CN105806804A - 一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪 - Google Patents

一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，包括机箱、进气口、加热预处理装置、采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置，所述加热预处理装置包括加热器、高温球阀和二级过滤器，所述数据处理及显示装置包括CPU、数据传输模块和液晶显示屏；所述采样和校准装置包括采样泵、校准电磁阀和干扰电磁阀；所述高温球阀的输入端通过管道和进气口连接外界伴热管，高温球阀的输出端通过管道连接二级过滤器的输入端，所述二级过滤器的输出端通过管道连接氨气分析装置，所述氨气分析装置与采样泵连接。本发明可同时测量多种气体，有效避免各组分相互干扰；且测量灵敏度高、响应时间短，不受背景气体干扰。

Description

一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪
技术领域
本发明属于气体监测领域，尤其涉及一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪。
背景技术
目前，NH3在线监测大多采用激光原位对穿式测量技术或者稀释采样、转化为NO、化学发光测量技术进行监测；
稀释采样、转化为NO、化学发光测量技术属于间接测量法的安装方式为：稀释抽取，通过气路接到分析小屋；先对气体稀释，避免水气冷凝，然后再转化；其存在下述缺点：1.测量准确性较低，气体稀释和转化过程都会引入误差，且误差会放大；2.现场安装较复杂，需要建分析小屋，烟道和分析小屋之间需要布线，需要提供超低露点压缩空气；3.系统结构复杂，维护麻烦；4.系统制作和使用成本高；5.系统响应时间较差，影响气体分析效率。
激光原位对穿式测量技术的安装方式为原位对穿式安装；虽然采用了较为先进的TDLAS直接测量技术，但是存在下述缺陷：1.测量准确性较低，容易受烟道内粉尘以及温度、压力、流速变化的干扰；2.对大烟道来讲，因为光路限制，只能安装在角落中，测点不典型；3.现场安装较复杂，需要在烟道上开两个孔，并做光路对准；4.受烟道振动影响大，因为烟道振动会导致光路发生变化；5.不具备自动校准功能，校准麻烦，需要将探头拆下来，利用标定管标定；6.维护麻烦，需要拆下探头来维护，7.工矿适应性较低，不适用于高粉尘和高温场合；8.系统制作和使用成本高。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种可同时测量多种气体，有效避免各组分相互干扰；且测量灵敏度高、响应时间短，不受背景气体干扰的脱硝氨逃逸一体化在线监测仪。
本发明的技术方案：一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，包括机箱、设置在机箱上的进气口、设置在机箱内的加热预处理装置、采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置，
所述加热预处理装置包括加热器、高温球阀和二级过滤器，
所述数据处理及显示装置包括CPU、数据传输模块和液晶显示屏；
所述采样和校准装置包括采样泵、校准电磁阀和干扰电磁阀；
所述温控装置包括温度显示仪、温控仪、温度传感器和若干固态继电器；所述温控仪的信号接收端连接温度传感器，温控仪的控制端连接加热器；
所述高温球阀的输入端通过管道和进气口连接外界伴热管，高温球阀的输出端通过管道连接二级过滤器的输入端，所述二级过滤器的输出端通过管道连接氨气分析装置，所述氨气分析装置与采样泵连接；
所述CPU的数据接收端通过数据传输模块连接氨气分析装置，CPU的信号输出端连接液晶显示屏。
优选地，所述机箱包括上机箱和下机箱，所述预加热处理装置设置在上机箱内，所述采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置设置在下机箱内。
优选地，所述供电及对外接口装置包括开关电源、供电插座、对外接线口、对外输出接线端子和若干控制继电器，所述对外输出接线端子固定在下机箱的底面上，所述供电插座和控制继电器设置在下机箱背板上，所述开关电源设置在下机箱的侧壁上。
优选地，所述高温球阀的阀体设置在上机箱内，高温球阀的调节杆伸出在上机箱外，高温球阀与伴热管之间设有反吹阀和压力变送器。
