CN102928555A - 一种烟气复合分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟气复合分析系统，包括：采样单元，所述采样单元至少包括第一采样管路和第二采样管路；流路切换单元，所述流路切换单元包括输入管路和移动模块，所述输入管路设置在移动模块上，所述流路切换单元与采样单元相连；控制单元，所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路或第二采样管路相通；探测分析单元，所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。本发明还提供了一种烟气复合分析方法。本发明具有适用范围广、可拓展性强等优点。

Description

一种烟气复合分析系统及方法

技术领域

本发明涉及烟气连续监测领域，特别涉及一种烟气、大气连续监测的复合分析系统及方法。

背景技术

目前，环境空气质量受到越来越多的关注，而环境空气污染的一个重要来源就是固定污染源排放，对固定污染源排放进行监测的系统已经得到广泛普及。同时，在有固定污染源的厂区，会有许多工作人员进行现场作业，一旦固定污染源排放超标或者出现泄漏，排放的污染物会对工作人员的人身安全和健康造成极大的威胁。因此，为了保证工作人员的职业健康，对工作场所环境空气的监测显得迫在眉睫。

且，对固定污染源进行监测采用的主要是在线的烟气排放连续监测装置，一般每个厂区只安装一套监测设备，工厂的排放烟囱一般都不只一个，因此，只通过安装一套监测设备只监测一个排放点，不能监测该厂区烟气污染物的总体排放情况；但若对每个烟囱都进行监测就需要安装多套监测仪表，人力、物力成本都会增加。

目前对工作场所环境空气质量的监测还主要采取比较传统的定点采样、个体采样等方式，这些传统方式需要将采集的样品送入实验室进行分析，不能做到在线监测，分析过程复杂，费时，操作不便，且一旦发生泄漏事件，不能及时报警。

因此，需要在工作场所安装环境空气在线监测装置，在线监测工作场所环境空气质量。然而已经在固定污染源上安装了烟气排放连续监测装置，再在工作场所安装环境空气质量监测系统无疑会进一步增加成本。

固定污染源烟气和工作场所环境空气中的主要污染物质在形态上分为气态污染物和颗粒态污染物，气态污染物监测的主要对象为SO2、NOX、CO等，颗粒物监测的主要对象为颗粒物质量浓度(单位采样体积内颗粒物的质量)和颗粒物成分等，对颗粒物中重金属的监测是颗粒物成分监测的重点。

对于气态污染物监测，采样方式比较简单，对管路要求较低，可以使用软管，管径可变，方便切换，只需要增加三通阀等常规器件就能够实现多管路之间的切换，易于实现一台分析仪器交替监测不同烟囱及环境空气中气态污染物浓度水平。

然而对于颗粒物监测，由于必须保证等速(等动力)采样，因此其采样方式比较复杂，对管路要求较高，如：只能使用刚性金属材料、采样管管径大小不能改变、采样管壁光滑、不能有尖锐角度、只能平滑弯曲等，这些因素导致不能直接使用常规的装置和方式进行管路之间的切换，例如使用三通阀或者挡板等装置，就会导致管路出现变径、尖锐角度等现象。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种能够同时监测固定烟气污染源排放和周围工作场所环境空气质量的全面、快捷、准确的分析系统及方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种烟气复合分析系统，包括：

采样单元，所述采样单元至少包括第一采样管路和第二采样管路；

流路切换单元，所述流路切换单元包括输入管路和移动模块，所述输入管路设置在移动模块上，所述流路切换单元与采样单元相连；

控制单元，所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路或第二采样管路相通；

探测分析单元，所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。

进一步，所述输入管路选择性地与第一采样管路相通时，控制单元控制从第一采样管路通过的气体吹扫气体管路。

进一步，所述输入管路分别与所述第一采样管路、第二采样管路相连通时，颗粒物损失根据工况设定。

进一步，各管路之间实现平滑不变径连接。

进一步，当管路为弯管时，弯管的曲率半径与弯管半径之比大于1。

进一步，所述控制单元控制所述移动模块平动或转动。

作为优选，所述输入管路在移动模块上呈轴对称分布。

作为优选，所述探测分析单元为用于检测分析烟气或大气中的颗粒物、重金属或气体的装置中的一种或几种。

本发明还提供了一种烟气复合分析方法，包括以下步骤：

A、采用上述任一项所述的分析系统；

B、所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路或第二采样管路相通；

C、所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。

进一步，步骤B还包括吹扫步骤：输入管路选择性地与第一采样管路相通时，控制单元控制从第一采样管路通过的气体吹扫管路；

吹扫完毕后，所述控制单元再控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第二采样管路相通。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

