CN106770951B - 超低浓度烟气在线监测系统及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于烟气检测技术领域，具体涉及超低浓度烟气在线监测系统及分析方法。本发明公开了超低浓度烟气在线监测系统，包括烟气采样系统，气体预处理系统、干燥压缩空气发生系统、气体成分分析系统、温压流测量系统、数据采集传输控制系统；本发明还公开了涉及超低浓度烟气在线监测系统的分析方法。本发明的有益效果是气体采样装置整体进行加热处理，有效地防止了由于烟道内高湿环境导致的被测气体的溶解损失，流速测量稳定可靠，流速能更好的体现工况，采用了独立与研发设计的样气气体预处理系统，选用的特殊材料能够在极短时间内将烟气的水分去除，不会造成被测气体成分损失，操作组态软件界面友好，数据显示直观，用户操作简单易行。

Description

超低浓度烟气在线监测系统及分析方法

技术领域

本发明属于烟气检测技术领域，具体涉及超低浓度烟气在线监测系统及分析方法。

背景技术

烟气是气体和烟尘的混合物，是污染居民区大气的主要原因。烟气的成分很复杂，气体中包括水蒸汽、SO₂、N₂、O₂、CO、CO₂碳氢化合物以及氮氧化合物等，烟尘包括燃料的灰分、煤粒、油滴以及高温裂解产物等。因此烟气对环境的污染是多种毒物的复合污染。烟尘对人体的危害性与颗粒的大小有关，对人体产生危害的多是直径小于10微米的飘尘，尤其以1～2.5微米的飘尘危害性最大。因此烟气要进行处理后排放在大气中，处理后的烟气需要进行在线检测，以此来判断排放的烟气是否合格。

目前用于烟气在线监测系统的分析方法主要有：

冷干法：就是通过采样装置(通常为隔膜泵)将烟道内的气体(温度一般较高、湿度大)通过制冷处理，将烟气中的水分(湿度)去除，去除后的烟气通过气体压力和流量调制，达到分析仪表的要求，从而进入分析仪表进行分析，分析后的废气通过仪表直接排入空气中；

热湿法：烟气通过采样装置(通常为射流泵)将烟气从烟道内取出，取出后烟气通过恒热型电伴热采样管进入压力流量调节系统，最后进入仪表进行分析，分析后的废气直接排入空气(由于压缩空气的引入导致了产生大量的废气和压缩空气的混合气体)；

原位式测量：将仪表直接安装在需要监测的位置进行烟气监测。

但是，现有的检测系统的分析方法都存在一些不足之处：

冷干法进行烟气监测，主要困难之处在于烟气中被测成分的损失。由于烟气内含有水分，在水蒸气由气态向液态转换的过程中，液态水会和需要测量成分进行溶解和化学反应，导致了需要测量气体的损失，从而导致了浓度的降低。尤其在面临所测气体成分浓度较低的情况下，这种损失造成的数据误差不能够被忽略，而成为导致测量数据偏差过大的主要原因；

热湿法进行烟气在线监测通常采用射流泵作为采样装置，有的工业现场由于处理工艺问题导致了烟气中含有大量的粉尘，加上烟气湿度高，粉尘颗粒会与水相互作用，对分析仪表光学测量新系统造成很大影响，从而影响了分析仪表的测量准确性，导致了测量数据出现较大的误差；

原位式测量的光学测量元件位于烟道内，由于烟道内气体成分复杂，颗粒物含量高、水分含量高等因素，测量光学部件极易受到污染，导致了原位式测量会出现较大的测量误差。同时由于该光学系统为开放式光路，测量准确度无法进行校准，也导致了该方法测量超低浓度污染物成分时会产生较大误差。

发明内容

基于上述背景技术中提出的技术问题，本发明的目的是提供一种超低浓度烟气在线监测系统及分析方法。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

超低浓度烟气在线监测系统，包括烟气采样系统，气体预处理系统、干燥压缩空气发生系统、气体成分分析系统、温压流测量系统、数据采集传输控制系统；

所述烟气采样系统包括采样装置，所述采样装置的输出端连接有聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管的自由端连接有样气传送管，所述样气传送管为电伴热型恒功率采样管、且采用了聚四氟乙烯材质，所述样气传送管连接有温控器，所述样气传送管的进气端还连接有全程标气球阀，所述全程标气球阀的进气端连接有标气罐组；

