CN105527203A - 烟尘浓度直读监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种烟尘浓度直读监测系统及方法，所述监测系统包括测速装置、稀释装置和测量装置，进一步包括：供气装置，所述供气装置包括管道、依次设置在所述管道上的加热单元、第一流量计、阀门，所述阀门的输出端连接所述稀释装置；切换单元，所述切换单元用于使测量单元的烟气入口选择性地连通所述稀释装置、所述阀门和第一流量计之间的管道；第二流量计，所述第二流量计设置在所述测量单元下游的管路上。本发明具有可靠性高、监测精确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及烟气监测，特别涉及烟尘浓度直读监测系统及方法。
背景技术
当前国内大气环境形势十分严峻，火电行业作为最大的耗煤大户，其排放的大气污染物对细颗粒物的贡献成为公众关注的热点，如何准确测量细颗粒物浓度成为该领域的难点。
目前常用的检测方法有光散射法、β射线吸收法、光透射法等。
光散射法的原理为：来自光源的光束照射到含有待测颗粒的某一空间(测量区)内，从而发生散射，散射光经光电接收器转换后变为电信号，经放大器放大后，可根据光散射理论计算出测量区内颗粒物的质量浓度。光散射法测量准确、精度高、重复性好，测量速度快，为在线式直读测量方式，无需采样，可实时连续给出颗粒物浓度的瞬时值；但光散射法受限于颗粒物的纯度及粒径大小，颗粒物的种类或粒径范围发生改变，都会导致参数值的变更，同时还会将湿烟气中的水汽当作颗粒物进行测量，从而导致测量偏差。
贝塔射线吸收法的原理为：一个强度恒定的贝塔源发出的贝塔射线通过介质时,贝塔粒子与介质中的电子相互碰撞损失能量而被吸收。在低能条件下,吸收程度取决于介质的质量,与粉尘粒子的粒度、成分、颜色及分散状态等等无关。贝塔射线先后穿过清洁滤纸(未采集尘样)和已采有尘样滤纸(同一滤纸)，根据2次β射线被吸收量的差异来求取环境中粉尘浓度。贝塔射线吸收法不受粉尘种类、粒度，分散度、形状、颜色、光泽等因素的影响；它是粉尘浓度的间接测量方法中较准确的一种，当在高湿环境下使用时，采样过程中极易产生水汽冷凝，冷凝出的水滴随着颗粒物一起富集在滤纸上，从而导致测量偏差。
目前，随着燃煤电厂超低排放的兴起，石灰石-石膏湿法脱硫以及湿式除尘工艺越来越普遍，由于湿法工艺出口烟气温度低、并含有大量水蒸气。由于水汽凝结会导致细颗粒物溶于水而损失，对检测数据的准确性产生较大的影响，并且易形成腐蚀物质对仪器和烟气采样管道造成严重损害，同时冷凝法还会对测量产生影响，湿烟气中细颗粒物测量技术中要解决的主要问题是烟气中水汽凝结问题。
为解决湿烟气环境下烟尘测量的问题，现有技术主要通过采样管路全程伴热的方式进行湿烟气下烟尘的测量，例如ESA的BETA5M以及专利CN200710122913。然而该技术仍存在以下问题：
1.当烟气温度较低，烟气中自身存在较多液滴时，仅仅通过全程伴热很难将液滴有效汽化，此时液滴将会进入到烟尘测量单元，对烟尘测量造成影响。
2.采用全程伴热方式，对气路保温、伴热要求较高，一旦有冷点存在，很容易产生冷凝水，产生的冷凝水不但对测量造成影响，同时也会导致管路腐蚀，时间长了还会导致气路堵塞。
3.全程伴热对流路器件要求高，特别是像截止阀、流量计、抽气泵等，现场使用可能会面临频繁维护的风险。
目前，也有人提出通过稀释法解决颗粒物采样过程中的湿度问题，如专利CN104181087A，由于颗粒物传输对采样管路要求极高，因此在设计稀释系统时，无法对烟气采样流量直接进行测量，而是通过稀释后样气流量以及稀释气流量间接计算出烟气采样流量，以稀释比1：10的稀释系统为例，假设烟气采样流量为10L/min，稀释气流量为90L/min，稀释后样气流量为100L/min，稀释流量和稀释后样气流量均采用满量程为100L/min的±1％F.S.精度流量计测量，那么烟气采样的误差为±2L/min，烟气采样流量误差为±20％，对应的稀释比误差为±20％，因此稀释方法面临最大的问题就是稀释比精度问题，但是对于稀释比的精确控制在上述专利未见述及。