系统从各角度全面地保护自然环境，尤其是为保障工作场所中工作人员的职业健康提供了全面、安全、方便、快捷的检测工具，具体为：

1.系统的适用范围广

系统能够同时监测固定污染源排放和工作场所环境空气质量，既能有效防止环境污染，又能有力保证在固定污染源周围工作的人员的健康。

同时，还能对多个烟囱进行同时监测，实现一机多用。

2.系统的可拓展性强

系统能够同时监测固定污染源排放和工作场所环境空气中的颗粒物、重金属颗粒和有毒气体等多种污染物，既扩大了环境保护的范围，又全面保证固定污染源周围工作的人员的健康。

3.系统的即时性好

系统实现了对固定污染源排放和工作场所环境空气质量的连续监测，能够快速得到污染物的实时、准确的信息，保证工作场所中工作人员的绝对安全。

4.系统成本低

系统通过简单的流路处理与切换便实现了对固定污染源排放和工作场所环境空气中多种污染物的连续监测，有效降低成本。

同时，对多个烟囱同时进行监测也使得监测成本大大降低。

固定污染源烟气和工作场所环境空气中的主要污染物质在形态上分为气态污染物和颗粒态污染物，气态污染物监测的主要对象为SO2、NOX、CO等，颗粒物监测的主要对象为颗粒物质量浓度(单位采样体积内颗粒物的质量)和颗粒物成分等，对颗粒物中重金属的监测是颗粒物成分监测的重点。

对于气态污染物监测，采样方式比较简单，对管路要求较低，可以使用软管，管径可变，方便切换，只需要增加三通阀等常规器件就能够实现多管路之间的切换，易于实现一台分析仪器交替监测不同烟囱及环境空气中气态污染物浓度水平。

然而对于颗粒物监测，由于必须保证等速(等动力)采样，因此其采样方式比较复杂，对管路要求较高，如：只能使用刚性金属材料、采样管管径大小不能改变、采样管壁光滑、不能有尖锐角度、只能平滑弯曲等，这些因素导致不能直接使用常规的装置和方式进行管路之间的切换，例如使用三通阀或者挡板等装置，就会导致管路出现变径、尖锐角度等现象。

附图说明

图1为实施例2中分析系统的结构示意图；

图2为实施例2中流路切换模单元的结构示意图；

图3为实施例3中分析系统的结构示意图；

图4为实施例3中流路切换模单元的结构示意图；

图5为实施例4中分析系统的结构示意图；

图6为实施例4中流路切换模单元的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种烟气复合分析系统，包括：

采样单元，所述采样单元至少包括第一采样管路和第二采样管路；

流路切换单元，所述流路切换单元包括输入管路和移动模块，所述输入管路设置在移动模块上，所述流路切换单元与采样单元相连；

控制单元，所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路或第二采样管路相通；

探测分析单元，所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。

进一步，所述输入管路选择性地与第一采样管路相通时，控制单元控制从第一采样管路通过的气体吹扫气体管路。如：当第一采样管路连接大气、第二采样管路连接烟气，当进行本次烟气采样分析前，可以采用大气先将公共的气体管路进行吹扫，再进行本次烟气采样，以避免前后分析烟气的相互干扰。

进一步，所述输入管路分别与所述第一采样管路、第二采样管路相连通时，颗粒物损失根据工况设定。

进一步，各管路之间实现平滑不变径连接。

对于颗粒物采样，为了避免颗粒物损失，保证采样的代表性，提高了对管路连接的要求，即平滑不变径连接，如：只能使用无静电材料、采样管管径大小不能改变、采样管壁光滑、不能有尖锐角度、只能平滑弯曲等。

