專利名稱：煙氣排放連續監測方法及其系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及煙氣連續監測領域，特別涉及一種煙氣排放連續監測方法及其系統。
背景技術：
煙氣排放連續監測系統是一種對煙氣排放污染源進行監測的系統。一種現有的煙氣排放連續監測系統，包括加熱取樣裝置、伴熱管線、加熱測量池和測量裝置。加熱取樣裝置一般安裝在被測煙囪等的中部或更高，位置較高。被測煙囪等內的煙氣經過加熱取樣裝置采樣、過濾后，經全程伴熱管線通到地面上的加熱測量池，然后應用測量裝置測得加熱測量池內氣體的各組分如二氧化硫、氮氧化物、氨氣和氯化氫等的濃度。所述測量裝置通常采用差分光學吸收光譜技術、付里葉光譜分析技術和非分光紅外分析技術等來分析氣體濃度。然而，該類系統也有如下不足1)測量時間延遲較大，由于需要通過長的伴熱管線把被測管道內的煙氣通到測量池內進行測量，造成較大的時間延遲；而要想減小延遲時間就需要使用大流量的抽氣泵，但這種方案在加快響應時間的同時也加大了預處理系統的負荷，如導致取樣裝置易被堵塞、冷凝器負荷變大易出現故障；2)成本高，一方面，伴熱管線的單價高，而通常需要使用較長的伴熱管線；另一方面，取樣裝置、伴熱管線和測量池都需要獨立的溫控裝置；3)測量誤差大，煙氣要經過長的伴熱管線傳輸到加熱測量池，但該長伴熱管線可能存在加熱不均導致伴熱管線局部未被加熱的現象，在此傳輸過程中煙氣中的成分可能發生失真，造成測量不準；4)故障可能性增大，長伴熱管線可能存在的加熱不均會導致低環境溫度下的管線結冰破裂；5)安裝維護不便，需要把長伴熱管線從被測煙囪高處導到地面的分析系統。
另外一種常用的煙氣排放連續監測系統是原位式監測系統，一測量探頭被插入到被測管道內，監測系統的光發射裝置發出的光被安裝在測量探頭末端的光反射裝置反射后又被監測系統的光接收裝置接收，接收信號送信號處理裝置分析得到被測煙氣中各組分的濃度。盡管該系統避免了使用伴熱管線，但仍然存在如下不足1)標定麻煩，通常需要把安裝在被測煙囪高處的監測系統的測量探頭從被測煙囪中移出來后再進行標定，由于國家和行業標準規定需要對煙氣排放連續監測系統進行經常性的標定，這給用戶帶來了較大不便；2)該類監測系統的拓展性較差，測量氣體種類受限于監測系統采用的光學測量原理，如紫外差分方法無法測量一氧化碳和二氧化碳，此時需要增加新的監測系統來分析這些氣體種類；3)測量精度低，測量探頭需要插入到被測管道內，被測環境往往很惡劣，溫度高，粉塵多，氣流波動大等，這些因素降低了測量的準確性；4)維護工作量大，由于測量探頭需要插入到被測管道內，測量探頭易被一些腐蝕性氣體腐蝕，同時氣體中的粉塵、焦油也會污染光反射裝置，需要定期清潔光學元件，加大了維護工作量。
發明內容
本發明解決的技術問題是克服上述缺陷，提供了一種成本低、測量誤差小、可靠性高、測量響應快、標定容易、可維護性好的煙氣排放連續監測方法及其系統。
本發明的目的是通過下述技術方案得以實現的一種煙氣排放連續監測方法，具體步驟為a.管道內的煙氣通過取樣探頭取樣；b.取樣后的煙氣送入一加熱裝置內，煙氣在加熱裝置內先經加熱預處理裝置處理，之后通入加熱測量池內；c.使用光譜分析技術測量出加熱測量池內至少一種被測氣體或常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質或化合物的濃度。
所述預處理裝置和測量池是一起被加熱或各自獨立加熱。
所述光譜分析技術是差分光學吸收光譜技術。
進一步，所述步驟c中還測量出所述加熱測量池內氧氣濃度或水分濃度或溫度或壓力。
所述監測方法還包括如下步驟d.除去從所述加熱測量池排出的氣態組分中的水分；e.最后測量出除水后氣態組分中至少一種被測氣體的濃度。
一種煙氣排放連續監測系統，包括取樣探頭和第一測量裝置，所述監測系統還設置有一加熱裝置，所述取樣探頭與加熱裝置連接，所述加熱裝置內安裝有預處理裝置和測量池，所述預處理裝置與測量池連接且都被加熱；第一測量裝置發出的光穿過所述加熱測量池，進而測量出所述加熱測量池內至少一種被測氣體或常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質或化合物的濃度。
