CN101303301A

CN101303301A - 烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法及装置

Info

Publication number: CN101303301A
Application number: CN 200810050862
Authority: CN
Inventors: 李少华; 王虎; 郭婷婷; 车德勇; 张立栋; 居玉雷; 李振华
Original assignee: Northeast Dianli University
Current assignee: Northeast Electric Power University
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2008-11-12

Abstract

一种烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法及装置，主要有外壳、风机、U型烟气旁路管、发射/接收装置、反射装置、探头、数据采集器、数据分析系统。启动风机，发射和接收装置发射的激光透过烟气被反射装置反射，反射后的激光被接收装置接收，并经引导线传给数据采集控制器，多功能探头对特性气体进行测量，通过引导线传递给数据采集控制器，采集到的烟气粉尘数据、特性气体数据通过引线传给烟气分析系统，用交替流动型非分散红外线技术测定NO_X、NO、SO₂、CO和CO₂的浓度，利用磁压技术来测定O₂、H₂浓度；输出检测上述7种特性气体瞬时浓度值、14小时内任意两个时间点动态平均值。

Description

烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于烟气粉尘、特性气体监量方法及装置，尤其涉及一种烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法及装置。

背景技术

目前文献中公开的是单一的烟尘测量或单独特性气体在线监测等，还没有集烟尘测量和特性气体监测于一体的在线监测装置，使其测量重复繁琐，测量次数多，数据难以整合，给整个烟气的综合评估带来不便。本专利公开了这样一种烟气粉尘、特性气体同时测量方法和在线检测装置，其结构特点是：结构紧凑，占用空间少，安装拆卸简单，测量方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供了一种烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法及装置。

一种烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法，是由如下过程和步骤组成：

1)将烟气粉尘和特性气体同时在线监测装置的U型烟气旁路管3，连接固定在锅炉烟道侧壁上，启动风机，以保证U型烟气旁路管内有足够的烟气流量；

2)烟气粉尘的测量：烟气流过U型烟气旁路管，由安装在U型烟气旁路管进气管路一侧的发射和接收装置的发射器发射的激光，透过烟气被对称安装在U型烟气旁路管进气管路另一侧的反射装置的挡板反射，反射后的激光被发射和接收装置中的接收器接收，并经引导线传给数据采集控制器，由数据采集控制器对数据进行采集；

3)特性气体的测量：烟气流过U型烟气旁路管，由在U型烟气旁路管进气管路(即U型管左侧部分，以下同)、出气管路(即U型管的右侧部分，以下同)外侧对称安装两组各3个多功能探头，对特性气体进行测量，通过引导线传递给数据采集器，由数据采集控制器对数据进行采集；

4)测量数据的分析：数据采集控制器将采集到的烟气粉尘数据通过引线传给烟气分析系统；同时数据采集控制器将采集到的特性气体数据通过引导线传递给数据分析仪；数据分析仪采用交替流动型非分散红外线技术来测定NO_X、SO₂、CO和CO₂的浓度，利用磁压技术来测定O₂、H₂浓度；通过分析单元对各种数据进行分析，并将测量结果选择如下输出模式进行输出：

A)、监测NO_X、SO₂、CO、CO₂、O₂和H₂的瞬时浓度值；

B)、14小时内监测上述7种气体任意2个时间点的动态平均值。

上述的一种烟气粉尘和特性气体在线监测方法，其所述的风机安装在U型烟气旁路管的出气管路内，位于多功能探头与烟气出口之间。

上述的烟气粉尘和特性气体在线监测方法，其所述的数据采集器控制器主要由计算机、光电传感器和磁压传感器、调理电路、多路开关、看门狗电路、微型打印机和数据采集软件组成。

上述的烟气粉尘在线监测方法，其所述的数据采集控制软件主要包括数据采集子程序、数据滤波子程序、数据分析处理子程序。

一种烟气粉尘和特性气体同时在线监测装置，它是由与烟道一侧壁相连接固定的U型烟气旁路管，该U型烟气旁路管固定在装置的外壳上；在U型烟气旁路管一侧安装有对烟气进行测量的发射和接收装置、其对称的另一侧反射装置；在U型烟气旁路管的进气管路(U型管左侧部分，以下同)、出气管路(U型管右侧部分，以下同)外侧，对称装有两组对特性气体进行测量的各3个多功能探头；在所述的监测装置壳体外部装有数据采集控制器、数据分析系统；在U型烟气旁路管出气管路内位于多功能探头与烟气出口之间安装有风机；所述的数据采集控制器接发射和接收装置、两组多功能探头引出线；所述数据分析系统接数据采集控制器的引出线。