所述气体预处理系统包括样气过滤器，所述样气过滤器与样气传送管的输出端通过聚四氟乙烯管连接，所述样气过滤器上设有排空阀，所述样气过滤器的输出端连接有反吹阀和干燥管，所述干燥管为Nafion干燥管，所述干燥管的输出端连接有截止阀，所述截止阀的输出端连接有露点变送器；

所述干燥压缩空气发生系统包括空气压缩机，所述空气压缩机的输出端连接有气动三联件，所述气动三联件的输出端分两路分别连接有第一干燥罐和反吹阀，所述第一干燥罐为Nafion干燥管，所述第一干燥罐的输出端分两路分别连接干燥气调节阀和第一干燥罐的输入端，所述干燥气调节阀连接有第一浮子流量计，所述浮子流量计分两路分别连接第二空气过滤器和干燥管，所述第二空气过滤器的输出端连接有空气减压阀，所述空气减压阀的输出端连接有第二浮子流量计，所述第二浮子流量计的输出端连接有多组份气体分析仪；

所述气体成分分析系统包括第一测量/标零切换阀，所述第一测量/标零切换阀的输入端连接有露点变送器和第一空气过滤器，所述第一测量/标零切换阀的输出端连接有流量调节阀，所述流量调节阀的输出端连接有采样泵，所述采样泵的输出端分两路连接有旁路调节阀和第二测量/标零切换阀，所述第二测量/标零切换阀的输入端还连接有标气浮子流量计，所述标气浮子流量计与标气罐组连接，所述第二测量/标零切换阀的输出端连接有模式过滤器，所述模式过滤器的输出端连接多组份气体分析仪；

所述温压流测量系统包括多管式S型皮托管组、静压室、全压室、温度变送器、差压变送器、电接点压力表、送气管，所述多管式S型皮托管组包括多个静压引压端和全压引压端，所述静压引压端通过送气管与静压室连接，所述静压引压端与静压室连接的送气管上安装有第一两位三通电磁阀，所述第一两位三通电磁阀与电接点压力表通过送气管连接，所述静压室的输出端与差压变送器连接，所述全压引压端与全压室连接的送气管上安装有第二两位三通电磁阀，所述第二两位三通电磁阀与电接点压力表通过送气管连接，所述全压室的输出端与差压变送器连接，所述电接点压力表通过送气管连接空气压缩机，所述温度变送器、静压引压端和全压引压端均位于烟道内；

所述数据采集传输控制系统包括PLC控制器、PLC数据采集模块和工控机，所述工控机内安装有工业组态软件和SQL Server数据库；所述PLC控制器与温控器、排空阀、反吹阀、截止阀、露点变送器、第一测量/标零切换阀、多组份气体分析仪、温度变送器、差压变送器、电接点压力表、第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀电连接。

作为本发明的一种优选方案，所述干燥管和第一干燥罐均分为内外两层、且中间设有选择透过性膜，这样的设计，当管内外存在湿度差时，水分子会有湿度高的一方向湿度低的一方迅速迁移，从而使湿度高的一方样气得到干燥。由于水分子迁移速度很快，所以在进行干燥时时间极短，不会造成分析气体成分的损失。

作为本发明的一种优选方案，所述标气罐组包括SO₂标气罐、高纯度N₂标气罐、O2标气罐、CO标气罐和NO标气罐，这样的设计，可以满足烟气检测时的需要，能够使检测的数据更加精确。

作为本发明的一种优选方案，所述S型皮托管组包括多根并列设置的S型皮托管，S型皮托管的右端为相对设置的静压引压端和全压引压端，S型皮托管上套设有保护套，保护套的左端焊接有法兰，S型皮托管于法兰的左侧连接有矩形块状的连接板，连接板按环形方向均匀开设有多个锥管螺纹孔，这样的设计，在进行气体流速测量时，正对于来气方向测量压力为全压，背对来气方向为静压，烟气全压和静压的差值为烟气动压，烟气的动压方均根值与烟气流速成正比，根据伯努利方程，就可求出烟气流速，S型皮托管组将烟道分为若干个面积相等的矩形，在每个矩形的对角线中心设置一组S型皮托管用来测量该矩形的平均流速，然后将多个点的平均流速作为断面的平均流速，这种流速测量方法准确度较高。

作为本发明的一种优选方案，所述S型皮托管为316L不锈钢无缝钢管、且外管壁涂有聚四氟乙烯涂层，这样的设计，可以使S型皮托管具有很好的耐腐蚀性、耐高温性、耐磨性，很好地满足了测量的需求，聚四氟乙烯涂层的设置有效地避免了烟气吸附在S型皮托管的外壁。

