進紙：啟動壓紙電機驅動壓緊輪123,使上腔1與下腔2分離，啟動進紙電機121， 傳送輪122將濾紙5空白段傳輸至上腔1與下腔2之間后，停止進紙電機121，傳送輪122 停止傳送，壓紙電機驅動壓緊輪123控制上腔1與下腔2壓緊濾紙5 ;
[0051] 測量空白濾紙：β射線探測器3測出穿過空白濾紙5的β粒子計數值I。；
[0052] 采集樣氣：啟動采樣泵7及流量控制器15,通過流量控制器15進行恒流控制，含 石膏雨成分的煙?氣體由采樣器11進入采樣管6,伴熱的采樣管6加熱含石膏雨成分的樣 氣，使含石膏雨成分的樣氣溫度達到60°C -100°C;含石膏雨成分的樣氣經除濕器9除濕后， 相對濕度小于80%;樣氣經過濾紙5從上腔1進入下腔2,在采樣泵7產生的負壓作用下樣 氣進入排氣管10,經冷凝器13冷凝后通過流量控制器15,最后被采樣泵7排出，樣氣中石 膏雨成分附著在上腔1與下腔2之間的濾紙5上；抽氣至設定時間，關閉采樣泵7 ;根據流 量控制器15測定的流量和采樣時間，計算出采樣氣體體積V ;
[0053] 測量含石膏雨成分的濾紙：β射線探測器3測出穿過含石膏雨成分濾紙5的β粒 子計數值I ;
[0054] 計算樣氣中石膏雨成分的質量濃度：根據公式（1)計算樣氣中石膏雨成分的質量 濃度C: 5' /
[0055] C =---ln(-) (i) μν A)
[0056] C :樣氣中石膏雨成分的質量濃度，mg/m3 ;
[0057] L : β射線探測器測出穿過空白濾紙的β粒子計數值；
[0058] I : β射線探測器測出穿過含石膏雨成分濾紙的β粒子計數值；
[0059] μ :質量吸收系數，cm2/mg ;
[0060] S : β射線照射面積，cm2 ;
[0061] V:采樣氣體體積，m3。
[0062] 如圖6所示的石膏雨成分在線監測分析儀器，在儀器中增加分析控制單元14,分 析控制單元14對儀器中的檢測單元、采樣單元、傳輸單元進行控制，對流量控制器15、溫度 計、濕度計、β射線探測器3檢測的數據進行數據采集與處理、存儲與輸出，按時序根據設 定的采樣時間對樣氣進行監測分析，計算多組樣氣中石膏雨成分的質量濃度C。
[0063] 質量吸收系數μ的校準：
[0064] 取一段空白濾紙5,分析天平測量空白濾紙5的重量凡；根據上述本發明的石膏雨 成分在線監測分析方法，將空白濾紙5緊壓在上、下腔之間，β射線探測器3測出穿過空白 濾紙5的β粒子計數值L ;采樣泵7抽取樣氣一定時間后，計算出采樣氣體體積V ; β射 線探測器3測出穿過含石膏雨成分濾紙5的β粒子計數值I ;取下含石膏雨成分濾紙5,分 析天平測量含石膏雨成分濾紙5的重量札；根據公式（1)、（2)計算出質量吸收系數μ : 5 I
[0065] C =--- ln(-) (l) μν /()
[0066] C = (MrM〇) /V (2)
[0067] 以上所述僅以實施例來進一步說明本發明的技術內容，以便于讀者更容易理解， 但不代表本發明的實施方式僅限于此，任何依本發明所做的技術延伸或再創造，均受本發 明的保護。
【權利要求】
1. 石膏雨成分在線監測分析方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1:輸送一段空白濾紙到檢測單元； 步驟2 : 0射線探測器測出穿過空白濾紙的0粒子計數值I。； 步驟3 :對含石膏雨成分的煙囪排放氣體進行采樣，樣氣通過濾紙過濾，使樣氣中的石 膏雨成分附著在濾紙上，根據采樣流量和采樣時間計算出采樣氣體體積V ; 步驟4 j射線探測器測出穿過含石膏雨成分濾紙的0粒子計數值I ; 步驟5 :計算樣氣中石膏雨成分的質量濃度C ; 所述的樣氣中石膏雨成分的質量濃度C根據公式（1)計算：
C :樣氣中石膏雨成分的質量濃度，mg/m3 ; IQ:P射線探測器測出穿過空白濾紙的0粒子計數值； I :運射線探測器測出穿過含石膏雨成分濾紙的0粒子計數值； U :質量吸收系數，cm2/mg ; S : 3射線照射面積，cm2 ; V :采樣氣體體積，m3。
2. 根據權利要求1所述的石膏雨成分在線監測分析方法，其特征在于：所述的樣氣在 經濾紙過濾前，還包括對樣氣加熱，使樣氣的溫度在60°C -100°C。
3. 根據權利要求2所述的石膏雨成分在線監測分析方法，其特征在于：所述的樣氣在 經濾紙過濾前，還包括對樣氣除濕，使樣氣的相對濕度〈80%。
4. 根據權利要求1-3任一項所述的石膏雨成分在線監測分析方法，其特征在于：所述 的步驟1-5按時序間隔連續進行。
5. 石膏雨成分在線監測分析儀器，其特征在于：所述的在線監測分析儀器包括檢測單 元、采樣單元、傳輸單元； 所述的檢測單元包括上腔、下腔、3射線探測器、3射線放射源；所述的下腔位于上腔 的下方；所述的3射線探測器插設在上腔上，其接收端位于上腔內；所述的3射線放射源 位于下腔內；上腔底部設有與3射線探測器接收端對應的上孔，下腔頂部設有與3射線放 射源對應的下孔，上孔與下孔的位置對應； 所述的采樣單元包括采樣器、采樣管、排氣管、流量控制器、采樣泵；所述的采樣器位于 煙囪內；所述的采樣管連接采樣器和上腔；所述的排氣管連接下腔和采樣泵，所述的流量 控制器位于排氣管上； 所述的傳輸單元包括濾紙、濾紙傳輸裝置，所述的濾紙為濾紙帶，位于上腔與下腔之 間。
6. 根據權利要求5所述的石膏雨成分在線監測分析儀器，其特征在于：所述的濾紙傳 輸裝置包括壓紙電機、進紙電機、壓緊輪、傳送輪；壓緊輪與上腔之間設有連桿，壓紙電機驅 動壓緊輪可控制上腔與下腔緊壓與分離。
7. 根據權利要求6所述的石膏雨成分在線監測分析儀器，其特征在于：所述的0射線 探測器的接收端設有隔熱透膜。
8. 根據權利要求7所述的石膏雨成分在線監測分析儀器，其特征在于：所述的采樣管 為伴熱的采樣管，采樣管上設有除濕器，所述的采樣管內設有對樣氣通過除濕器后的溫度、 濕度進行檢測的溫度計和濕度計。
9. 根據權利要求8所述的石膏雨成分在線監測分析儀器，其特征在于：所述流量控制 器與下腔之間的排氣管上設有冷凝器，冷凝器和流量控制器之間設有用于測量冷凝后樣氣 溫度的溫度計。
10. 根據權利要求9所述的石膏雨成分在線監測分析儀器，其特征在于：所述的在線監 測分析儀器還包括分析控制單元，對儀器進行自動化控制及流量測控、數據采集與處理、 存儲與輸出。
【文檔編號】G01N23/02GK104280409SQ201410329299
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】吳迅海, 肖豪, 曾勇 申請人:深圳睿境環保科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