上述的烟气粉尘和特性气体在线监测装置，其所述的数据采集器控制器主要由计算机、光电传感器和磁压传感器、调理电路、多路开关、看门狗电路、微型打印机和数据采集软件组成。

上述的烟气粉尘在线监测装置，其所述的数据采集控制软件主要包括数据采集子程序、数据滤波子程序、数据分析处理子程序。

本发明烟尘测量是根据朗伯-比尔定律，采用双光程激光不透明度原理测量烟尘浓度，可以支持长测量距离和高温烟气的测量。

朗伯-比尔定律表明光通过含有颗粒的烟气的透过率与acl呈指数下降，即：T＝I/Io＝exp(-acl)，式中：

T-光通过烟气的透光度

Io-入射光强

I-出射光强

a-衰减系数

c-烟尘浓度

l-光程，光通过烟气的距离。

对于稳定的介质和固定的波长，a为常数；对于固定的烟道，I为常数。因此c只与I/Io有关。测量I和Io的数据可得出c的数据。

安装在地面操作室的烟尘主控制器能对仪器的激光发射、接收装置进行标定、测量镜头的污染程度，同时在系统内进行自动补偿。激光发射、接收装置内部的恒温系统使由于温度变化造成的偏差降到最小。烟尘主控制器具有烟尘浓度超标或镜头污染达到极限值的报警功能。烟气分析系统可以同时测量7种气体。内置有独立的测量模块对传感器进行自动校准，内置烟气除水系统，将烟气中的冷凝水分离出来，从而避免了烟气中的冷凝水对测试结果的影响。本发明根据各个关键设备的特点，更加合理的安排了工艺流程，以使得关键设备的工作氛围更加合适。具体如下：该装置主要由激光发射/接收装置、反射装置，探针，采样烟气管道，风机，数据采集控制，数据分析系统，数据采集控制装置组成，采样烟气管道通过法兰直接与锅炉烟道相连接。由于采样烟道内设有风机，可以保证有足够的采样气体，从而使监测结果更加准确。烟气先通过烟尘测量装置，然后再经过特性气体分析装置，最后通过数据采集控制把数据采集出来，传给数据分析系统进行数据综合分析，得出烟气综合评估结果。

现结合附图2对本烟气粉尘和特性气体在线监测装置的数据采集控制器具体说明：

系统组成及功能：系统包含5个光电传感器，用于分析SO₂、NO₂、NO、CO₂、CO；包含2个磁压传感器，用于分析O₂、H₂。7组调理电路，用于对传感器输出信号进行调理放大。多路开关可以将传感器信号送入A/D，然后输入CPU进行数据分析处理。看门狗可以保护系统的正常运行，在CPU发生程序跑飞或者系统电源电压波动的情况下及时为系统提供复位信号。键盘可以输入系统的设置参数及实现特定功能。显示打印可以将CPU的分析结果输出。E²PROM可以保存系统的设置参数，供系统初始化系统参数时调入，以及在进行系统参数设置时保持设置结果。

本装置的数据采集分析软件主要包括数据采集子程序、数据滤波子程序、数据分析处理子程序。具体过程如下：

多功能探头将测到的U型烟气旁路管内的烟气浓度信号，送到数据采集控制器，数据采集子系统将数据通过数据滤波子系统滤出脉冲干扰及小的随机干扰，送到数据分析仪，通过数据分析计算子系统，将数据进行计算，得出结果，并将结果进行显示打印等。

下面结合图3的流程图对数据采集分析软件做进一步的说明：

本装置上电启动后，首先进行系统的初始化，给出各个测量参数初值，并进行自检，检查各个传感器是否工作正常。若自检正常则显示系统主菜单，在主菜单的提示下设定参数，如键盘数据采样周期等，参数设置完毕后启动定时采集程序，进行数据采集，数据滤波子程序对采集来的数据进行处理，将有外界干扰的数据滤掉，滤波后的数据再经数据分析处理程序，对数据进行数据分析处理，对计算结果显示、打印输出。

本发明与现有技术相比，突出的实质性特点和显著的进步及积极的效果：

(1)本发明烟气粉尘和特性气体监测方法，工艺流程布置合理，使得关键设备的工作氛围更加合适：该装置主要由激光发射和接收装置、反射装置，探针，采样U型烟气旁路管，风机，数据采集控制器，数据分析系统组成，采样用的通过法兰直接与锅炉烟道相连接。