作为本发明的一种优选方案，所述工控机采用了17英寸工业平板触屏工控机，所述工控机连接有工控机安装架，这样的设计，可以方便工控机的安装，使工作效率更高。

作为本发明的一种优选方案，所述工控机安装架为19英寸框架，所述工控机嵌入式的安装在控机安装架内，这样的设计，可以使工控机的安装更简单快捷，提高工作效率。

作为本发明的一种优选方案，所述空气压缩机的输出端连接有油除尘器，所述除尘器的输出端连接有油水分离器，所述油水分离器的输出端与气动三联件连接，这样的设计，可以排除空气压缩机压缩空气后较多的水和油，并且能够对空气除尘，使干燥压缩空气的纯度更高。

作为本发明的一种优选方案，所述除尘器的滤芯的精度为0.5μm或0.2μm，这样的设计，可以使对干燥压缩空气的纯度更高。

一种超低浓度烟气在线监测系统的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：标气标定，进样前，需要对多组份气体分析仪进行分析和标定，关闭全程标气球阀，将第二测量/标零切换阀切换到标零通路，使多组份气体分析仪对标气进行分析，并将标定的气体进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存标气的峰图；

步骤二：空气标定，将第一测量/标零切换阀切换到标零通路，将第二测量/标零切换阀切换到测量通路，打开采样泵，将流量调节阀内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀内的流量控制在0.8～1L/min，使空气依次通过第一空气过滤器、流量调节阀、采样泵、第二测量/标零切换阀和模式过滤器，然后进入多组份气体分析仪，多组份气体分析仪对空气进行分析，并将检测的空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存空气的峰图；

步骤三：干燥压缩空气检测，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件、第一干燥罐、干燥气调节阀、第一浮子流量计、第二空气过滤器、空气减压阀和第二浮子流量计，然后进入多组份气体分析仪，多组份气体分析仪对空气进行分析，并将检测的干燥压缩空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存干燥压缩空气的峰图；

步骤四：标气全程标定，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件、第一干燥罐、干燥气调节阀、第一浮子流量计和干燥管，打开全程标气球阀，将第一测量/标零切换阀切换到测量通路，将第二测量/标零切换阀切换到测量通路，使标气依次通过样气传送管、样气过滤器、干燥管截止阀、露点变送器、第一测量/标零切换阀、流量调节阀、采样泵、第二测量/标零切换阀和模式过滤器，然后进入多组份气体分析仪，并且将流量调节阀内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀内的流量控制在0.8～1L/min，样气传送管外的加热温度控制在180±3℃，露点变送器使标气的温度控制在-15～-20℃，用多组份气体分析仪对全程标气进行分析，并将检测的全程标气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存全程标气的峰图；

步骤五：烟气检测，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件、第一干燥罐、干燥气调节阀、第一浮子流量计和干燥管，打开采样泵，将采样装置采取的烟气依次通过样气传送管、样气过滤器、干燥管截止阀、露点变送器、第一测量/标零切换阀、流量调节阀、采样泵、第二测量/标零切换阀和模式过滤器，然后进入多组份气体分析仪，并且将流量调节阀内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀内的流量控制在0.8～1L/min，样气传送管外的加热温度控制在180±3℃，露点变送器使烟气的温度控制在-15～-20℃，用多组份气体分析仪对烟气进行分析，并将检测的干燥压缩空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存烟气的峰图；

步骤六：温压流测量系统数据检测，PLC数据采集模块采集温压流测量系统测出的温度、压力、流量数据，PLC数据采集模块将采集的数据以4mA～20mA的电流信号直接接入工控机，工控机内的工业组态软件，能够对采集的模拟量直接以数据和曲线的方式显示，并储存在SQL Server数据库中；

步骤七：反吹扫，使用一段时间后，需要分别对烟气采样系统、气体预处理系统和温压流测量系统进行反吹扫，烟气采样系统和气体预处理系统进行反吹扫时，关闭截止阀，使干燥压缩空气进入反吹阀，温压流测量系统进行反吹扫时，控制第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀换向，使干燥压缩空气进入通入其中。

本发明超低浓度烟气在线监测系统在整个系统采用了就地安装和监测间内安装的方式，就地安装部分包括采样装置、温度压力流速测量系统、流速反吹系统。气体分析在监测仪表间内，整体机柜采用了框架式安装，各仪表及预处理部分采用了模块化设计(气体分析模块、气体预处理模块、工业平板工控机)。机柜内部采用了分割处理，电气控制部分和气体预处理调制部分隔离。整体机柜尺寸800*800*1900mm。