同时在专利CN104181087A中，稀释腔位于烟道外，稀释腔位于烟道外最大的问题就是当烟气中湿度较高时，有冷凝水产生时极易产生颗粒物的吸附损耗。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种烟尘浓度直读监测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种烟尘浓度直读监测系统，所述烟尘浓度直读监测系统包括测速装置、稀释装置和测量装置，所述烟尘浓度直读监测系统进一步包括：
供气装置，所述供气装置包括管道、依次设置在所述管道上的加热单元、第一流量计、阀门，所述阀门的输出端连接所述稀释装置；
切换单元，所述切换单元用于使测量单元的烟气入口选择性地连通所述稀释装置、所述阀门和第一流量计之间的管道；
第二流量计，所述第二流量计设置在所述测量单元下游的管路上。
根据上述的烟尘浓度直读监测系统，优选地，所述稀释装置设置在烟道内。
根据上述的烟尘浓度直读监测系统，优选地，所述测量装置包括光散射颗粒物检测单元和/或贝塔射线粉尘仪。
根据上述的烟尘浓度直读监测系统，优选地，所述光散射颗粒物检测单元和贝塔射线粉尘仪依次设置在所述切换单元下游的管路上。
本发明还提供了烟尘浓度直读监测方法，该发明目的是通过以下技术方案实现的：
根据上述的烟尘浓度直读监测系统的烟尘浓度直读监测方法，所述烟尘浓度直读监测方法包括以下步骤：
(A1)根据烟道内烟气的流速、稀释比得出第二流量计的校准流量；
(A2)调整所述切换单元，使得所述测量单元的烟气入口连通所述阀门和第一流量计之间的管道；
(A3)稀释气依次流过所述第一流量计、第二流量计，当所述第一流量计的读数为所述校准流量时，将所述第二流量计的读数调整到所述校准流量；
(A4)根据稀释比、烟道内烟气的当前流速得出目标流量；
(A5)调整所述切换单元，使得稀释气进入所述稀释装置内，与取样的烟道内的烟气混合；
测量单元测得混合气中颗粒物的含量；
(A6)调整取样装置，使得第二流量计的读数为所述目标流量；
(A7)根据所述颗粒物的含量、第一流量计和第二流量计的读数而获知烟气中烟尘浓度。
根据上述的烟尘浓度直读监测方法，优选地，在监测过程中，若所述当前流速发生变化，调整所述稀释气的流量，使得所述第二流量计的读数维持在所述目标流量；重新计算出当前稀释比并送步骤(A7)。
根据上述的烟尘浓度直读监测方法，可选地，在监测过程中，依次利用光散射颗粒物检测单元和贝塔射线粉尘仪分别测得颗粒物含量，并将光散射颗粒物检测单元的输出值调整为贝塔射线粉尘仪的输出值。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.通过采用烟道内稀释采样降低了进入到稀释装置的湿烟气露点温度，解决了烟气采样过程中的冷凝水，避免了采样过程中的采样损耗；
2.采用第一流量计和第二流量计的组合，无所谓第一流量计的准确与否，均能避免稀释比误差过大对测量精度带来的影响；
3.通过对烟气颗粒物进行等速追踪采样，有效地保证了颗粒物采样的代表性；
4.光散射颗粒物检测单元和贝塔射线粉尘仪的组合应用，实现了烟气细颗粒物连续在线精确检测，可以满足静电除尘器前后、湿法脱硫前后、湿式静电除尘器前后等工况中细颗粒物的浓度检测。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的烟尘浓度直读监测系统的结构简图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
图1示意性地给出了本发明实施例的烟尘浓度直读监测系统的结构图，如图1所示，所述烟尘浓度直读监测系统包括：
采样装置21、测速装置31、稀释装置22和测量装置24，所述稀释装置设置在烟道内，所述测量装置采用贝塔射线粉尘仪；
供气装置，所述供气装置包括管道、依次设置在所述管道上的加热单元11、第一流量计12、阀门13，所述阀门的输出端连接所述稀释装置；