所述預處理裝置和測量池是一起被加熱或各自獨立加熱。
所述第一測量裝置包括差分光學吸收光譜分析裝置。
所述監測系統還包括除水裝置和第二測量裝置；用于除去從所述加熱測量池排出的氣態組分中水分的除水裝置與所述加熱測量池連接，用于測量經除水裝置除水后的氣態組分中的至少一種被測氣體的濃度的第二測量裝置安裝在所述除水裝置下游的氣路上。
所述第二測量裝置包括吸收光譜或拉曼光譜或熒光光譜或電化學或順磁分析裝置。
所述第一測量裝置還包括氧氣傳感器或濕度傳感器或壓力傳感器或溫度傳感器，所述第二測量裝置包括氧氣傳感器或溫度傳感器或壓力傳感器。
與現有技術相比，本發明的優點為1)系統成本低，省掉了價格昂貴的伴熱管線和多個溫控裝置，降低了成本；2)精度高，由于是把被測管道內的煙氣經取樣后直接傳輸到加熱測量池，加熱測量池內的氣態組分與管道內的成分非常接近，同時，被測氣體經預處理裝置處理過，沒有粉塵等顆粒物；3)響應速度快，省去了伴熱管線，減小了測量延遲時間；4)可拓展性好，可較容易地擴展其他測量裝置，被測煙氣從測量池內排出后可通過擴展的其他測量裝置來分析更多氣體成分；5)標定容易，把標氣瓶連接到測量池的前面或后面，通過測量裝置內的軟件設計可實現自動地、經常性地對監測系統進行原位標定；6)可靠性高，維護工作量小，省掉了易出現故障的伴熱管線，也不需要經常清潔光學元件，同時可以使用較小流量的采樣氣體，采樣和預處理裝置負荷小。
圖1是本發明的一種煙氣排放連續監測系統的結構示意圖；圖2是本發明的第二種煙氣排放連續監測系統的結構示意圖；圖3是第一測量裝置的結構示意圖；圖4是第二測量裝置的結構示意圖；圖5是本發明的一種煙氣排放連續監測方法示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明作進一步詳細描述。
第一實施例如圖1、圖3所示，一種煙氣排放連續監測系統，包括取樣探頭2，加熱裝置6、第一測量裝置、抽氣泵8、標氣瓶17和閥門4，15，16。所述取樣探頭2安裝在被測管道1上并與加熱裝置6連接。加熱裝置6內安裝有預處理裝置3如過濾器、閥門4和測量池5，預處理裝置3依次連接閥門4、測量池5。加熱裝置6的外緣安裝有電加熱板(未示出)，這樣預處理裝置3和測量池5一起被加熱，從而使加熱測量池5內的氣態成分與被測管道1內的成分很接近。所述閥門15安裝在預處理裝置3后的氣管上，閥門16和標氣瓶17安裝在加熱測量池5下游的氣路上。
所述第一測量裝置包括安裝在儀表柜中的一套紫外差分光學吸收光譜分析裝置7和安裝在加熱測量池5上的第一氧氣傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器(均未示出)。所述分析裝置7包括光源70、光纖71，72、光接收裝置73和信號處理器74，所述分析裝置7的工作方式如下紫外光源70如氙燈發出的光通過光纖71連接到加熱測量池5的一端，穿過加熱測量池5內的氣態組分后再通過另一光纖72與光接收裝置73連接，所述光接收裝置73包括分光器件和光電轉換器，該光接收裝置73接收到的光被分光器件如光柵分光，之后由光電轉換器轉換為電信號并送信號處理器74分析并考慮到加熱測量池5內的溫度和壓力，從而分析得到加熱測量池5內的至少一種氣態物質的濃度。所述氣態物質包括氣體、常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質或化合物。該第一測量裝置能準確地測量易溶和能溶于水的氣體以及常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質或化合物的濃度。抽氣泵8安裝在加熱測量池5后，用于抽出被測管道1內的煙氣。當然，也可以用射流裝置來替代所述的抽氣泵8。被測煙氣最后通回被測管道1內。
