CN106053306B - 一种大型污染源废气排放测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型污染源废气排放测试系统，本测试系统包括：颗粒物测试结构、污染物测试结构、质量流量测试结构、数据接口、计算机；颗粒物测试结构包括：空气压缩机、空气干燥器、空气过滤器、空气压力调整器、颗粒物测试模块、样气出口、样气进口；污染物测试结构包括：加热型采样管、加热滤膜、采样泵、冷却器、冷凝器、NDIR测试模块、NDUV测试模块、HFID测试模块；质量流量测试结构包括温度压力传感器和流量计。本发明可以同时测量废气中的颗粒物浓度、废气中的碳氢、碳氧、氮氧污染物浓度、废气的质量流量，使用计算机实时存储测量数据可以方便数据即时同一的处理，简化了废气污染物检测的流程。
Description
技术领域
本发明涉及废气排放检测技术领域，尤其涉及一种大型污染源废气排放测试系统
背景技术
目前，越来越多的大型污染源应用于工业生产、交通运输和日常生活中，包括船舶辅机、大型发电机、锅炉等。
一般的轮船有三大锅炉：主锅炉，辅助锅炉，和废气锅炉。驱动船舶辅机、设备和供应生活用汽的锅炉称为辅助锅炉；废气锅炉的作用是，在船舶的航行中，将排气通入在主机烟道中特设的锅炉中，利用主机排气的热能，把锅炉中的水加热成饱和蒸汽，以替代辅助锅炉，同时又提高了动力装置的热效率。
我国火力发电主要以燃煤为主，占80％左右。燃煤电厂的废气主要来源于锅炉燃烧产生的烟气、气力输灰系统中间灰库排气和煤场产生的含尘废气，以及煤场、原煤破碎及煤输送所产生的煤尘。
这些污染源在工作过程中，向大气环境排放出大量的气体污染物SO2、NOx、CO、CO2、有机物以及PM2.5等对人体有害的物质。而目前针对大型污染源排放废气的测试大多需要在现场采样后回到实验室环境下分析，在大型污染源排放废气现场实施检测的设备较少，能够同时对大型污染源排放的废气的多个参数进行检测的测试系统更少，没有形成能够使用户精确测量废气排放的测试系统，给废气排放的检测与控制带来不便。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种大型污染源废气排放测试系统，用以同时对大型污染源排放的废气的多个参数进行检测，测试系统操作简单，测量精度较高。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
一种大型污染源废气排放测试系统，该测试系统包括：颗粒物测试结构、污染物测试结构、质量流量测试结构、数据接口、计算机；
颗粒物测试结构包括：空气压缩机、空气干燥器、空气过滤器、空气压力调整器、颗粒物测试模块、样气出口、样气进口；
污染物测试结构包括：加热型采样管、加热滤膜、采样泵、冷却器、冷凝器、NDIR测试模块、NDUV测试模块、HFID测试模块；
所述质量流量测试结构包括：温度压力传感器、流量计。
样气出口、样气进口、加热型采样管、温度压力传感器、流量计分别与废气管道相连。
颗粒物测试结构中，空气压缩机、空气干燥器、空气过滤器、空气压力调整器按顺序相连，制备洁净的压缩空气，并通入颗粒物测试模块。
颗粒物测试模块中含有的法拉第杯和传感器，法拉第杯内有电晕充电器，压缩空气被铂电晕针产生的约为2千伏高压放电电离，形成正离子和负离子，正离子被推动通过喷射器喉部；由于压缩空气流动导致喉部产生的负压用于抽吸样气，压缩空气的流量由空气泵产生，此流量与废气管中的流量无关；压缩空气中携带的部分正离子与样气中的颗粒物相结合，负离子和未与颗粒物结合的正离子被来自中央电极的正捕集电压产生的电场推动向传感器壁聚集，达到去除负离子和自由正离子的目的，同时只有与正离子结合的颗粒物离开传感器。传感器中的静电计用于测量法拉第杯在充电前(样气进口)与充电后(样气出口)的电势差，此差值与废气中颗粒物的质量和数量浓度成正比；颗粒物测试模块采样压力范围为1-10bar，采样温度最高为850℃。
传感器采用了离子迁移分析方法；传感器的响应时间小于0.3s，颗粒物粒径测试范围为，23nm-2500nm，颗粒物浓度测试范围为1μg/m3-250mg/m3。