本发明的有益效果：

1、气体采样装置整体进行加热处理，有效地防止了由于烟道内高湿环境导致的被测气体的溶解损失。

2、样气传输管路采用了恒功率型高温电热采样管，加热温度均匀，采用了温控器PID控制温度，温度控制精度高，采样管采用了耐高温(260℃)的聚四氟乙烯材料，该材料对样气被测成分没有吸附，样气成分不会损失。

3、采用了独立与研发设计的样气气体预处理系统，选用的特殊材料(Nafion干燥管)能够在极短时间内将烟气的水分去除，不会造成被测气体成分损失。

4、流速测量稳定可靠，流速能更好的体现工况。

5、温压流测量系统安装要求低，安装时直管段要求低。

6、温压流测量系统采用独特的反吹扫系统，引压管不会产生堵塞。现场可在长时间无人坚守的情况下稳定运行。

7、操作组态软件界面友好，数据显示直观，用户操作简单易行。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明超低浓度烟气在线监测系统的结构示意图；

图2为本发明超低浓度烟气在线监测系统中温压流测量系统的结构示意图；

图3为本发明一种挥发性有机物在线监测系统中S型皮托管组的结构示意图；

图4为图3的左视结构示意图；

主要元件符号说明如下：

采样装置11、样气传送管12、样气过滤器21、排空阀22、反吹阀23、干燥管24、截止阀25、露点变送器26、气动三联件31、第一干燥罐32、干燥气调节阀33、第一浮子流量计34、第二空气过滤器35、空气减压阀36、第二浮子流量计37、第一测量/标零切换阀41、第一空气过滤器42、流量调节阀43、采样泵44、旁路调节阀45、第二测量/标零切换阀46、模式过滤器47、多组份气体分析仪48、全程标气球阀51、标气罐组52、标气浮子流量计53、S型皮托管组61、静压引压端611、全压引压端612、S型皮托管613、保护套614、法兰615、连接板616、螺纹孔617、静压室62、全压室63、温度变送器64、差压变送器65、电接点压力表66、第一两位三通电磁阀67、第二两位三通电磁阀68。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1～4所示，本实施例的超低浓度烟气在线监测系统，包括烟气采样系统，气体预处理系统、干燥压缩空气发生系统、气体成分分析系统、温压流测量系统、数据采集传输控制系统；

烟气采样系统包括采样装置11，采样装置的输出端连接有聚四氟乙烯管，聚四氟乙烯管的自由端连接有样气传送管12，样气传送管为电伴热型恒功率采样管、且采用了聚四氟乙烯材质，样气传送管连接有温控器，样气传送管12的进气端还连接有全程标气球阀51，全程标气球阀51的进气端连接有标气罐组52；

气体预处理系统包括样气过滤器21，样气过滤器21与样气传送管12的输出端通过聚四氟乙烯管连接，样气过滤器21上设有排空阀22，样气过滤器21的输出端连接有反吹阀23和干燥管24，干燥管24为Nafion干燥管，干燥管24的输出端连接有截止阀25，截止阀25的输出端连接有露点变送器26；

干燥压缩空气发生系统包括空气压缩机，空气压缩机的输出端连接有气动三联件31，气动三联件31的输出端分两路分别连接有第一干燥罐32和反吹阀23，第一干燥罐32为Nafion干燥管，第一干燥罐32的输出端分两路分别连接干燥气调节阀33和第一干燥罐32的输入端，干燥气调节阀33连接有第一浮子流量计34，浮子流量计34分两路分别连接第二空气过滤器35和干燥管24，第二空气过滤器35的输出端连接有空气减压阀36，空气减压阀36的输出端连接有第二浮子流量计37，第二浮子流量计37的输出端连接有多组份气体分析仪48；

气体成分分析系统包括第一测量/标零切换阀41，第一测量/标零切换阀41的输入端连接有露点变送器26和第一空气过滤器42，第一测量/标零切换阀41的输出端连接有流量调节阀43，流量调节阀43的输出端连接有采样泵44，采样泵44的输出端分两路连接有旁路调节阀45和第二测量/标零切换阀46，第二测量/标零切换阀46的输入端还连接有标气浮子流量计53，标气浮子流量计53与标气罐组52连接，第二测量/标零切换阀46的输出端连接有模式过滤器47，模式过滤器47的输出端连接多组份气体分析仪48；

