CN106323830A - 一种高湿烟气粉尘监测系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高湿烟气粉尘监测系统及其方法，所述监测系统包括检测单元和处理单元，检测单元用于测量静电感应产生的电荷信号围绕着电荷平均值的扰动量；处理单元根据所述扰动量来确定颗粒浓度；所述检测单元与所述处理单元连接。本发明还提供了基于上述高湿烟气粉尘监测系统的检测方法。本发明的有益效果为提供一种受环境影响小、检测周期较短的高湿烟气粉尘监测系统及其方法。
Description
技术领域
本发明涉及环保监测领域，更具体的说，涉及一种高湿烟气粉尘监测系统及其方法。
背景技术
在工业生产中，比如火力电厂，垃圾焚烧电厂，化工厂，造纸厂等行业会把生产所产生的废气排放到大气中，所排放的废气需要符合国家环保部门的标准，现有的粉尘在线监测方法已经不能适用于烟气中低浓度的粉尘监测要求，尤其是电厂等行业实施超洁净排放后如何高效、便捷地开展烟气中的粉尘在线监测成为行业内的难题。
现有烟气中的粉尘监测方法分为直接法和间接法；直接法为手工称重法，间接法又分为光散射法及吸收法。
手工称重法是直接法，严格按照粉尘浓度计算公式进行测量，检测结果与抽气泵取气体体积和天平称重两个因素有关，不受外界其它因素影响，测量精度较高，但是在操作中比较繁琐，检测周期比较长，在现场很难实现，一般用于对间接法进行标定。
光散射法及吸收法在粉尘浓度传感器和测尘仪中广泛应用，但是其光学检测窗口容易被粉尘污染、气路容易阻塞，造成维护频繁，是此方法最大的弊端，也是粉尘浓度传感器发展所面临的难题。
因此，提供一种受环境影响较小，检测周期较短的烟气粉尘监测系统成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种受环境影响小、检测周期较短的高湿烟气粉尘监测系统及其方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高湿烟气粉尘监测系统，包括：检测单元，用于测量静电感应产生的电荷信号围绕着电荷平均值的扰动量；处理单元，根据所述扰动量来确定颗粒浓度；所述检测单元与所述处理单元连接。
优选的，所述检测单元包括探头，所述探头包括金属探棒，所述金属探棒设置在待测烟道管内，所述金属探棒用于获取流经待测烟道管内的颗粒、根据颗粒流经金属探棒时与探头之间的动态电荷产生信号。
优选的，所述探头还包括隔离保护层、法兰以及信号输出端，所述金属探棒与功能管连接，所述金属探棒上套设有隔离保护层，所述法兰连接所述功能管和所述信号输出端。
优选的，所述处理单元包括处理器，所述处理器通过神经网络算法将动态电荷产生信号处理为浓度信号。
优选的，所述浓度信号通过4至20毫安的信号输出。
优选的，所述处理单元还包括显示面板，所述显示面板的输入端与所述处理器的输出端连接，所述显示面板用于显示所述处理器处理得到的浓度信号。
优选的，所述处理器还包括电荷放大器、滤波器、信号跟随器和电流环路变换器，所述金属探棒的输出端与所述电荷放大器输入端连接 ；所述金属探棒吸附颗粒的电荷，所述金属探棒形成交流电信号，并将所述交流传送到所述电荷放大器，所述电荷放大器放大该交流电信号并转换成电压信号后，通过所述滤波器滤波传送到所述信号跟随器，所述信号跟随器稳定该电压信号，并传送到所述电流环路变换器，所述电流环路变换器输出与粉尘浓度对应的电流，且所述电流环路变换器与外界电源电连接。
优选的，所述处理单元还包括电压选着开关，所述电压选择开关用于控制处理器电压输入端电压选择。
优选的，还包括前处理装置，粉尘经过这个前处理装置后再经过检测单元，然后将检测信号传到处理单元，最终形成监测数据，其包括固定设置在烟道上的引流管，该引流管一端的引流口深入烟道内部，所述的引流管内从引流口向另一端方向依次设有粉尘浓度计和提供抽气动力的调速风机，所述的引流管内还设有两温压流测试管：第一温压流测试管和第二温压流测试管，所述的第一温压流测试管设置在引流管的引流口处，所述的第二温压流测试管设置在粉尘浓度计与调速风机之间，所述的前处理装置还包括分别连接控制第一温压流测试管、粉尘浓度计、第二温压流测试管和调速风机的PLC数采控制箱。