污染物测试结构中，加热型采样管、加热滤膜、采样泵按顺序相连。
采样泵具有两个输出通道，其中一个连接至HFID测试模块，另一个依次连接冷却器、冷凝器、NDIR测试模块和NDUV测试模块。使用采样泵通过加热型采样管将样气引入仪器，使用加热滤膜对样气进行过滤，一部分样气进入到HFID模块中，另一部分样气通过冷却器和冷凝器，以去除样气中的水分，然后依次进入NDIR模块和NDUV模块。HFID测试模块利用氢火焰离子化分析方法测定碳氢化合物的浓度；NDIR测试模块利用非分散式红外分析方法测定CO和CO2浓度；NDUV模块利用非分散式紫外线分析方法测定NO和NO2浓度。HFID测试模块测量最小浓度范围为0-90ppm，最大浓度范围为0-30000ppm，精确度为±1％读数，响应时间为2.5s以下；NDIR测试模块测量上限为100％，测量下限为1ppm；NDUV测试模块针对NO测试范围为0-3000ppm，针对NO2测试范围为0-500ppm，测试分辨率均为0.3ppm，准确度均为±2％读数，响应时间均为小于2.5s。
质量流量测试结构中，温度压力传感器可以测得废气的温度及压力，并计算求得废气密度大小；流量计可以测得废气的体积流量；根据废气的密度及其体积流量，可计算求得废气的质量流量。
颗粒物测试模块、HFID测试模块、NDIR测试模块、NDUV测试模块、温度压力传感器、流量计均与所述数据接口相连接，数据接口与计算机相连接，测得的实时排放数据显示并存储在计算机内。
本发明有益效果如下：
1、本发明分别通过，颗粒物测试结构、污染物测试结构、质量流量测试结构可以分别测量或间接测量废气中的颗粒物浓度、废气中的碳氢、碳氧、氮氧污染物浓度、废气的质量流量，并使用计算机实时存储测量数据，因而可以方便数据即时同一的处理。本发明可以同时测量并处理废气的多项污染指标，无需“现场采样、实验室测量”的复杂过程，全程可在废气排放现场完成，具备较高的实时特性，操作方法简单易行，大大缩短了废气检测所消耗的时间，简化了大型污染源废气的排放控制。
2、本发明采用的测试结构响应时间短，测试范围广，测试精度高，其中，颗粒物测试结构响应时间可达0.3s以下，颗粒物粒径测试范围为：最小粒径可达23nm，最大粒径可达2.5μm，颗粒物质量浓度测试范围为1μg-250mg/m3；HFID测试模块测量响应时间可达2.5s以下，最小浓度范围可达0-90ppm，最大浓度范围可达0-30000ppm，精确度可达±1％读数；NDIR测试模块测量上限为100％，测量下限可进行微量(10-6级)分析，在一定量范围内，即使气体浓度有极小的变化也能检测出来；NDUV测试模块响应时间可达2.5以下，针对NO测试范围为0-3000ppm，针对NO2测试范围为0-500ppm，测试分辨率可达0.3ppm，准确度可达±2％读数。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，颗粒物测试结构1，空气压缩机11，空气干燥器12，空气过滤器13，空气压力调整器14，颗粒物测试模块15，样气出口16、样气进口17，污染物测试结构2，加热型采样管21、加热滤膜22、采样泵23、冷却器24、冷凝器25、NDIR测试模块26、NDUV测试模块27、HFID测试模块28，质量流量测试结构3，温度压力传感器,31，流量计32，数据接口4，计算机5。
图中，箭头为气体流动方向。
具体实施方式
本发明实施例提供一种大型污染源废气排放测试系统。
如图1所示为一种大型污染源的废气排放测试系统。
一种大型污染源废气排放测试系统，该测试系统包括：颗粒物测试结构1、污染物测试结构2、质量流量测试结构3、数据接口4、计算机5。
颗粒物测试结构1包括：空气压缩机11、空气干燥器12、空气过滤器13、空气压力调整器14、颗粒物测试模块15、样气出口16、样气进口17。
空气压缩机11、空气干燥器12、空气过滤器13和空气压力调整器14四者顺次相连，为颗粒物测试模块15提供压缩空气。