温压流测量系统包括多管式S型皮托管组61、静压室62、全压室63、温度变送器64、差压变送器65、电接点压力表66、送气管，多管式S型皮托管组包括多个静压引压端611和全压引压端612，静压引压端611通过送气管与静压室62连接，静压引压端611与静压室62连接的送气管上安装有第一两位三通电磁阀67，第一两位三通电磁阀67与电接点压力表66通过送气管连接，静压室62的输出端与差压变送器65连接，全压引压端612与全压室63连接的送气管上安装有第二两位三通电磁阀68，第二两位三通电磁阀68与电接点压力表66通过送气管连接，全压室63的输出端与差压变送器65连接，电接点压力表66通过送气管连接空气压缩机，温度变送器64、静压引压端611和全压引压端612均位于烟道内；

数据采集传输控制系统包括PLC控制器、PLC数据采集模块和工控机，工控机内安装有工业组态软件和SQL Server数据库；PLC控制器与温控器、排空阀22、反吹阀23、截止阀25、露点变送器26、第一测量/标零切换阀41、多组份气体分析仪48、温度变送器64、差压变送器65、电接点压力表66、第一两位三通电磁阀67和第二两位三通电磁阀68电连接。

优选干燥管24和第一干燥罐32均分为内外两层、且中间设有选择透过性膜，这样的设计，当管内外存在湿度差时，水分子会有湿度高的一方向湿度低的一方迅速迁移，从而使湿度高的一方样气得到干燥，由于水分子迁移速度很快，所以在进行干燥时时间极短，不会造成分析气体成分的损失。

优选标气罐组52包括SO₂标气罐、高纯度N₂标气罐、O₂标气罐、CO标气罐和NO标气罐，这样的设计，可以满足烟气检测时的需要，能够使检测的数据更加精确。

优选S型皮托管组61包括多根并列设置的S型皮托管613，S型皮托管613的右端为相对设置的静压引压端611和全压引压端612，S型皮托管613上套设有保护套614，保护套614的左端焊接有法兰615，S型皮托管613于法兰615的左侧连接有矩形块状的连接板616，连接板616按环形方向均匀开设有多个锥管螺纹孔617，这样的设计，在进行气体流速测量时，正对于来气方向测量压力为全压，背对来气方向为静压，烟气全压和静压的差值为烟气动压，烟气的动压方均根值与烟气流速成正比，根据伯努利方程，就可求出烟气流速，S型皮托管组61将烟道分为若干个面积相等的矩形，在每个矩形的对角线中心设置一组S型皮托管613用来测量该矩形的平均流速，然后将多个点的平均流速作为断面的平均流速，这种流速测量方法准确度较高。

优选S型皮托管613为316L不锈钢无缝钢管、且外管壁涂有聚四氟乙烯涂层，这样的设计，可以使S型皮托管613具有很好的耐腐蚀性、耐高温性、耐磨性，很好地满足了测量的需求，聚四氟乙烯涂层的设置有效地避免了烟气吸附在S型皮托管613的外壁。

优选工控机采用了17英寸工业平板触屏工控机，工控机连接有工控机安装架，这样的设计，可以方便工控机的安装，使工作效率更高。

优选工控机安装架为19英寸框架，工控机嵌入式的安装在控机安装架内，这样的设计，可以使工控机的安装更简单快捷，提高工作效率。

优选空气压缩机的输出端连接有油除尘器，除尘器的输出端连接有油水分离器，油水分离器的输出端与气动三联件31连接，这样的设计，可以排除空气压缩机压缩空气后较多的水和油，并且能够对空气除尘，使干燥压缩空气的纯度更高。

优选除尘器的滤芯的精度为0.5μm或0.2μm，这样的设计，可以使对干燥压缩空气的纯度更高。

一种超低浓度烟气在线监测系统的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：标气标定，进样前，需要对多组份气体分析仪48进行分析和标定，关闭全程标气球阀51，将第二测量/标零切换阀46切换到标零通路，使多组份气体分析仪48对标气进行分析，并将标定的气体进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存标气的峰图；

步骤二：空气标定，将第一测量/标零切换阀41切换到标零通路，将第二测量/标零切换阀46切换到测量通路，打开采样泵44，将流量调节阀43内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀45内的流量控制在0.8～1L/min，使空气依次通过第一空气过滤器42、流量调节阀43、采样泵44、第二测量/标零切换阀46和模式过滤器47，然后进入多组份气体分析仪48，多组份气体分析仪48对空气进行分析，并将检测的空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存空气的峰图；