切换单元23，如三通阀，所述切换单元用于使测量单元的烟气入口选择性地连通所述稀释装置、所述阀门和第一流量计之间的管道；
第二流量计25，所述第二流量计设置在所述测量单元下游的管路上。
根据上述的烟尘浓度直读监测系统，优选地，所述稀释装置设置在烟道内。
本发明实施例的烟尘浓度直读监测方法，也即上述烟尘浓度直读监测系统的工作过程，所述烟尘浓度直读监测方法包括以下步骤：
(A1)根据等速追踪的要求，以及烟道内烟气的流速、稀释比得出第二流量计的校准流量；
(A2)调整所述切换单元，使得所述测量单元的烟气入口连通所述阀门和第一流量计之间的管道；
(A3)稀释气依次流过所述第一流量计、第二流量计，当所述第一流量计的读数为所述校准流量时，将所述第二流量计的读数调整到所述校准流量；
(A4)根据稀释比、烟道内烟气的当前流速得出目标流量；
(A5)调整所述切换单元，使得稀释气进入所述稀释装置内，与取样的烟道内的烟气混合；
测量单元测得混合气中颗粒物的含量；
(A6)调整取样装置，使得第二流量计的读数为所述目标流量；
(A7)根据所述颗粒物的含量、第二流量计和第一流量计的读数之差(也即烟气流量)而获知烟气中烟尘浓度。
在上述监测过程中，若所述当前流速发生变化，调整所述稀释气的流量，使得所述第二流量计的读数维持在所述目标流量；重新计算出当前稀释比并送步骤(A7)。
实施例2：
本发明实施例的烟尘浓度直读监测系统，与实施例1不同的是：
测量装置包括依次设置在切换单元下游管路上的光散射颗粒物检测单元和贝塔射线粉尘仪。
在监测过程中，依次利用光散射颗粒物检测单元和贝塔射线粉尘仪分别测得颗粒物含量，并将光散射颗粒物检测单元的输出值调整为贝塔射线粉尘仪的输出值；利用光散射颗粒物检测单元实现烟尘浓度的连续测量。
Claims (7)
1.一种烟尘浓度直读监测系统，所述烟尘浓度直读监测系统包括测速装置、稀释装置和测量装置，其特征在于：所述烟尘浓度直读监测系统进一步包括：
供气装置，所述供气装置包括管道、依次设置在所述管道上的加热单元、第一流量计、阀门，所述阀门的输出端连接所述稀释装置；
切换单元，所述切换单元用于使测量单元的烟气入口选择性地连通所述稀释装置、所述阀门和第一流量计之间的管道；
第二流量计，所述第二流量计设置在所述测量单元下游的管路上。
2.根据权利要求1所述的烟尘浓度直读监测系统，其特征在于：所述稀释装置设置在烟道内。
3.根据权利要求1所述的烟尘浓度直读监测系统，其特征在于：所述测量装置包括光散射颗粒物检测单元和/或贝塔射线粉尘仪。
4.根据权利要求3所述的烟尘浓度直读监测系统，其特征在于：所述光散射颗粒物检测单元和贝塔射线粉尘仪依次设置在所述切换单元下游的管路上。
5.根据权利要求1-3任一所述的烟尘浓度直读监测系统的烟尘浓度直读监测方法，所述烟尘浓度直读监测方法包括以下步骤：
(A1)根据烟道内烟气的流速、稀释比得出第二流量计的校准流量；
(A2)调整所述切换单元，使得所述测量单元的烟气入口连通所述阀门和第一流量计之间的管道；
(A3)稀释气依次流过所述第一流量计、第二流量计，当所述第一流量计的读数为所述校准流量时，将所述第二流量计的读数调整到所述校准流量；
(A4)根据稀释比、烟道内烟气的当前流速得出目标流量；
(A5)调整所述切换单元，使得稀释气进入所述稀释装置内，与取样的烟道内的烟气混合；
测量单元测得混合气中颗粒物的含量；
(A6)调整取样装置，使得第二流量计的读数为所述目标流量；
(A7)根据所述颗粒物的含量、第一流量计和第二流量计的读数而获知烟气中烟尘浓度。
6.根据权利要求5所述烟尘浓度直读监测方法，其特征在于：在监测过程中，若所述当前流速发生变化，调整所述稀释气的流量，使得所述第二流量计的读数维持在所述目标流量；重新计算出当前稀释比并送步骤(A7)。
7.根据权利要求5所述烟尘浓度直读监测方法，其特征在于：在监测过程中，依次利用光散射颗粒物检测单元和贝塔射线粉尘仪分别测得颗粒物含量，并将光散射颗粒物检测单元的输出值调整为贝塔射线粉尘仪的输出值。
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