(2)由于U型烟气旁路管内设有风机，可以保证有足够的烟气通过，从而使监测结果更加准确。烟气先通过烟尘测量装置，通过数据采集控制器把数据采集出来，传给数据分析系统进行数据综合分析，可以随机得出烟气综合评估结果，为操作人员随机提供工艺参数依据；为环境保护部门科学管理提供科学依据。

(3)本发明烟气粉尘和特性气体同时在线监测装置可充分利用烟道下方或侧面空间，通过法兰快速连接，减少了复杂的连接工艺，而且该装置结构紧凑，占用空间少。

(4)另外，由于烟气粉尘和烟气特性气体同时测量，可比单一的测量节省大量时间，同时减少了投资和运行费用。通过本发明的数据采集控制器和数据分析系统，能够快速的整合分析数据，使最后的分析数据更加准确，较快的得出烟气的综合评估结果。除采用了除数据采集控制和数据分析系统外，其它构件都集合在一个整体内，采样气体的U型烟气旁路管通过法兰与锅炉烟道连接，其结构更加紧凑，占用空间更少，而且连接简单、安全、可靠。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；图中

1-外壳 2-风机 3-U型烟气旁路管

4-接收和发射装置 5-反射装置 6-多功能探头

7-数据采集控制器 8-数据分析系统 9-法兰

10-引风机 11-烟道 12-烟囱。

图2为本发明数据采集控制器系统图；

图3为本发明数据采集控制器软件程序框图。

具体实施实例

现通过附图和具体方式，对本发明进一步说明如下：

实施例1：(本发明烟气粉尘和特性气体同时在线监测装置)

从附图1可见，本发明一种烟气粉尘和特性气体同时在线监测装置，它是由与烟囱12相连其设有引风机10的锅炉烟道11一侧壁，设有通过法兰9相连接固定的U型烟气旁路管3。该U型烟气旁路管3固定在装置的外壳1上；在U型烟气旁路管3一侧安装有对烟气进行测量的发射和接收装置4、其对称的另一侧的反射装置5；在U型烟气旁路管3的进气管路、出气管路外侧，对称装有两组对特性气体进行测量的各3个多功能探头6；在所述的监测装置壳体1外部装有数据采集控制器7、数据分析系统8；在U型烟气旁路管3出气管路内位于多功能探头6与烟气出口之间安装有风机2；所述的数据采集控制器7接发射和接收装置4、两组多功能探头6引出线；所述的数据分析系统8接数据采集控制器7。

上述的烟气粉尘和特性气体在线监测装置，其所述的数据采集器控制器7主要由计算机、光电传感器和磁压传感器、调理电路、多路开关、看门狗电路、微型打印机和数据采集软件组成。

实施例2：(本发明烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法应用)

从图1可见，烟气粉尘和特性气体同时进行在线监测方法，是依次由如下的过程、步骤组成：

1)将烟气粉尘和特性气体在线监测装置的U型烟气旁路管3，连接固定在锅炉烟道11侧壁上，启动风机2，以保证U型烟气旁路管3内有足够的烟气流量；

2)烟气粉尘的测量：烟气流过U型烟气旁路管3，由安装在U型烟气旁路管3进气管路一侧的发射和接收装置4的发射器发射的激光，透过烟气被对称安装在U型烟气旁路管3进气管路上另一侧的反射装置5的挡板反射，反射后的激光被发射和接收装置4中的接收器接收，并经引导线传给数据采集控制器7，由数据采集控制器7对数据进行采集；

3)特性气体的测量：烟气流过U型烟气旁路管3，由在U型烟气旁路管3进气管路、出气管路外侧的对称安装两组各3个多功能探头6，对特性气体进行测量，通过引导线传递给数据采集器7，由数据采集控制器7对数据进行采集；

4)测量数据的分析：数据采集控制器7将步骤2)采集到的烟气粉尘数据通过引线传给烟气分析系统8；同时数据采集控制器7将步骤3)采集到的特性气体数据通过引导线传递给数据分析仪；数据分析仪采用交替流动型非分散红外线技术来测定NO_X、SO₂、CO和CO₂的浓度，利用磁压技术来测定O₂，、H₂浓度；通过分析单元对各种数据进行分析，并将测量结果选择如下输出模式进行输出：

1)、检测NO_X、SO₂、CO、CO₂、O₂和H₂的瞬时浓度值；

2)、14小时内监测上述7种气体任意2个时间点的动态平均值。

上述的一种烟气粉尘和特性气体在线监测方法，其所述的风机2安装在U型烟气旁路管3的出气管路内，位于多功能探头与烟气出口之间。

本发明烟气粉尘和特性气体同时在线监测方法及装置，于1998年建成投产的某电厂应用。该电厂大气污染物排放标准按第二时段执行。容量为2台300MW，属于燃煤电厂。在标准状态下(T＝273K，P＝101325Pa)，上述电厂的烟囱12排放烟气的烟道11内烟气，通过本发明对其烟气粉尘和特性气体同时进行在线监测，其干烟气具体数据如下：