步骤三：干燥压缩空气检测，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件31、第一干燥罐32、干燥气调节阀33、第一浮子流量计34、第二空气过滤器35、空气减压阀36和第二浮子流量计37，然后进入多组份气体分析仪48，多组份气体分析仪48对空气进行分析，并将检测的干燥压缩空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存干燥压缩空气的峰图；

步骤四：标气全程标定，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件31、第一干燥罐32、干燥气调节阀33、第一浮子流量计34和干燥管24，打开全程标气球阀51，将第一测量/标零切换阀41切换到测量通路，将第二测量/标零切换阀46切换到测量通路，使标气依次通过样气传送管12、样气过滤器21、干燥管24截止阀25、露点变送器26、第一测量/标零切换阀41、流量调节阀43、采样泵44、第二测量/标零切换阀46和模式过滤器47，然后进入多组份气体分析仪48，并且将流量调节阀43内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀45内的流量控制在0.8～1L/min，样气传送管12外的加热温度控制在180±3℃，露点变送器26使标气的温度控制在-15～-20℃，用多组份气体分析仪48对全程标气进行分析，并将检测的全程标气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存全程标气的峰图；

步骤五：烟气检测，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件31、第一干燥罐32、干燥气调节阀33、第一浮子流量计34和干燥管24，打开采样泵44，将采样装置11采取的烟气依次通过样气传送管12、样气过滤器21、干燥管24截止阀25、露点变送器26、第一测量/标零切换阀41、流量调节阀43、采样泵44、第二测量/标零切换阀46和模式过滤器47，然后进入多组份气体分析仪48，并且将流量调节阀43内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀45内的流量控制在0.8～1L/min，样气传送管12外的加热温度控制在180±3℃，露点变送器26使烟气的温度控制在-15～-20℃，用多组份气体分析仪48对烟气进行分析，并将检测的干燥压缩空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存烟气的峰图；

步骤六：温压流测量系统数据检测，PLC数据采集模块采集温压流测量系统测出的温度、压力、流量数据，PLC数据采集模块将采集的数据以4mA～20mA的电流信号直接接入工控机，工控机内的工业组态软件，能够对采集的模拟量直接以数据和曲线的方式显示，并储存在SQL Server数据库中；

步骤七：反吹扫，使用一段时间后，需要分别对烟气采样系统、气体预处理系统和温压流测量系统进行反吹扫，烟气采样系统和气体预处理系统进行反吹扫时，关闭截止阀25，使干燥压缩空气进入反吹阀23，温压流测量系统进行反吹扫时，控制第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀换向，使干燥压缩空气进入通入其中。

本发明超低浓度烟气在线监测系统在整个系统采用了就地安装和监测间内安装的方式，就地安装部分包括采样装置、温度压力流速测量系统、流速反吹系统。气体分析在监测仪表间内，整体机柜采用了框架式安装，各仪表及预处理部分采用了模块化设计(气体分析模块、气体预处理模块、工业平板工控机)。机柜内部采用了分割处理，电气控制部分和气体预处理调制部分隔离。整体机柜尺寸800*800*1900mm。

本发明气体采样装置整体进行加热处理，有效地防止了由于烟道内高湿环境导致的被测气体的溶解损失；样气传输管路采用了恒功率型高温电热采样管，加热温度均匀，采用了温控器PID控制温度，温度控制精度高，采样管采用了耐高温(260℃)的聚四氟乙烯材料，该材料对样气被测成分没有吸附，样气成分不会损失；采用了独立与研发设计的样气气体预处理系统，选用的特殊材料(Nafion干燥管)能够在极短时间内将烟气的水分去除，不会造成被测气体成分损失；流速测量稳定可靠，流速能更好的体现工况；温压流测量系统安装要求低，安装时直管段要求低；温压流测量系统采用独特的反吹扫系统，引压管不会产生堵塞。现场可在长时间无人坚守的情况下稳定运行；操作组态软件界面友好，数据显示直观，用户操作简单易行。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：包括烟气采样系统，气体预处理系统、干燥压缩空气发生系统、气体成分分析系统、温压流测量系统、数据采集传输控制系统；

所述烟气采样系统包括采样装置(11)，所述采样装置的输出端连接有聚四氟乙烯管，所述聚四氟乙烯管的自由端连接有样气传送管(12)，所述样气传送管为电伴热型恒功率采样管、且采用了聚四氟乙烯材质，所述样气传送管连接有温控器，所述样气传送管(12)的进气端还连接有全程标气球阀(51)，所述全程标气球阀(51)的进气端连接有标气罐组(52)；

