CN107219156A - 适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明克服了现有技术存在的不足,提供了一种适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,测量精度高;为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,包括机柜、带加热采样探头、测试腔、低浓度粉尘仪传感器和射流泵,所述带加热采样探头设置在烟道内,且所述带加热采样探头通过伴热管线连接在机柜内的测试腔内,所述测试腔上设置有加热模块,所述低浓度粉尘仪传感器设置在测试腔上,用于测量测试腔内采集的烟气颗粒物浓度,所述射流泵设置在机柜内部的底侧,用于将带加热采样探头采集的烟气抽入测试腔内;本发明可广泛应用于颗粒物在线监测领域。
Description
技术领域
本发明适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,属于颗粒物在线监测技术领域。
背景技术
常规激光后散射法烟尘仪是常用的烟尘检测仪器,常规激光后散射法烟尘仪测量原理为使用红外激光作为发射光源,当激光照射在粉尘上时,产生光散射。在光学系统和粉尘性质一定的条件下,散射光强度与粉尘浓度成比例,进而经过计算后完成测量。
从工程实践上来看,激光后散法烟尘仪在烟尘排放浓度较高时(大于50mg/m3),是比较好的选择。但是针对国内30mg/m3以下,甚至5mg/m3粉尘排放技术要求,作为在线粉尘测量装置,已经远远不能达到技术要求。原因如下:
(1)粉尘的粒径和浓度同步下降了很多,因此激光反射和折射的机会下降了很多,出现测量不出来,没有反射光信号等现象。
(2)烟气含水量加大,一般要占10%以上,甚至更高,激光照射至微型水滴上,会产生反射和折射,因此受水分干扰因素大,导致测量不准确。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足,提供了一种适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,测量精度高。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,包括机柜、带加热采样探头、测试腔、低浓度粉尘仪传感器和射流泵,所述带加热采样探头设置在烟道内,且所述带加热采样探头通过伴热管线连接在机柜内的测试腔内,所述测试腔上设置有加热模块,所述低浓度粉尘仪传感器设置在测试腔上,用于测量测试腔内采集的烟气颗粒物浓度,所述射流泵设置在机柜内部的底侧,用于将带加热采样探头采集的烟气抽入测试腔内。
所述机柜的内部底侧设置有风机,所述风机位于射流泵下方,且所述风机用于驱动射流泵工作,通过所述风机正反转实现测试腔内吸气与排气。
所述机柜内部侧壁上设置有变频器,所述变频器与风机电连接,用于控制风机的转速。
所述伴热管线上设置有电磁阀,所述电磁阀用于控制气路通断。
所述测试腔与带加热采样探头连接处设置有微压差传感器,所述微压差传感器与变频器之间电连接,与变频器配合控制风机的转速,确保带加热采样探头等速采样。
所述带加热采样探头上设置有烟道连接法兰,所述烟道连接法兰用于将带加热采样探头固定在烟道内。
所述测试腔的加热模块维持测试腔的温度≥100℃。
所述低浓度粉尘仪传感器的激光镜片外侧设置有反吹气接口,所述反吹气接口与风机出风口通过管道连通,为激光镜片提供反吹保护气。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是:本发明采用抽取式测量,避免烟道内流速波动对测量产生不利影响,而且采用全程加热,消除水蒸气对测量产生的不利影响,同时采用前向散射技术,实现超低量程颗粒物测量。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的立体示意图。
图中:1为机柜、2为带加热采样探头、3为测试腔、4为低浓度粉尘仪传感器、5为射流泵、6为伴热管线、7为风机、8为变频器、9为电磁阀、10为微压差传感器、11为烟道连接法兰。
具体实施方式
如图1、图2所示,本发明适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,包括机柜1、带加热采样探头2、测试腔3、低浓度粉尘仪传感器4和射流泵5,所述带加热采样探头2设置在烟道内,且所述带加热采样探头2通过伴热管线6连接在机柜1内的测试腔3内,所述测试腔3上设置有加热模块,所述低浓度粉尘仪传感器4设置在测试腔3上,用于测量测试腔3内采集的烟气颗粒物浓度,所述射流泵5设置在机柜1内部的底侧,用于将带加热采样探头2采集的烟气抽入测试腔3内。
所述机柜1的内部底侧设置有风机7,所述风机7位于射流泵5下方,且所述风机7用于驱动射流泵5工作,通过所述风机7正反转实现测试腔3内吸气与排气。