对大型污染源的废气颗粒物排放测试过程具体为：经由空气压缩机11、空气干燥器12、空气过滤器13、空气压力调整器14获得洁净压缩空气，然后送入颗粒物测试模块15；颗粒物测试模块15中含有的法拉第杯和传感器，法拉第杯内有电晕充电器，颗粒物在法拉第杯内被充电并被传感器内部的喷射稀释器推动；洁净的压缩空气被铂电晕针产生的约为2千伏高压放电电离，形成正离子和负离子，正离子被推动通过喷射器喉部；由于压缩空气流动导致喉部产生的负压用于抽吸样气，压缩空气的流量由空气泵产生，此流量与废气管中的流量无关；压缩空气中携带的部分正离子与样气中的颗粒物相结合，未与颗粒物结合的正离子被来自中央电极的正捕集电压产生的电场推动向传感器壁聚集，达到去除自由正离子的目的，同时只有与正离子结合的颗粒物离开传感器；传感器中的静电计用于测量法拉第杯在充电前(样气进口17)与充电后(样气出口16)的电势差，此差值与废气中颗粒物的质量和数量浓度成正比。
污染物测试结构2包括：加热型采样管21、加热滤膜22、采样泵23、冷却器24、冷凝器25、NDIR测试模块26、NDUV测试模块27、HFID测试模块28。
加热型采样管21、加热滤膜22和采样泵23顺次相连，采样泵23具有两个输出通道，其中一个连接至HFID测试模块28，另一个通过冷却器24和冷凝器25依次连接至NDIR测试模块26和NDUV测试模块27。
对大型污染源的废气中气体污染物排放测试过程具体为：使用采样泵23通过加热型采样管21将样气引入仪器，使用加热滤膜22对样气进行过滤，通过采样泵23后，一部分样气进入到HFID模块中28，利用氢火焰离子化分析方法(FID)测定碳氢化合物(HC)的浓度；另一部分样气通过冷却器24和冷凝器25，以去除样气中的水分，然后依次进入NDIR模块26和NDUV模块27，NDIR模块26利用非分散式红外分析方法(NDIR)测定CO和CO2浓度，NDUV模块27利用非分散式紫外线分析方法测定NO和NO2浓度。
质量流量测试结构3包括温度压力传感器31和流量计32，可通过温度压力传感器31测得废气的温度及压力，并计算求得废气密度大小；可通过流量计32测得废气的体积流量；可通过废气的密度及其体积流量，可计算求得废气的质量流量。
温度压力传感器31、流量计32、HFID测试模块28、NDIR测试模块26、NDUV测试模块27和颗粒物测试模块15均与数据接口4相连接，数据接口4与计算机5相连接，测得的实时排放数据显示并存储在计算机5内。
本实施例中测试了某型号大型发电机的污染物排放，结果显示，在某工况下运行时，其排气流速为8.8645m/s，体积流量为0.9890m3/s,质量流量为1232.32mg/s，CO2体积浓度为5.28％，CO体积浓度为0.025％，HC体积浓度为12.2ppm，NOx体积浓度为809.4ppm，颗粒物排放为4.5601mg/s；CO2质量浓度为65.0665g/s，CO质量浓度为0.3081g/s，NOx质量浓度为0.9974g/s。此次测试数据与理论数据对比显示，本发明可精确测量大型污染源废气中各种污染物的排放。
本发明通过颗粒物测试结构、污染物测试结构、质量流量测试结构可以分别测量或间接测量废气中的颗粒物浓度、废气中的碳氢、碳氧、氮氧污染物浓度、废气的质量流量，测量结果比较准确，可直接用于大型污染源的废气排放量的比较；此外，使用计算机实时存储测量数据，因而可以方便数据即时同一的处理，可以得到废气污染物含量的变化趋势，以及时控制废气排放；本发明操作方法简单易行，简化了大型污染源废气的排放控制过程。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种大型污染源废气排放测试系统，该测试系统包括：颗粒物测试结构(1)、污染物测试结构(2)、质量流量测试结构(3)、数据接口(4)、计算机(5)；
所述颗粒物测试结构(1)包括：空气压缩机(11)、空气干燥器(12)、空气过滤器(13)、空气压力调整器(14)、颗粒物测试模块(15)、样气出口(16)、样气进口(17)；
所述污染物测试结构(2)包括：加热型采样管(21)、加热滤膜(22)、采样泵(23)、冷却器(24)、冷凝器(25)、NDIR测试模块(26)、NDUV测试模块(27)、HFID测试模块(28)；