一种高湿烟气粉尘监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：高效前处理系统，将烟气在1.5米距离内加热至140℃以上，并送至下游传感器
B：金属探棒获取流经待测烟道管内的颗粒、根据粉颗粒经金属探棒时与探头之间的动态电荷产生信号；
C：动态电荷产生信号进行放大滤波处理；
D：将滤波处理以后的信号进行采集和转换处理，并将信号送入处理器进行计算分析，得到浓度信号；
E：将浓度通过显示面板进行显示。
本发明的有益效果为：通过检测单元通过测量静电感应产生的电荷信号围绕着电荷平均值的量，通过扰动量产生交流信号，处理单元根据扰动量来确定颗粒浓度，这样监测烟气粉尘的颗粒浓度时，操作相对简单、且检测周期较短，同时该检测系统受外界环境中温度湿度影响小，能够有效避免湿度干扰、温度影响及光散射不佳等问题，不容易受到环境的影响，提高测量的准确性，并且不受吸附在电极上粉尘颗粒的影响，不受周围固定静电源的干扰，不会产生累计电荷，安全可靠。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例探头的结构示意图；
图3是本发明实施例前处理装置结构示意图。
其中，10、检测单元，101、金属探棒，102、隔离保护层、103、功能管，104、法兰，105、输出端，1、烟道，2、引流管，3、第一法兰，4、第一温压流测试管，5、加热温控器，6、粉尘浓度计，7、第二温压流测试管，8、粉尘过滤器，9、调速风机， 11、PLC数采控制箱，12、反吹控制箱。
具体实施方式
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
根据图1、2所示，本发明包括一种高湿烟气粉尘监测系统，该烟气粉尘监测系统包括，检测单元10和处理单元20，检测单元10和处理单元连接20，检测单元10用于测量静电感应产生的电荷信号围绕着电荷平均值的扰动量；处理单元20根据所述扰动量来确定颗粒浓度。
其中，检测单元10包括探头，探头包括金属探棒101，隔离保护层102、法兰104以及信号输出端105，金属探棒101设置在待测烟道管内，金属探棒101用于获取流经待测烟道管内的颗粒、根据颗粒流经金属探棒101时与探头之间的动态电荷产生信号，金属探棒101与功能管103连接，金属探棒101上套设有隔离保护层102，法兰104连接功能管103和信号输出端105。
进一步的，隔离保护层102为特氟龙保护层。隔离保护层102采用特氟龙保护层，大大提升探头的抗磨损、抗粘附及抗腐蚀性能，能够极大地延长其使用寿命。当然隔离保护102层也可以采用其他材料，在本实施例中采用特氟龙保护层只是为了更好的说明本发明实施例，在此不做限定，因此在本领域技术人员不付出创造性劳动的情况下，不能认为隔离保护层仅仅是采用特氟龙保护层。
其中，处理单元20包括：处理器，显示面板，输入输出端子，电压选择开关，处理器包括电荷放大器、滤波器、信号跟随器和电流环路变换器，金属探棒的输出端与电荷放大器输入端连接，金属探棒吸附颗粒的电荷，金属探棒形成交流电信号，并将交流电信号传送到电荷放大器，电荷放大器放大该交流电信号并转换成电压信号后，通过滤波器滤波传送到信号跟随器，信号跟随器稳定该电压信号，并传送到电流环路变换器，电流环路变换器输出与粉尘浓度对应的电流，且电流环路变换器与外界电源电连接。