所述机柜1内部侧壁上设置有变频器8,所述变频器8与风机7电连接,用于控制风机7的转速。
所述伴热管线6上设置有电磁阀9,所述电磁阀9用于控制气路通断。
所述测试腔3与带加热采样探头2连接处设置有微压差传感器10,所述微压差传感器10与变频器8之间电连接,与变频器8配合控制风机7的转速,确保带加热采样探头2等速采样。
所述带加热采样探头2上设置有烟道连接法兰11,所述烟道连接法兰11用于将带加热采样探头2固定在烟道内。
所述测试腔3的加热模块维持测试腔3的温度可设为100℃或110℃或120℃。
所述低浓度粉尘仪传感器4的激光镜片外侧设置有反吹气接口,所述反吹气接口与风机7出风口通过管道连通,为激光镜片提供反吹保护气。
本发明采用抽取式颗粒物在线监测,针对超低排放机组而言,开发的小量程低浓度湿烟气烟尘仪,将低温含水或者液滴烟气进行原位抽取加热,通过提高烟气温度,进行烟尘测量,同时考虑到超低排放机组的烟尘浓度较低,所以选择小量程测量单元,一般量程低于50mg/m3。
本发明的工作原理是:将含有水滴或者雾滴湿烟气利用射流泵进行抽取,采样探头和测量室均有加热功能,将烟气升温至露点温度以上,然后在测量室安装激光前散射法烟气分析单元,进行测量,采样后烟气直接排入烟道中,即完成整个测量过程。
本发明的工作过程:上电后采样探头和测试腔的加热模块开始加热,由于刚上电加热温度未达到取样的温度,风机先对系统管道进行吹扫,系统监测到加热温度达到设定温度后,电磁阀动作,进入到烟气采样状态,射流泵产生的负压将样气吸入采样探杆,最后到测量单元进行粉尘浓度的测量。自上电开始,风机一直提供光学玻璃窗口的保护气。系统在取样的同时监测过程管路中的压力、温度和流速,以保证系统的测量准确及稳定性。系统设定自动反吹功能,确保管路不会在长时间运行的情况下发生堵塞情况。系统还配备满量程校准功能,方便日常的测量维护。
本发明是为了进一步适应新国标GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》而进行的技术升级与产品换代工作,解决了目前后散射粉尘仪由于烟尘湿度、颗粒物粒径等因素导致的测量精度低,测量误差大的技术难点。
本发明采用一体化设计,仅由带加热采样探头和机柜两部分组成,安装便捷。
本发明各主要部件功能如下:
带加热采样探头:伸入烟道内,长度可根据烟道直径定做,自带加热功能,将采入气体加热,使用不锈钢316材质,提高探头在烟道恶劣环境下的防腐性能。
烟道连接法兰:将带加热采样探头固定在烟道上,砖烟道采用膨胀螺栓方式固定,金属烟道采用焊接的方法固定。
机柜:放置风机组件,主传感器,电气组件和管路部分,具备防雨功能,适于户外安装。
伴热管线:进行样气传输,防止样气遇冷凝结,影响测量结果。
电磁阀:控制气路通断,进行采样状态和反吹状态的切换。
微压差传感器:测量管路中的微压差,进而计算出样气流速。
测试腔:为密闭圆形墙体,自带加热功能,法兰接口可固定低浓度粉尘仪传感器。
低浓度粉尘仪传感器:为核心测量单元,激光光源发射投影直径约5mm的激光束,粉尘颗粒经过激光束时产生散射光,光电二极管接收散射光信号,转变成电压信号,再经过一系列计算,得出粉尘颗粒物的浓度值。
变频器:控制风机供电频率,使射流泵产生压强不等的吸力,实现等速采样。
射流泵:采样装置,由风机供气,发生文丘里效应后产生吸力,对烟道内粉尘进行采样。
风机:给射流泵供气,提供反吹气源,提供光学镜片保护气幕气源,功率1.75Kw,最大流量3.6m³/min。
本发明中粉尘测量仪传感器是核心测量单元,将含有水滴或雾的湿烟气利用射流泵抽至测试腔,将烟气加热至120度以上,即烟气温度提升至露点以上,在测量室安装有激光前散射法烟气分析单元,激光光源发射投影直径约5mm的激光束,粉尘颗粒经过激光束时产生散射光,光电二极管接受散射光信号,转变成电压信号,再经过一系列计算,得出粉尘颗粒物的浓度值,采样后的烟气直接排入至烟道中,即完成整个测量过程。
粉尘测量仪传感器中各主要部件功能如下:
激光镜片反吹气接口:接6mm聚四氟乙烯气管,联通风机出气口,为激光镜片提供反吹保护气。
保护罩:保护耦合镜光纤和两根4mm聚四氟乙烯气管,同时预留光陷阱安装孔。
气管和光纤通道:304不锈钢管,内部为两根4mm聚四氟乙烯气管和光纤的通道。
激光通道:在支撑板组件上开有两个长孔,使激光通过,最终直达光陷阱。
满量程校准块:内有两个成90角的反射镜,改变激光传输路径,实现满量程校准。
电气盒:装有参数版,电源板,数字板,模拟板,激光模块,光电二极管模块,4mm聚四氟乙烯气管转接头。
电路板:电源板,数字板,模拟板组成,光电二极管焊接在顶部中心,完成从散射光信号到颗粒物浓度值的一系列计算过程。
光纤耦合镜:收集激光散射信号,聚焦至光纤头部。
反吹气接头:对称布置,连接两根4mm聚四氟乙烯气管,对耦合镜中的双凸镜片进行保护。
光电二极管:完成光信号至电压信号的转换。