所述气体预处理系统包括样气过滤器(21)，所述样气过滤器(21)与样气传送管(12)的输出端通过聚四氟乙烯管连接，所述样气过滤器(21)上设有排空阀(22)，所述样气过滤器(21)的输出端连接有反吹阀(23)和干燥管(24)，所述干燥管(24)为Nafion干燥管，所述干燥管(24)的输出端连接有截止阀(25)，所述截止阀(25)的输出端连接有露点变送器(26)；

所述干燥压缩空气发生系统包括空气压缩机，所述空气压缩机的输出端连接有气动三联件(31)，所述气动三联件(31)的输出端分两路分别连接有第一干燥罐(32)和反吹阀(23)，所述第一干燥罐(32)为Nafion干燥管，所述第一干燥罐(32)的输出端分两路分别连接干燥气调节阀(33)和第一干燥罐(32)的输入端，所述干燥气调节阀(33)连接有第一浮子流量计(34)，所述浮子流量计(34)分两路分别连接第二空气过滤器(35)和干燥管(24)，所述第二空气过滤器(35)的输出端连接有空气减压阀(36)，所述空气减压阀(36)的输出端连接有第二浮子流量计(37)，所述第二浮子流量计(37)的输出端连接有多组份气体分析仪(48)；

所述气体成分分析系统包括第一测量/标零切换阀(41)，所述第一测量/标零切换阀(41)的输入端连接有露点变送器(26)和第一空气过滤器(42)，所述第一测量/标零切换阀(41)的输出端连接有流量调节阀(43)，所述流量调节阀(43)的输出端连接有采样泵(44)，所述采样泵(44)的输出端分两路连接有旁路调节阀(45)和第二测量/标零切换阀(46)，所述第二测量/标零切换阀(46)的输入端还连接有标气浮子流量计(53)，所述标气浮子流量计(53)与标气罐组(52)连接，所述第二测量/标零切换阀(46)的输出端连接有模式过滤器(47)，所述模式过滤器(47)的输出端连接多组份气体分析仪(48)；

所述温压流测量系统包括多管式S型皮托管组(61)、静压室(62)、全压室(63)、温度变送器(64)、差压变送器(65)、电接点压力表(66)、送气管，所述多管式S型皮托管组包括多个静压引压端(611)和全压引压端(612)，所述静压引压端(611)通过送气管与静压室(62)连接，所述静压引压端(611)与静压室(62)连接的送气管上安装有第一两位三通电磁阀(67)，所述第一两位三通电磁阀(67)与电接点压力表(66)通过送气管连接，所述静压室(62)的输出端与差压变送器(65)连接，所述全压引压端(612)与全压室(63)连接的送气管上安装有第二两位三通电磁阀(68)，所述第二两位三通电磁阀(68)与电接点压力表(66)通过送气管连接，所述全压室(63)的输出端与差压变送器(65)连接，所述电接点压力表(66)通过送气管连接空气压缩机，所述温度变送器(64)、静压引压端(611)和全压引压端(612)均位于烟道内；

所述数据采集传输控制系统包括PLC控制器、PLC数据采集模块和工控机，所述工控机内安装有工业组态软件和SQL Server数据库；所述PLC控制器与温控器、排空阀(22)、反吹阀(23)、截止阀(25)、露点变送器(26)、第一测量/标零切换阀(41)、多组份气体分析仪(48)、温度变送器(64)、差压变送器(65)、电接点压力表(66)、第一两位三通电磁阀(67)和第二两位三通电磁阀(68)电连接。

2.根据权利要求1所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述干燥管(24)和第一干燥罐(32)均分为内外两层、且中间设有选择透过性膜。

3.根据权利要求2所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述标气罐组(52)包括SO₂标气罐、高纯度N₂标气罐、O₂标气罐、CO标气罐和NO标气罐。

4.根据权利要求3所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述S型皮托管组(61)包括多根并列设置的S型皮托管(613)，S型皮托管(613)的右端为相对设置的静压引压端(611)和全压引压端(612)，S型皮托管(613)上套设有保护套(614)，保护套(614)的左端焊接有法兰(615)，S型皮托管(613)于法兰(615)的左侧连接有矩形块状的连接板(616)，连接板(616)按环形方向均匀开设有多个锥管螺纹孔(617)。

5.根据权利要求4所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述S型皮托管(613)为316L不锈钢无缝钢管、且外管壁涂有聚四氟乙烯涂层。