进一步，当管路为弯管时，弯管的曲率半径与弯管半径之比大于1。

进一步，所述控制单元控制所述移动模块平动或转动。

作为优选，所述输入管路在移动模块上呈轴对称分布，以方便各管路之间的对接。

作为优选，所述探测分析单元为用于检测分析烟气或大气中的颗粒物、重金属或气体的装置中的一种或几种，以方便各管路之间的对接。

本发明还提供了一种烟气复合分析方法，包括以下步骤：

A、采用上述任一项所述的分析系统；

B、所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路或第二采样管路相通；

C、所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。

进一步，步骤B还包括吹扫步骤：输入管路选择性地与第一采样管路相通时，控制单元控制从第一采样管路通过的气体吹扫管路；

吹扫完毕后，所述控制单元再控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第二采样管路相通。

实施例2

请参阅图1，一种烟气复合分析系统，应用于垃圾焚烧厂，包括：采样单元、滤膜5、滤膜移动单元3、流路切换单元15、控制单元18和探测分析单元19；

1、所述采样单元包括抽气泵1、流量控制模块2、第一采样管路11和第二采样管路12以及公用管路17；

所述抽气泵1以一定流量将气体采集到流路中。其中采样单元的流量控制模块2与控制单元18相连，以便控制单元18监测并控制流量控制模块2的工作状态。

2、所述流路切换单元15包括移动模块14和一条输入管路16，移动模块14在控制单元18的控制下能使输入管路16分别与第一采样管路11和第二采样管路12相通即可，对其形状及结构没有限制。本实施例移动模块14与电机13连接，电机13与控制单元18相连，控制单元18控制电机13转动，从而带动移动模块14转动。

由于对颗粒物监测须保证等(速)动力采样，对传输气体的管路要求较高，即：颗粒物要尽可能少的在取样管或传输管内沉积，即要求管路只能使用刚性金属材料、管径大小不能改变、传输管壁光滑、不能有尖锐角度、只能平滑弯曲等。因此，不能简单使用三通阀或挡板等装置进行流路切换。此处输入管路16的弯管的曲率半径与弯管半径之比为3。能够保证此处的颗粒物损失未超过根据工况设定的10％。

本实施例的移动模块14设置在流路切换单元的内部，可以转动，且是以转动轴对称的形状，其横截面是圆形，如图2所示；

所述移动模块14内部有一段平滑弯曲的输入管路16，且输入管路16在移动模块14上成轴对称分布；其管径与第一采样管路11和第二采样管路12相同。输入管路16可以随着移动模块14的转动交替的与第一采样管路11、第二采样管路12连接，且连接处光滑过度，无尖锐角度。控制单元18通过控制电机13的转动角度，从而控制输入管路16的转动位置，实现输入管路16与第一采样管路11和第二采样管路12的交替连接，实现不变径光滑切换。

所述第一采样管路11和第二采样管路12，须关于移动模块14的中心轴对称分布；

所述第一采样管路11和第二采样管路12，可以是不同烟囱/烟道的采样管路，也可以是烟囱/烟道采样管路和工作场所环境空气采样管路；

所述公用管路17的顶端，一直与所述输入管路16的底端光滑相连，且连接处管路的中心在移动模块14的中心轴上；

3、所述滤膜5，用来富集采样管路中的颗粒物；

所述滤膜移动单元3，用来将采集在滤膜上的颗粒物移动至检测分析单元19下面进行检测；

所示检测分析单元19为颗粒物浓度和/或成分分析单元；

所述颗粒物浓度分析单元可以是基于β射线法的颗粒物在线监测单元也可以是基于震荡天平法的颗粒物在线监测单元，二者都是成熟技术，在此不做赘述；

所述颗粒物成分分析单元主要是指基于XRF技术和滤膜富集技术的颗粒物中重金属分析单元，也是成熟技术，在此不做赘述。

本实施例只画出了能够满足两个采样管路之间的不变径平滑切换的流路切换单元，实际上流路切换单元可以拓展成实现多个采样管路之间的不变径平滑切换，如图2所示。图2为流路切换单元15的上表面俯视图，其中的移动模块14上面分布了多个采样管路。实际应用中，采样管路的个数，取决于移动模块横截面的大小、采样管路的直径、以及烟囱/烟道的个数等因素。

本实施例还提供了一种烟气复合分析方法，包括以下步骤：

A、采用本实施例所述的烟气复合分析系统；

B、所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路11或第二采样管路12相通；

所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。

所述控制单元18根据需求控制移动模块14移动，使所述输入管路16选择性地与需要采样的采样管路相通；

本实施例是对固定污染源排放烟囱中烟气中的重金属元素进行监测，对其取样的取样探头直接与第二采样管路12相连通；

同时，本实施例还对固定污染源厂区的空气质量进行监测，监测大气中的颗粒物，为厂区工作人员的职业健康相关指标提供参考；此时，对大气中的颗粒物进行监测时，对大气取样的采样探头直接与第一采样管路11相连通；