本實施例還公開了一種煙氣排放連續監測方法，也即上述煙氣排放連續監測系統的工作過程，具體步驟為a.被測管道1內的煙氣通過取樣探頭2采樣；b.被測煙氣被通入加熱裝置6，加熱裝置6內的預處理裝置3、閥門4和測量池5一起被加熱如150℃，煙氣在加熱裝置6內先由加熱的預處理裝置3過濾，之后通過閥門4通到加熱測量池5內。c.所述溫度和壓力傳感器測得此時加熱測量池5內的溫度和壓力；儀表柜中的分析裝置7測量出加熱測量池5內至少一種氣態物質的濃度，如一些易溶于水的氣體如氨氣、二氧化硫、氯化氫、氟化氫，和氮氧化物如一氧化氮、二氧化氮，和常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質如汞和化合物如二硫化碳的濃度；安裝在加熱測量池上的氧傳感器和濕度傳感器測量出煙氣中氧氣濃度和水分濃度；煙氣從加熱測量池5排出后被送回被測管道1內。
當所述監測系統使用一段時間后，取樣探頭2和預處理裝置3可能會被堵塞，這時關閉閥門4和抽氣泵8、打開閥門15并反吹取樣探頭2和預處理裝置3，把取樣探頭2和預處理裝置3內沉積的塵等雜物吹到被測管道1內，使監測系統得以正常工作。
當所述監測系統需要標定時，監測系統自動關閉抽氣泵8，打開閥門16，使標氣瓶17內的標氣通到加熱測量池5內，從而實現對第一測量裝置的標定，標氣最后流進被測管道1內。
第二實施例如圖2、圖4所示，一種煙氣排放連續監測系統，與第一實施例不同的是所述加熱測量池5上不再安裝濕度傳感器和壓力傳感器。加熱裝置6的外緣不再安裝加熱板，而是在預處理裝置3和測量池5的外緣分別安裝加熱件(未示出)，從而可使預處理裝置3和測量池5保持不同溫度。被測煙氣從預處理裝置3如過濾器排出后經過氣管通到加熱測量池5，所述氣管的一部分暴露在加熱裝置6外面，并在氣管的暴露部分上安裝閥門4。所述監測系統還包括除水裝置、第二測量裝置，加熱測量池5通過氣管連接所述除水裝置如冷卻裝置9，水罐10、排水罐11和過濾器12，其中冷卻裝置9與過濾器12相連接；從過濾器12排出的氣體通過氣管連接到儀表柜中。
所述第二測量裝置包括一套安裝在儀表柜中的半導體激光吸收光譜分析裝置14，分析裝置14包括光源140、光電轉換器141、信號處理器142和氣體室143；所述分析裝置14的工作方式如下光源140如激光器發出的光穿過氣體室143中的被測氣體，之后被光電轉換器141接收并轉換為電信號，然后將電信號送信號處理器142分析，從而得到除水后的氣態組分中氣體的濃度。第二測量裝置還包括第二氧氣傳感器(未示出)和壓力傳感器13；第二氧氣傳感器(未示出)安裝在儀表柜中的氣管上，所述壓力傳感器13與所述冷卻裝置9相連接。抽氣泵8安裝在所述過濾器12和分析裝置14之間的氣路上，用于抽出管道1內的煙氣。煙氣從儀表柜排出后可以再通入被測管道1內或其他分析設備。
請一并參閱圖5，本實施例也揭示了一種煙氣排放連續監測方法，也即上述煙氣排放連續監測系統的工作過程，具體步驟為a.被測管道1內的煙氣通過取樣探頭2采樣；b.之后煙氣被通入加熱裝置6，加熱裝置6內的預處理裝置3和測量池5各自被獨立加熱，比如，預處理裝置溫度為200℃，加熱測量池溫度為150℃；煙氣在加熱裝置6內先由加熱的預處理裝置3過濾，之后通過閥門4通到加熱測量池5內。c.加熱測量池5內的溫度傳感器測得此時測量池5內的溫度；儀表柜中的分析裝置7測量出加熱測量池5內至少一種被測氣體或常態下是非氣態但在加熱測量池5內是氣態的單質或化合物的濃度。具體到本實施例，所述被測氣體可包括易溶于水的氣體如氨氣、二氧化硫、氯化氫、氟化氫，和氮氧化物如一氧化氮、二氧化氮，所述氣態單質如汞，所述氣態化合物如二硫化碳；同時加熱測量池5內的第一氧氣傳感器測得此時煙氣中氧的含量；d.之后通過除水裝置如冷卻裝置9，水罐10、排水罐11冷凝除掉從加熱測量池5排出的煙氣中的水分，在冷凝除水過程中也除掉了一些易溶于水的氣體如氨氣、二氧化硫、氯化氫、氟化氫等，那些常態下是非氣態的單質和化合物也冷卻為固態/液態。壓力傳感器13測得冷卻裝置9內煙氣的壓力，該壓力與加熱氣體池中的壓力幾乎相同；煙氣從冷卻裝置9排出后通過過濾器12過濾掉固態/液態顆粒物；之后通過氣管通到儀表柜中。e.儀表柜中的氣管上的第二氧氣傳感器測得除水后氣體中的氧含量；最后儀表柜中的所述分析裝置14測量出除水后的氣態組分中一些氣體組分如一氧化碳等的濃度。
當所述監測系統的取樣探頭2和預處理裝置3內沉積塵等雜物時、需要標定時，相應的處理方式和第一實施例相同。