优选地，所述氨气分析装置包括恒温光谱仪和高温气体室，所述高温气体室通过管道与二级过滤器连接，所述温控仪包括配合恒温光谱仪的光谱仪温控仪和配合高温气体室的气体室温控仪。
优选地，所述上机箱上设有上机箱门，所述下机箱上设有下机箱门，所述上机箱门上设有配合预加热处理装置的保温板和保温棉。
优选地，所述下机箱门上部设有上门锁和加强筋，下机箱门下部设有下门锁和资料放置盒，所述下机箱一侧上部设有风扇罩。
优选地，所述对外输出接线端子一侧设有配合供电插座的电源滤波器，所述开关电源一侧上方设有涡流制冷器，所述下机箱中部设有隔板，所述涡流制冷器通过制冷器支架固定在隔板底部。
优选地，所述下机箱侧壁上还设有第一过滤减压阀和第二过滤减压阀，所述第一过滤减压阀通过管道连接校准电磁阀，所述第二过滤减压阀通过管道连接干扰电磁阀。
优选地，所述下机箱底部还设有配合对外输出接线端子的U型轨道，所述U型轨道两端设有配合对外输出接线端子的端子固定片。
本发明的氨气分析装置采用最先进的TDLAS技术测量氨气、紫外差分（DOAS）技术测量SO2/NOx、氧化锆法测量氧气。
TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）是可调谐二极管激光吸收光谱技术的简称，由于激光二极管采用半导体材料制成，通常又称为可调谐半导体激光吸收光谱技术。
DOAS（DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy）是一种光谱监测技术，其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分，并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度。凭借其低廉且简单的设备装置和出色的监测能力，DOAS技术在大气监测领域内在国外已经被广泛应用。
氧化锆测量原理：被测气体（烟气）通过传感器进入氧化锆管的内侧，参比气体（空气）通过自然对流进入传感器的外侧，当锆管内外侧的氧浓度不同时，在氧化锆管内外侧产生氧浓差电势（在参比气体确定情况下，氧化锆输出的氧浓差电势与传感器的工作温度和被测气体浓度呈函数对应关系）该氧浓差电动势经显示仪表转化成与被测烟气含氧量呈线性关系的标准信号供显示和输出。
本发明整个气体流路200°C以上高温伴热，并定期自动反吹，避免高粉尘和铵盐结晶堵塞过滤器和管道、以及污染分析仪气体室，免维护周期长；采用高温抽取采样测量NH3，与原位对穿式相比，具有不受烟道内粉尘、温度、压力波动的影响、可实现自动校准等优势；现场安装（采用1～2米长不锈钢伴热管）、气体室采用多次折返光路（确保探头到气体室出口的容积小于0.5L）、气路采用316L不锈钢材质，有效避免NH3强吸附性影响响应时间；可以选择最典型的测点进行采样测量，避免原位对穿式测点不典型的问题（尤其是大烟道场合，分析仪只能安装在角落中）。
本发明的安装方式为：高温伴热抽取，具备下述有益效果：1.测量准确性高，两级过滤，测量室内无尘，温度、压力稳定，有温度和压力补偿，测量数据准确；2.分析仪置于测点附近；3.可任意选择取样点，确保测点典型性；4.不受烟道振动影响；5.校准方便，且支持自动校准，流路容积小，节省标气；6.气体室短，清洗和维护方便；7.抽取时可以过滤粉尘和调节温度，工矿适应性强；8.响应时间短，测量效率高。
附图说明
图1为本发明的内部结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为图2中I的放大图；
图4为本发明的安装示意图；
图5为本发明的流程示意图；
图中1.上机箱，2.下机箱，3.上机箱内衬板，4.下机箱背板，5.上机箱门保温板，6.高温球阀的阀体，7.温度传感器，8.二级过滤器，9.高温球阀的调节杆，10.校准电磁阀，11.干扰电磁阀，12.第一过滤减压阀，13.液晶显示屏，14.恒温光谱仪，15.固态继电器，16.温度显示仪，17.对外接线口，18.第二过滤减压阀，19.对外输出接线端子，20.控制继电器，21.数据传输模块，22.光谱仪温控仪，23.高温气体室，24.加强筋，25.资料放置盒，26.保温棉，27.下机箱门，28.上机箱门，29.风扇罩，30.涡流制冷器，31.制冷器支架，32.开关电源，33.电源滤波器，34.气体室温控仪，35.伴热管，36.采样探头，37.进气口，38.气体室温控仪，39.供电插座，40.上门锁，41.下门锁，42.隔板，43.U型轨道，44.端子固定片，45.平台，46.监测仪，47.标气瓶，48.工业空调，49.空气压缩机，50.系统电源，51.配电箱，52.采样区，53.压力变送器，54.反冲阀，55.高温球阀，56.氨气分析装置，57.高温伴热区域，58.采样泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。