因此，若要对固定污染源排放烟气进行监测，则控制单元18控制移动模块14移动，使输入管路16与第二采样管路12相连通；

若要对大气中的颗粒物进行监测，则控制单元18控制移动模块14移动，使输入管路16与第二采样管路12相连通；

B1、本实施例先对固定污染源排放烟气进行监测；控制单元18控制移动模块14移动，使输入管路16与第二采样管路2相连通；

采样单元以一定流量将气体采集到流路中，滤膜移动单元3在控制单元18的控制下控制滤膜5的移动，富集烟气中的颗粒物，并将富集了颗粒物的滤膜移至检测分析单元19下进行监测和分析；采样及分析过程为烟气重金属分析领域的现有技术，在此不再赘述。

B2、对烟气中的固定污染源排放监测一段时间以后，若需要对大气中的颗粒物进行监测，则控制单元18控制移动模块14移动，使输入管路16与第一采样管路11相连通；

采样单元以一定流量将气体采集到流路中，滤膜移动单元3在控制单元18的控制下控制滤膜5移动，富集大气中的颗粒物，并将富集了颗粒物的滤膜移至检测分析单元19下进行监测和分析；采样及分析过程为大气颗粒物分析领域的现有技术，在此不再赘述。

实施例3

请参阅图3、图4，一种烟气复合分析系统，与实施例1所述的分析系统不同的是：

本实施例的烟气复合分析系统应用于冶炼厂。

此处输入管路26的弯管的曲率半径与弯管半径之比为1.5。能够保证此处的颗粒物损失未超过根据工况设定的15％。

本实施例的移动模块24贯穿流路切换单元25进行转动。

本实施例还提供了一种烟气复合分析方法，与实施例1所述的分析方法不同的是：

1、在步骤A中，采用本实施例的烟气复合分析系统。

2、步骤B还包括吹扫步骤：输入管路26选择性地与第一采样管路21相通时，控制单元28控制从第一采样管路21通过的气体吹扫管路；

吹扫完毕后，所述控制单元28再控制电机23进而控制移动模块24移动，使所述输入管路26选择性地与第二采样管路22相通。

实施例4

请参阅图5，一种烟气复合分析系统，与实施例1所述的分析系统不同的是：

1、本实施例的烟气复合分析系统应用于铅蓄电池厂；

本实施例的采样管路包括第一采样管路31、第二采样管路32和第三采样管路33；

2、本实施例的流路切换单元35包括移动模块34和输入管路，移动模块34与电机30相连，电机30还与控制单元38相连，控制单元38控制电机30左右移动，从而控制移动模块34移动，实现输入管道选择性地与第一采样管路、第二采样管路和第三采样管路相通。

本实施例的输入管路包括竖直的输入管路361、弯曲的输入管路362和输入管路363，输入管路361两侧对称分布输入管路362和输入管路363，输入管路361、输入管路362、输入管路363管径相同；

所述第三采样管路33与输入管路363相通；

输入管路362的弯管的曲率半径与弯管半径之比为2；输入管路363的弯管的曲率半径与弯管半径之比为2.5；能够保证此处的颗粒物损失均未超过根据工况设定的12％。

所述第二采样管路32和第三采样管路33，以及流路切换单元35中的输入管路362和输入管路363，都须关于流路切换单元35的中心轴对称分布；

所述输入管路362顶端与第二采样管路32底端的水平距离与输入管路362底端到公用管路37顶端的水平距离相等；

所述输入管路363顶端与第三采样管路33底端的水平距离与输入管路363底端到公用管路37顶端的水平距离相等；

所述输入管路362和输入管路363可以分别与第二采样管路32和第三采样管路33进行平滑连接，没有尖锐角出现；

所述第一采样管路31、第二采样管路32和第三采样管路33，可以是不同烟囱/烟道的采样管路，也可以是烟囱/烟道采样管路和工作场所环境空气采样管路；

流路切换单元35的初始位置如图5所示，其中心的竖直输入管路361与公用管路37相连，此时监测系统可以监测第一采样管路31所连接的烟囱/烟道或空气中的颗粒物浓度和/或成分；

当电机30控制流路切换单元35由初始位置向右移动一定距离后，会使35中的输入管路362上端与第二采样管路32相连，下端与公用管路37相连，此时监测系统可以监测第二采样管路32所连接的烟囱/烟道或空气中的颗粒物浓度和/或成分；

当电机30控制流路切换单元35由初始位置向左移动一定距离后，会使35中的输入管路363上端与第三采样管路33相连，下端与公用管路37相连，此时监测系统可以监测第三采样管路33所连接的烟囱/烟道或空气中的颗粒物浓度和/或成分；