根據國家標準，一套在加熱條件下測量煙氣成分的煙氣排放連續監測系統還要測出加熱煙氣中水的含量，這里可以通過加熱測量池5內的第一氧氣傳感器和儀表柜中的氣管上的第二氧氣傳感器的讀數來計算得到煙氣中水的含量，簡單快捷。
需要指出的是，上述實施例不應理解為對本發明保護范圍的限制。比如在上述實施例中，所述分析裝置7通過光纖與加熱測量池連接，當然還可以把第一測量裝置安裝在加熱測量池的一側或兩側，從而使所述分析裝置7發出的光穿過加熱測量池內的被測成分。在不脫離本發明精神的情況下，對本發明作出的任何形式的改變均應落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種煙氣排放連續監測方法，具體步驟為a.管道內的煙氣通過取樣探頭取樣；b.取樣后的煙氣送入一加熱裝置內，煙氣在加熱裝置內先經加熱預處理裝置處理，之后通入加熱測量池內；c.使用光譜分析技術測量出加熱測量池內至少一種被測氣體或常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質或化合物的濃度。
2.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于所述預處理裝置和測量池是一起被加熱或各自獨立加熱。
3.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于所述光譜分析技術是差分光學吸收光譜分析技術。
4.根據權利要求1所述的監測方法，其特征在于所述步驟c中還測量出所述加熱測量池內氧氣濃度或水分濃度或溫度或壓力。
5.根據權利要求1至4任一項所述的監測方法，其特征在于還包括如下步驟，d.除去從所述加熱測量池排出的氣態組分中的水分；e.最后測量出除水后氣態組分中至少一種被測氣體的濃度。
6.一種煙氣排放連續監測系統，包括取樣探頭和第一測量裝置，其特征在于所述煙氣排放連續監測系統還設置有一加熱裝置，所述取樣探頭與加熱裝置連接，所述加熱裝置內安裝有預處理裝置和測量池，所述預處理裝置與測量池連接且都被加熱；第一測量裝置發出的光穿過所述加熱測量池，進而測量出所述加熱測量池內至少一種被測氣體或常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質或化合物的濃度。
7.根據權利要求6所述的監測系統，其特征在于所述預處理裝置和測量池是一起被加熱或各自獨立加熱。
8.根據權利要求6所述的監測系統，其特征在于所述第一測量裝置包括差分光學吸收光譜分析裝置。
9.根據權利要求6所述的監測系統，其特征在于所述監測系統還包括除水裝置和第二測量裝置；用于除去從所述加熱測量池排出的氣態組分中的水分的除水裝置與所述加熱測量池連接；用于測量經除水裝置除水后的氣態組分中至少一種被測氣體的濃度的第二測量裝置安裝在所述除水裝置下游的氣路上。
10.根據權利要求9所述的監測系統，其特征在于所述的第二測量裝置包括吸收光譜或拉曼光譜或熒光光譜或電化學或順磁分析裝置。
11.根據權利要求9所述的監測系統，其特征在于所述的第一測量裝置還包括氧氣傳感器或濕度傳感器或壓力傳感器或溫度傳感器，所述的第二測量裝置還包括氧氣傳感器或溫度傳感器或壓力傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種煙氣排放連續監測方法，具體步驟為a.管道內的煙氣通過取樣探頭取樣；b.取樣后的煙氣送入加熱裝置內，煙氣在加熱裝置內先經加熱預處理，之后通入加熱測量池內；c.使用光譜分析技術測量出加熱測量池內至少一種被測氣體或常態下是非氣態但在加熱測量池內是氣態的單質或化合物的濃度。本發明還公開了一種用于實施上述方法的煙氣排放連續監測系統。本系統測量誤差小、成本低、響應速度快、可拓展性好、易標定、可靠性高，監測方法簡單方便。
文檔編號G01N24/10GK1885008SQ200610052310
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月4日 優先權日2006年7月4日
發明者王健, 李亮, 于志偉, 劉罡, 謝正春 申請人:王健
專業數控銑床產品供應商
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