如图1-3所示，一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，包括机箱、设置在机箱上的进气口37、设置在机箱内的加热预处理装置、采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置，
加热预处理装置包括加热器、高温球阀和二级过滤器8，
数据处理及显示装置包括CPU、数据传输模块21和液晶显示屏13；
所述采样和校准装置包括采样泵58、校准电磁阀10和干扰电磁阀11；
温控装置包括温度显示仪16、温控仪、温度传感器7和若干固态继电器15；温控仪的信号接收端连接温度传感器7，温控仪的控制端连接加热器；
高温球阀的输入端通过管道和进气口37连接外界伴热管35，高温球阀的输出端通过管道连接二级过滤器8的输入端，二级过滤器8的输出端通过管道连接氨气分析装置，氨气分析装置与采样泵58连接；
CPU的数据接收端通过数据传输模块21连接氨气分析装置，CPU的信号输出端连接液晶显示屏13。
机箱包括上机箱1和下机箱2，预加热处理装置设置在上机箱1内，采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置设置在下机箱2内。
供电及对外接口装置包括开关电源32、供电插座39、对外接线口17、对外输出接线端子19和若干控制继电器20，对外输出接线端子19固定在下机箱2的底面上，供电插座39和控制继电器20设置在下机箱背板4上，开关电源32设置在下机箱2的侧壁上。
高温球阀的阀体6设置在上机箱1内，高温球阀的调节杆9伸出在上机箱1外。
氨气分析装置包括恒温光谱仪14和高温气体室23，高温气体室23通过管道与二级过滤器8连接，温控仪包括配合恒温光谱仪14的光谱仪温控仪22和配合高温气体室23的气体室温控仪34。
上机箱1上设有上机箱门28，下机箱2上设有下机箱门27，上机箱门28上设有配合预加热处理装置的保温板5和保温棉26。
下机箱门27上部设有上门锁40和加强筋24，下机箱门27下部设有下门锁41和资料放置盒25，下机箱2一侧上部设有风扇罩29。
对外输出接线端子19一侧设有配合供电插座39的电源滤波器33，开关电源32一侧上方设有涡流制冷器30，下机箱2中部设有隔板42，涡流制冷器30通过制冷器支架31固定在隔板底部42。
下机箱2侧壁上还设有第一过滤减压阀12和第二过滤减压阀18，第一过滤减压阀12通过管道连接校准电磁阀10，第二过滤减压阀18通过管道连接干扰电磁阀11。
下机箱2底部还设有配合对外输出接线端子19的U型轨道43，U型轨道43两端设有配合对外输出接线端子19的端子固定片44。
本发明耐用且易于安装，特别适用于众多环保及工业过程气体排放监测，包括燃煤发电厂、铝厂、钢铁厂、冶炼厂、垃圾发电站、水泥厂和化工厂等。
本发明的安装和工作原理：
如图4和5所示，高温球阀55与伴热管35之间设有反吹阀54和压力变送器53。
在采样泵58的作用下，烟气经采样探头36（含滤芯）、伴热管35、高温球阀55、二级过滤器8进入NH3分析装置56，最后排出，整个流路全程200°C以上高温伴热，避免水冷凝、铵盐结晶、氨气吸附（管壁）。为避免高粉尘导致探头滤芯堵塞，系统定期关闭球阀，并通过控制反吹阀脉冲工作，反吹探头滤芯。
分析仪支持自动校准（调零和量程校准），校准时，测量流路关闭。
压力变送器用于补偿测量值、也可用于检验探头是否堵塞。
二级过滤器用于保护，确保探头泄漏或探头温控失效时，保护NH3分析装置。
本发明的技术指标：
测量方法：激光吸收光谱（TDLAS）+紫外差分（DOAS）＋氧化锆
测量组分及量程：NH3：0-10ppm（MIN）~0-100%（MAX）
SO2/NOX：0-50ppm（MIN）~0-100%（MAX）
O2：0-25%（MIN）~0-100%（MAX）
示值误差：±2%F.S
重复性：±2%F.S
响应时间：≤90s
零点漂移：2%F.S./7d