电气接口:为电源板提供24V直流电,并传输计算数据至PLC控制单元。
原系统有两个风机,大风机为射流泵供气,且提供光学玻璃窗口的保护气,小风机提供系统反吹气,小风机反吹的方案,除了增加成本外,程序控制的复杂程度增加,整机出现故障的概率也变高,经过反复验证,发现为射流泵供气的大风机也可以同时完成反吹工作,随后更改大风机接头设计,取消小风机。
本发明其余各部件功能如下:
风机出气口:连接风机转接头,
风机进气口:连接过滤器,保证反吹气的清洁度。
系统管路反吹气接口:连接12mmpu管,为系统提供反吹气。
风机转接头:下部为2寸螺纹,连接风机,上部有三个安装孔,分别与射流泵,系统管路反吹气接口,光学镜片反吹气接口连通。
光学镜片反吹气接口:连接6mm聚四氟乙烯管,为激光镜片和耦合镜镜片提供反吹气。
本发明中带加热采样探头主要有两个功能,烟气采样功能和烟气预加热功能。普通的采样探头仅有烟气采样功能,针对超低排放的颗粒物测量,低温湿烟气,烟温多在50摄氏度左右,烟气中水蒸气为过饱和状态,含有大量液滴。其液滴成分含有大量的钙镁离子和硫酸根离子和氧化钙固形物。
本发明涉及的颗粒物的浓度低,一般在20mg/m3以下,很多机组在10mg/m3以下。颗粒物的成份和性质复杂,为液态气溶胶和固态气溶胶并存状态,按照我国最新修订的颗粒物测量标准,要求颗粒物测量必须在烟气加热105度以上工况形成的固体颗粒物才可以为排放颗粒物,进而进行测量。
本发明中带加热采样探头由三部分组成,外管,带加热内管和进气管。材质均为316不锈钢,以提高耐腐蚀能力。
进气管:固定在外管上,烟气由进气管进入加热腔,进气管的进气口方向可调,可设置成0°,90°,180°,270°。
带加热内管:管子内壁做红外涂层处理,以提高导热管对内部烟气的加热效率。加热温度200℃,从常温到200℃的加热时间约10分钟,内部预埋温度传感器,进行温度的监测和调控。
外管:一头焊接有法兰盘,与安装法兰对接。另一头安装进气管。带加热内管安装于外管内,外管起到了保护作用。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:包括机柜(1)、带加热采样探头(2)、测试腔(3)、低浓度粉尘仪传感器(4)和射流泵(5),所述带加热采样探头(2)设置在烟道内,且所述带加热采样探头(2)通过伴热管线(6)连接在机柜(1)内的测试腔(3)内,所述测试腔(3)上设置有加热模块,所述低浓度粉尘仪传感器(4)设置在测试腔(3)上,用于测量测试腔(3)内采集的烟气颗粒物浓度,所述射流泵(5)设置在机柜(1)内部的底侧,用于将带加热采样探头(2)采集的烟气抽入测试腔(3)内。
2.根据权利要求1所述的适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:所述机柜(1)的内部底侧设置有风机(7),所述风机(7)位于射流泵(5)下方,且所述风机(7)用于驱动射流泵(5)工作,通过所述风机(7)正反转实现测试腔(3)内吸气与排气。
3.根据权利要求2所述的适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:所述机柜(1)内部侧壁上设置有变频器(8),所述变频器(8)与风机(7)电连接,用于控制风机(7)的转速。
4.根据权利要求3所述的适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:所述伴热管线(6)上设置有电磁阀(9),所述电磁阀(9)用于控制气路通断。
5.根据权利要求4所述的适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:所述测试腔(3)与带加热采样探头(2)连接处设置有微压差传感器(10),所述微压差传感器(10)与变频器(8)之间电连接,与变频器(8)配合控制风机(7)的转速,确保带加热采样探头(2)等速采样。
6.根据权利要求5所述的适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:所述带加热采样探头(2)上设置有烟道连接法兰(11),所述烟道连接法兰(11)用于将带加热采样探头(2)固定在烟道内。
7.根据权利要求6所述的适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:所述测试腔(3)的加热模块维持测试腔(3)的温度≥100℃。
8.根据权利要求7所述的适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪,其特征在于:所述低浓度粉尘仪传感器(4)的激光镜片外侧设置有反吹气接口,所述反吹气接口与风机(7)出风口通过管道连通,为激光镜片提供反吹保护气。
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