工作过程：将金属探棒101设置在通风管道内，当粉尘与金属探棒101产生碰撞后，金属探棒101便会吸附粉尘的电荷，使金属探棒101上的电荷发生移动，这种移动将间接地感应金属探棒101的电荷发生扰动，这种扰动即为围绕电荷标准偏移的扰动量，粉尘浓度越高，扰动量就越大，金属探棒101则将产生与扰动量对应的交流电信号。并且粉尘与金属探棒101碰撞后，由于金属探棒101的阻抗大，进而可使金属探棒101上的电荷发生变化而不会被吸收，从而可间接增大金属探棒101上电荷的扰动，进而产生完整的交流电信号。交流信号通过电荷放大器放大并转换成电压信号，再经过滤波器滤波后获得一定时间内累积的信号，也就是金属探棒101的干扰量接着经过信号跟随器输出稳定的交流电压信号，再通过模数转换器，将模拟交流电压信号转换成数字信号，接着通过隔离单元输出稳定的数字信号后，传送给微型处理器。微型处理器根据标定时下载的内部参数模型，控制所述数模转换器输出相应的电压信号，电压信号经过电流环路变换器转换成 4-20mA 的电流信号输出。通过观察电流表即可获得管道内的粉尘浓度所对应的电流，再将该电流进行线性计算，即可获得管道内的粉尘浓度。同时，微型处理器根据内部参数模型也可将数字信号直接计算转换成浓度，显示面板上也可直接读出粉尘浓度值。
进一步的，处理单元还包括电压选择开关，电压选择开关用于控制处理器电压输入端电压选择，处理器通过神经网络算法将动态电荷产生信号处理为浓度信号，处理单元还包括显示面板，显示面板的输入端与处理器的输出端连接，显示面板用于显示处理器处理得到的浓度信号。
下面将本将本发明应用在某钢铁厂脱硫烟气监测中，在4种不同的脱硫载荷工况下统计本发明检测的数据与同时段手工滤膜重量法（《环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法(GB/T15432-1995)》）数据比对，工况1应用该本发明检测系统得到检测结果，工况2为直流耦合电感法得到的检测结果，工况3为光散射法及吸收法得到的检测结果，工况4为手工称重法得到的检测结果，如表1所示。
表1 交流耦合法及手工参比法测定烟气中颗粒物数据比对表（单位：mg/m3）
以交流耦合在线监测信号为横坐标，以手工法常规监测浓度值（mg/m3）为纵坐标，利用最小二乘法进行线性回归，得到线性方程为Y=1.062X-0.452，线性相关度为0.9996。根据上述计算该在线系统线性相关系数r>0.85，允许区间具有95%的置信水平，满足《固定污染源烟气排放连续监测技术规范（HJ/T76-2007 附录5）》要求。
一种烟气粉尘监测方法，包括如下步骤：
A 金属探棒获取流经待测烟道管内的颗粒、根据粉颗粒经金属探棒时与探头之间的动态电荷产生信号；
B 动态电荷产生信号进行放大滤波处理 ；
C 将滤波处理以后的信号进行采集和转换处理，并将信号送入处理器进行计算分析，得到浓度信号；
D：将浓度通过显示面板进行显示。
本发明的有益效果为：通过检测单元通过测量静电感应产生的电荷信号围绕着电荷平均值的量，通过扰动量产生交流信号，处理单元根据扰动量来确定颗粒浓度，这样监测烟气粉尘的颗粒浓度时，操作相对简单、且检测周期较短，同时该检测系统受外界环境中温度湿度影响小，能够有效避免湿度干扰、温度影响及光散射不佳等问题，不容易受到环境的影响，提高测量的准确性，并且不受吸附在电极上粉尘颗粒的影响，不受周围固定静电源的干扰，不会产生累计电荷，安全可靠。
参见图3，本发明的烟气粉尘监测系统还包括前处理装置，粉尘经过这个前处理装置后再经过检测单元，然后将检测信号传到处理单元，最终形成监测数据。前处理装置包括通过第一法兰3密封固定在烟道1上的引流管2，该引流管2一端的引流口深入烟道1内部，引流管2内从引流口向另一端依次设有第一温压流测试管4、加热温控器5、粉尘浓度计6、第二温压流测试管7、粉尘过滤器8、调速风机9，粉尘浓度计6通过管螺纹固定在引流管2上，第一温压流测试管4焊接固定在引流管2的引流口处，粉尘过滤器8为Y型过滤器，调速风机9夹装设置在引流管2内，前处理装置还包括分别连接控制第一温压流测试管4、粉尘浓度计6、第二温压流测试管7和调速风机9的PLC数采控制箱11，以及分别连接第一温压流测试管4和第二温压流测试管7、起反吹清洗温压流测试管作用的反吹控制箱12，该反吹控制箱12还与PLC数采控制箱11相连接，粉尘过滤器8、调速风机9通过连接法兰与引流管2密封固定。