量程漂移：2%F.S./7d
防护等级：IP65
模拟接口：4路4-20mA输出(可配置，最大带载能力＜800欧)2路4-20mA输入(可灵活配置，100欧负载)
继电器输出：14路，可配置，DC30V2A
开关量输入：6路，可灵活配置
通讯接口：1路RS232，1路RS485，支持Modbus协议
电源：220±15%VAC／2KW
样气流速：1.5±0.1L/min
环境温度：－20oC～50oC
环境湿度：0%～95%RH。

Claims (10)

1.一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：其包括机箱、设置在机箱上的进气口、设置在机箱内的加热预处理装置、采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置，
所述加热预处理装置包括加热器、高温球阀和二级过滤器，
所述数据处理及显示装置包括CPU、数据传输模块和液晶显示屏；
所述采样和校准装置包括采样泵、校准电磁阀和干扰电磁阀；
所述温控装置包括温度显示仪、温控仪、温度传感器和若干固态继电器；所述温控仪的信号接收端连接温度传感器，温控仪的控制端连接加热器；
所述高温球阀的输入端通过管道和进气口连接外界伴热管，高温球阀的输出端通过管道连接二级过滤器的输入端，所述二级过滤器的输出端通过管道连接氨气分析装置，所述氨气分析装置与采样泵连接；
所述CPU的数据接收端通过数据传输模块连接氨气分析装置，CPU的信号输出端连接液晶显示屏。
2.根据权利要求1所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述机箱包括上机箱和下机箱，所述预加热处理装置设置在上机箱内，所述采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置设置在下机箱内。
3.根据权利要求2所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述供电及对外接口装置包括开关电源、供电插座、对外接线口、对外输出接线端子和若干控制继电器，所述对外输出接线端子固定在下机箱的底面上，所述供电插座和控制继电器设置在下机箱背板上，所述开关电源设置在下机箱的侧壁上。
4.根据权利要求2所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述高温球阀的阀体设置在上机箱内，高温球阀的调节杆伸出在上机箱外，高温球阀与伴热管之间设有反吹阀和压力变送器。
5.根据权利要求2所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述氨气分析装置包括恒温光谱仪和高温气体室，所述高温气体室通过管道与二级过滤器连接，所述温控仪包括配合恒温光谱仪的光谱仪温控仪和配合高温气体室的气体室温控仪。
6.根据权利要求2所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述上机箱上设有上机箱门，所述下机箱上设有下机箱门，所述上机箱门上设有配合预加热处理装置的保温板和保温棉。
7.根据权利要求6所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述下机箱门上部设有上门锁和加强筋，下机箱门下部设有下门锁和资料放置盒，所述下机箱一侧上部设有风扇罩。
8.根据权利要求3所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述对外输出接线端子一侧设有配合供电插座的电源滤波器，所述开关电源一侧上方设有涡流制冷器，所述下机箱中部设有隔板，所述涡流制冷器通过制冷器支架固定在隔板底部。
9.根据权利要求2所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述下机箱侧壁上还设有第一过滤减压阀和第二过滤减压阀，所述第一过滤减压阀通过管道连接校准电磁阀，所述第二过滤减压阀通过管道连接干扰电磁阀。
10.根据权利要求3所述的一种脱硝氨逃逸一体化在线监测仪，其特征在于：所述下机箱底部还设有配合对外输出接线端子的U型轨道，所述U型轨道两端设有配合对外输出接线端子的端子固定片。
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