测量项目测量值

1、烟气粉尘：

烟尘浓度(mg/m³) 120

烟气黑度(林格曼黑度，级) 1.0

2、特性气体(SO₂、NO₂、NO、CO₂、CO、O₂、H₂)

SO₂浓度(mg/m³) 845

NO₂浓度(mg/m³) 340

NO浓度(mg/m³) 215

CO₂浓度(mg/m³) 75

CO浓度(mg/m³) 68

O₂浓度(mg/m³) 95

H₂浓度(mg/m³) 45

测量结果符合国家对火电厂大气污染物排放标准的要求。

Claims

1、一种烟气粉尘和特性气体在线监测方法，是由如下过程和步骤组成：

1)将烟气粉尘和特性气体在线监测装置的U形烟气旁路管(3)，连接固定在锅炉烟道(11)侧壁上，启动风机(2)，以保证U形烟气旁路管(3)内有足够的烟气流量；

2)烟气粉尘的测量：烟气流过U形烟气旁路管(3)，由安装在U形烟气旁路管(3)进气管路一侧的发射和接收装置(4)的发射器发射的激光，透过烟气被对称安装在U形烟气旁路管(3)进气管路上另一侧的反射装置(5)的挡板反射，反射后的激光被发射和接收装置(4)中的接收器接收，并经引导线传给数据采集控制器(7)，由数据采集控制器(7)对数据进行采集；

3)特性气体的测量：烟气流过U形烟气旁路管(3)，由在U形烟气旁路管(3)进气管路、出气管路外侧对称安装两组各3个多功能探头(6)，对特性气体进行测量，通过引导线传递给数据采集器(7)，由数据采集控制器(7)对数据进行采集；

4)测量数据的分析：数据采集控制器(7)将步骤2)采集到的烟气粉尘数据通过引线传给烟气分析系统(8)；同时数据采集控制器(7)将步骤3)采集到的特性气体数据通过引导线传递给数据分析仪；数据分析仪采用交替流动型非分散红外线技术来测定NO_X、SO₂、CO和CO₂的浓度，利用磁压技术来测定O₂、H₂浓度；通过分析单元对各种数据进行分析，并将测量结果选择如下输出模式进行输出：

1)监测NO_X、NO、SO₂、CO、CO₂、O₂和H₂的瞬时浓度值；

2)14小时内监测上述7种气体任意2个时间点的动态平均值。

2、根据权利要求1所述的一种烟气粉尘和特性气体在线监测方法，其所述的风机(2)安装在U形烟气旁路管(3)的出气管路内，位于多功能探头(6)与烟气出口之间。

3、根据权利要求1所述的一种烟气粉尘和特性气体在线监测方法，其所述的数据采集控制器(7)主要由计算机、光电传感器和磁压传感器、调理电路、多路开关、看门狗电路、微型打印机和数据采集软件组成。

4、根据权利要求3所述的一种烟气粉尘和特性气体在线监测方法，其所述的数据采集控制软件主要包括数据采集子程序、数据滤波子程序、数据分析处理子程序。

5、一种烟气粉尘和特性气体同时在线监测装置，它是由与烟道(11)一侧壁相连接固定的U形烟气旁路管(3)，该U形烟气旁路管(3)固定在装置的外壳(1)上；在U形烟气旁路管(3)一侧安装有对烟气进行测量的发射和接收装置(4)、其对称的另一侧安装有反射装置(5)；在U形烟气旁路管(3)的进气管路、出气管路外侧，对称装有两组对特性气体进行测量的各3个多功能探头(6)；在所述的监测装置壳体(1)外部装有数据采集控制器(7)、数据分析系统(8)；在U形烟气旁路管(3)出气管路内位于多功能探头(6)与烟气出口之间安装有风机(2)；所述的数据采集控制器(7)接发射和接收装置(4)、两组多功能探头(6)引出线；所述数据分析系统(8)接数据采集控制器(7)的引出线。

6、根据权利要求5所述的烟气粉尘和特性气体在线监测装置，其所述的数据采集控制器(7)主要由计算机、光电传感器和磁压传感器、调理电路、多路开关、看门狗电路、微型打印机和数据采集软件组成。

7、根据权利要求6所述的烟气粉尘在线监测装置，其所述的数据采集控制软件主要包括数据采集子程序、数据滤波子程序、数据分析处理子程序。