所述质量流量测试结构(3)包括：温度压力传感器(31)、流量计(32)；
所述颗粒物测试模块(15)中含有的法拉第杯和传感器；所述法拉第杯内有电晕充电器；所述电晕充电器中有铂电晕针，能够产生约为2千伏高压，用以放电电离洁净的压缩空气；电离后的正离子被推动通过传感器内部的喷射器的喉部，压缩空气中携带的部分正离子与样气中的颗粒物相结合，与正离子结合的颗粒物离开传感器，未与颗粒物结合的正离子被来自中央电极的正捕集电压产生的电场推动向传感器壁聚集，在样气进口(17)和样气出口(16)形成电势差；所述传感器中包含静电计，所述静电计用于测量法拉第杯在样气进口(17)与样气出口(16)的电势差，此差值与废气中颗粒物的质量和数量浓度成正比；所述颗粒物测试模块采样压力范围为1-10bar，采样温度最高为850℃。
2.根据权利要求1所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述样气出口(16)、样气进口(17)、加热型采样管(21)、温度压力传感器(31)、流量计(32)分别与废气管道相连。
3.根据权利要求1所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述空气压缩机(11)、空气干燥器(12)、空气过滤器(13)、空气压力调整器(14)按顺序相连，外界空气经所述空气压缩机(11)、空气干燥器(12)、空气过滤器(13)、空气压力调整器(14)处理，制备成为洁净的压缩空气，并通入所述颗粒物测试模块(15)。
4.根据权利要求3所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述传感器采用了离子迁移分析方法；所述传感器的响应时间小于0.3s，颗粒物粒径测试范围为23nm-2500nm，颗粒物浓度测试范围为1μg/m3-250mg/m3。
5.根据权利要求4所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述加热型采样管(21)、加热滤膜(22)、采样泵(23)按顺序相连，废气样气通过所述加热型采样管(21)，被泵入所述的污染物测试结构(2)。
6.根据权利要求5所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述采样泵(23)具有两个输出通道，其中一个连接至HFID测试模块(28)，另一个依次连接冷却器(24)、冷凝器(25)、NDIR测试模块(26)和NDUV测试模块(27)；所述HFID测试模块的浓度测量范围为0-30000ppm，精确度为±1％读数，响应时间为2.5s以下；所述NDIR测试模块测量上限为100％，测量下限为1ppm；所述NDUV测试模块针对NO测试范围为0-3000ppm，针对NO2测试范围为0-500ppm，测试分辨率均为0.3ppm，准确度均为±2％读数，响应时间均小于2.5s。
7.根据权利要求6所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述HFID测试模块的浓度测量范围为0-90ppm。
8.根据权利要求1所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述温度压力传感器(31)能够测得废气的温度及压力，并计算求得废气密度大小；所述流量计(32)能够测得废气的体积流量；根据废气的密度及其体积流量，计算求得废气的质量流量。
9.根据权利要求1所述的大型污染源废气排放测试系统，其特征在于，所述颗粒物测试模块(15)、HFID测试模块(28)、NDIR测试模块(26)、NDUV测试模块(27)、温度压力传感器(31)、流量计(32)均与所述数据接口(4)相连接，数据接口(4)与计算机(5)相连接，测得的实时排放数据显示并存储在计算机(5)内。
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