6.根据权利要求5所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述工控机采用了17英寸工业平板触屏工控机，所述工控机连接有工控机安装架。

7.根据权利要求6所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述工控机安装架为19英寸框架，所述工控机嵌入式的安装在控机安装架内。

8.根据权利要求7所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述空气压缩机的输出端连接有油除尘器，所述除尘器的输出端连接有油水分离器，所述油水分离器的输出端与气动三联件(31)连接。

9.根据权利要求8所述的超低浓度烟气在线监测系统，其特征在于：所述除尘器的滤芯的精度为0.5μm或0.2μm。

10.一种如权利要求1～9任意一项所述的超低浓度烟气在线监测系统的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：标气标定，进样前，需要对多组份气体分析仪(48)进行分析和标定，关闭全程标气球阀(51)，将第二测量/标零切换阀(46)切换到标零通路，使多组份气体分析仪(48)对标气进行分析，并将标定的气体进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存标气的峰图；

步骤二：空气标定，将第一测量/标零切换阀(41)切换到标零通路，将第二测量/标零切换阀(46)切换到测量通路，打开采样泵(44)，将流量调节阀(43)内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀(45)内的流量控制在0.8～1L/min，使空气依次通过第一空气过滤器(42)、流量调节阀(43)、采样泵(44)、第二测量/标零切换阀(46)和模式过滤器(47)，然后进入多组份气体分析仪(48)，多组份气体分析仪(48)对空气进行分析，并将检测的空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存空气的峰图；

步骤三：干燥压缩空气检测，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件(31)、第一干燥罐(32)、干燥气调节阀(33)、第一浮子流量计(34)、第二空气过滤器(35)、空气减压阀(36)和第二浮子流量计(37)，然后进入多组份气体分析仪(48)，多组份气体分析仪(48)对空气进行分析，并将检测的干燥压缩空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存干燥压缩空气的峰图；

步骤四：标气全程标定，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件(31)、第一干燥罐(32)、干燥气调节阀(33)、第一浮子流量计(34)和干燥管(24)，打开全程标气球阀(51)，将第一测量/标零切换阀(41)切换到测量通路，将第二测量/标零切换阀(46)切换到测量通路，使标气依次通过样气传送管(12)、样气过滤器(21)、干燥管(24)截止阀(25)、露点变送器(26)、第一测量/标零切换阀(41)、流量调节阀(43)、采样泵(44)、第二测量/标零切换阀(46)和模式过滤器(47)，然后进入多组份气体分析仪(48)，并且将流量调节阀(43)内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀(45)内的流量控制在0.8～1L/min，样气传送管(12)外的加热温度控制在180±3℃，露点变送器(26)使标气的温度控制在-15～-20℃，用多组份气体分析仪(48)对全程标气进行分析，并将检测的全程标气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存全程标气的峰图；

步骤五：烟气检测，打开空气压缩机，使压缩后的空气依次通过气动三联件(31)、第一干燥罐(32)、干燥气调节阀(33)、第一浮子流量计(34)和干燥管(24)，打开采样泵(44)，将采样装置(11)采取的烟气依次通过样气传送管(12)、样气过滤器(21)、干燥管(24)截止阀(25)、露点变送器(26)、第一测量/标零切换阀(41)、流量调节阀(43)、采样泵(44)、第二测量/标零切换阀(46)和模式过滤器(47)，然后进入多组份气体分析仪(48)，并且将流量调节阀(43)内流量控制在3～4L/min，将旁路调节阀(45)内的流量控制在0.8～1L/min，样气传送管(12)外的加热温度控制在180±3℃，露点变送器(26)使烟气的温度控制在-15～-20℃，用多组份气体分析仪(48)对烟气进行分析，并将检测的干燥压缩空气进行数据处理，将处理后的信号传输到工控机显示并保存烟气的峰图；

步骤六：温压流测量系统数据检测，PLC数据采集模块采集温压流测量系统测出的温度、压力、流量数据，PLC数据采集模块将采集的数据以4mA～20mA的电流信号直接接入工控机，工控机内的工业组态软件，能够对采集的模拟量直接以数据和曲线的方式显示，并储存在SQL Server数据库中；

步骤七：反吹扫，使用一段时间后，需要分别对烟气采样系统、气体预处理系统和温压流测量系统进行反吹扫，烟气采样系统和气体预处理系统进行反吹扫时，关闭截止阀(25)，使干燥压缩空气进入反吹阀(23)，温压流测量系统进行反吹扫时，控制第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀换向，使干燥压缩空气进入通入其中。