所述公用管路37的顶端的中心在流路切换单元35的中心轴上；

如果第一采样管路31代表工作场所环境空气采样管路，第二采样管路32、第三采样管路33分别代表两个烟囱的采样管路，则在流路切换单元35的移动模块36的左右移动中，可以实现三者之间的交替监测；如果每次交替监测之前都需要吹扫公用管路37，那么可以在两个烟囱交替之前，先与空气采样管路交替，采集一定时间空气进行吹扫，此期间数据不进行测量，吹扫后再切换至另一个烟囱进行采样。

本实施例只画出了三个采样管路之间的平滑不变径流路切换单元，实际上此单元可以拓展成多个采样管路的不变径平滑切换模块，如图6所示。图6为流路切换单元335的上表面俯视图，其中心采样管路周围可以分布多个采样管路，在不同方向进行水平移动，电机331控制流路切换单元的移动模块336左右移动，对应的是采样管路361、362、363之间的切换，电机332控制流路切换单元的移动模块336前后移动，控制另一组采样管路之间的切换，同理，电机331和332相结合，还可以控制其他方向上的水平移动，控制不同采样管路间的切换。实际应用中，采样管路的个数，取决于转动模块横截面的大小、采样管路的直径、以及烟囱/烟道的个数等因素。

本实施例还提供了一种烟气复合分析方法，与实施例1所述的烟气复合分析方法不同的是：

1、在步骤A中，采样本实施例的烟气复合分析系统；

2、在步骤B中，如果第一采样管路31代表工作场所环境空气采样管路，第二采样管路32、第三采样管路33分别代表两个烟囱的采样管路，则在流路切换单元35的移动模块36的左右移动中，可以实现三者之间的交替监测；

但在每次交替监测之前，控制单元控制移动模块36移动，使第一采样管路31与输入管路361相连通，并使输入管路361与公用管路37相通，再启动抽气泵使空气进入此时的气体流路，但此期间不对数据进行测量，吹扫过后，再进行下一次的烟气监测。

由以上实施例可看出，所述分析系统不仅能够连续检测烟气中的颗粒物、重金属颗粒和气态污染物的含量，而且能连续检测大气中的颗粒物、重金属颗粒物和气态污染物的含量，能同时实现固定污染源和工作场所空气中多种污染物的连续地有效地监测，为保障工作人员的职业健康提供了全面、安全、方便、快捷的检测工具。

上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：通过流路的不变径平滑切换，同时实现固定污染源排放和工作场所环境空气中多种污染物的或多个烟囱的同时连续监测，有力保证工作人员的职业健康。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明做出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气复合分析系统，包括：

采样单元，所述采样单元至少包括第一采样管路和第二采样管路；

流路切换单元，所述流路切换单元包括输入管路和移动模块，所述输入管路设置在移动模块上，所述流路切换单元与采样单元相连；

控制单元，所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路或第二采样管路相通；

探测分析单元，所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。

2.根据权利要求1所述的烟气复合分析系统，其特征在于：所述输入管路选择性地与第一采样管路相通时，控制单元控制从第一采样管路通过的气体吹扫气体管路。

3.根据权利要求1所述的烟气复合分析系统，其特征在于：所述输入管路分别与所述第一采样管路、第二采样管路相连通时，颗粒物损失根据工况设定。

4.根据权利要求3所述的烟气复合分析系统，其特征在于：各管路之间实现平滑不变径连接。

5.根据权利要求4所述的烟气复合分析系统，其特征在于：当管路为弯管时，弯管的曲率半径与弯管半径之比大于1。

6.根据权利要求1～5任一所述的烟气复合分析系统，其特征在于：所述控制单元控制所述移动模块平动或转动。

7.根据权利要求6所述的烟气复合分析系统，其特征在于：所述输入管路在移动模块上呈轴对称分布。

8.根据权利要求1所述的烟气复合分析系统，其特征在于：所述探测分析单元为用于检测分析烟气或大气中的颗粒物、重金属或气体的装置中的一种或几种。

9.一种烟气复合分析方法，包括以下步骤：

A、采用权利要求1～8任一项所述的分析系统；

B、所述控制单元控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第一采样管路或第二采样管路相通；

C、所述探测分析单元分析经过输入管路输入的经过采样单元采样获得的样品的信息。

10.根据权利要求9所述的烟气复合分析方法，其特征在于：

步骤B还包括吹扫步骤：输入管路选择性地与第一采样管路相通时，控制单元控制从第一采样管路通过的气体吹扫管路；

吹扫完毕后，所述控制单元再控制移动模块移动，使所述输入管路选择性地与第二采样管路相通。

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