加装本前处理装置后使得整个测量系统的测量准确性与可靠性得到提高：本前处理装置通过等速、加热取样的方式实时测定烟气颗粒物含量，使采样测试的烟气粉尘的流速与温度与烟道内的保持一致，极大的保证了测试结果的准确性与可靠性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，包括：
检测单元，用于测量静电感应产生的电荷信号围绕着电荷平均值的扰动量；
处理单元，用于将高湿烟气在短距离内干燥；
所述检测单元与所述处理单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，所述检测单元包括探头，所述探头包括金属探棒，所述金属探棒设置在待测烟道管内，所述金属探棒用于获取流经待测烟道管内的颗粒、根据颗粒流经金属探棒时与探头之间的动态电荷产生信号。
3.根据权利要求2所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，所述探头还包括隔离保护层、法兰以及信号输出端，所述金属探棒与功能管连接，所述金属探棒上套设有隔离保护层，所述法兰连接所述功能管和所述信号输出端。
4.根据权利要求1所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，所述处理单元包括处理器，所述处理器通过神经网络算法将动态电荷产生信号处理为浓度信号。
5.根据权利要求4所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，所述浓度信号通过4至20毫安的信号输出。
6.根据权利要求4所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，所述处理单元还包括显示面板，所述显示面板的输入端与所述处理器的输出端连接，所述显示面板用于显示所述处理器处理得到的浓度信号。
7.根据权利要求4所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，所述处理器包括电荷放大器、滤波器、信号跟随器和电流环路变换器，所述金属探棒的输出端与所述电荷放大器输入端连接 ；所述金属探棒吸附颗粒的电荷，所述金属探棒形成交流电信号，并将所述交流传送到所述电荷放大器，所述电荷放大器放大该交流电信号并转换成电压信号后，通过所述滤波器滤波传送到所述信号跟随器，所述信号跟随器稳定该电压信号，并传送到所述电流环路变换器，所述电流环路变换器输出与粉尘浓度对应的电流，且所述电流环路变换器与外界电源电连接。
8.据权利要求6所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，所述处理单元还包括电压选择开关，所述电压选择开关用于控制处理器电压输入端电压选择。
9.据权利要求1-8任一所述的一种高湿烟气粉尘监测系统，其特征在于，还包括前处理装置，粉尘经过这个前处理装置后再经过检测单元，然后将检测信号传到处理单元，最终形成监测数据，所述前处理装置包括固定设置在烟道上的引流管，该引流管一端的引流口深入烟道内部，所述的引流管内从引流口向另一端方向依次设有粉尘浓度计和提供抽气动力的调速风机，所述的引流管内还设有两温压流测试管：第一温压流测试管和第二温压流测试管，所述的第一温压流测试管设置在引流管的引流口处，所述的第二温压流测试管设置在粉尘浓度计与调速风机之间，所述的前处理装置还包括分别连接控制第一温压流测试管、粉尘浓度计、第二温压流测试管和调速风机的PLC数采控制箱。
10.一种高湿烟气粉尘监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：高效前处理系统，将烟气在1.5米距离内加热至140℃以上，并送至下游传感器；
B：金属探棒获取流经待测烟道管内的颗粒、根据粉颗粒经金属探棒时与探头之间的动态电荷产生信号；
C：动态电荷产生信号进行放大滤波处理 ；
D：将滤波处理以后的信号进行采集和转换处理，并将信号送入处理器进行计算分析，得到浓度信号；
E：将浓度通过显示面板进行显示。
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