CN108548762A - 一种测量燃煤电厂超低排放颗粒物质量浓度的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量燃煤电厂超低排放颗粒物质量浓度的装置，包括：曝气装置、透射光‑散射光测量探头、气体流量计、颗粒测量装置以及信号主机，所述曝气装置由曝气池和曝气管组成，其中，曝气池为一密闭容器，其内盛有液体，所述透射光‑散射光测量探头置于曝气池内溶液内；所述曝气池液面以上位置设有一排气口，所述排气口通过管道连接颗粒测量装置，所述管道上还设有一气体流量计；所述透射光‑散射光测量探头和颗粒测量装置分别与信号主机连接。本发明还公开了利用上述装置测量燃煤电厂超低排放颗粒物质量浓度的方法。本发明克服了燃煤电厂排放的颗粒物的成份和性质复杂，粒径小、粒度分布广，且烟气中含有大量湿蒸汽和液滴的问题。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测领域，更具体地，涉及一种用于测量燃煤电厂超低排放颗粒物质量 浓度的装置及方法。
背景技术
随着燃煤电厂污染物排放标准越来越严格，对于环保测评来讲，准确地测量烟道内各种 低浓度污染物是保障测评结果的前提。而在超低排放条件下的各类污染物测量中，低浓度的 烟尘监测是目前排放检测的难点和重点。
在超低排放背景下，良好的烟尘在线测量仪器应当满足：方法准确、监测限低、灵敏度 高；不易受环境因素影响，在高温高湿环境下能够正常工作且长期运行；系统结构可靠，易 于维护；价格适宜等等。但是目前设备对于烟气中含有的水滴对测量的结果都无法回避的， 光学原理的检测仪(激光、可见光、红外仪)容易受湿烟气的影响，潮湿工况下，所有光学 仪器都会产生水蒸气并结雾，对所有光学原理的烟尘监测仪，任何细小的水滴都会反射或散 射光，影响正常接受光的强度，而导致测量信号被干扰，最终导致不准确的读数。
现有的取样法虽然原理简单，测量准确与否关键在于烟气是否具有代表性。由于取样法 影响测量精度的因素较多，操作程序复杂、采样时间较长、仪器维修量较大以及花费成本较 高，所以不适合长期连续监测中使用，且实现在线测量较为困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于测量燃煤电厂超低排放颗粒物质量浓度的装置 及方法，从而简单精确的测量烟气中的颗粒物含量。
技术方案：本发明所述的一种用于测量燃煤电厂超低排放颗粒物质量浓度的装置，包括： 曝气装置、透射光-散射光测量探头、气体流量计、颗粒测量装置以及信号主机，所述曝气装 置由曝气池和曝气管组成，其中，曝气池为一密闭容器，其内盛有液体，其上方和下方分别 装有第一负压表和第二负压表，所述曝气管一端插入溶液内，另一端置于曝气池外并通过采 样烟枪与烟道相连通；所述曝气池液面以上位置设有一排气口，所述排气口通过管道连接颗 粒测量装置，所述管道上还设有一气体流量计；所述透射光-散射光测量探头置于曝气池溶液 内；所述透射光-散射光测量探头和颗粒测量装置分别与信号主机连接。
仪器运行前，所述液体通过曝气管装入曝气池中，其中所述液体用于吸收烟气中的液滴、 颗粒物，可以是去离子水、纯酒精等高纯度且无杂质液体。每一次重新测量之前所述液体需 重新更换。
曝气池竖直放置，曝气管底部没入所述液体中。
所述气体流量计和颗粒测量装置之间还设置有风机，气体流量计和风机之间设有第三负 压表。其中风机用于吸取烟气并在整个曝气系统中产生负压，第三负压表用于测量风机前方 负压值。
所述曝气池底部还固定设有一搅拌装置，用于加快曝气产生的气泡的破碎，同时使曝气 池中悬浊液混合均匀，使得颗粒不沉降，提高曝气脱除效率。
所述透射光-散射光测量探头通过套管安装在曝气池内。为了避免透射光-散射光测量探 头被曝气管排出的气体所影响，所述曝气池内的曝气管和透射光-散射光测量探头之间设有一 多孔挡板。多孔挡板顶部焊接在曝气池上方，多孔挡板底部和搅拌装置之间存在一定距离， 该距离只需保证两者不相接触即可。进一步的，所述多孔挡板至少具有从曝气管伸入液面下 的一端所在水平面竖直延伸到曝气池排气口所在水平面的高度，从而在隔离曝气管排气和透 射光-散射光测量探头的同时，也尽量隔离排气口和透射光-散射光测量探头上方的液面，尽 量保障测量的准确度。
利用上述的测量装置测量超低排放烟气颗粒物质量浓度的方法，包括如下步骤：
S1：将体积V0的液体放入曝气池中，将流动的烟气经过曝气管通入曝气池的液体中，部 分颗粒物截留在曝气池中，调整风机流量，保持曝气整个过程中气体流量稳定在Q，记录第 一负压表和第二负压表数值P1、P2，并记录颗粒测量装置上显示的第一颗粒物质量浓度C1； 曝气进行时间t后，关闭风机，根据第一负压表和第二负压表上记录的压力差计算出此时曝 气池中液体V1，具体计算公式如下所示：
式(1)中，P1、P2为第一负压表和第二负压表数值，S为曝气池内部底面积,ρ为所述液体的密度，g为重力加速度；
S2：采集通过所述液体截留的颗粒物质量计算而得的第二颗粒物质量浓度C2；
S3：根据所述第二颗粒物质量浓度C2和所述第一颗粒物质量浓度C1，计算得到所述烟气 中颗粒物的总质量浓度C＝C1+C2。
其中，所述S2包括以下步骤：
S201：采集曝气之后所述透射光-散射光测量探头的测量值N；
S202：根据透射光-散射光比值和悬浊液颗粒物质量浓度的关联曲线确定所述液体中的待 定颗粒物质量浓度Q1；
S203：计算得到第二颗粒物质量浓度C2，具体计算公式如下所示：
式(2)中，Q1为根据关联曲线确定的所述液体中待定颗粒物的质量浓度，V1为经过t 时间后曝气池中液体体积，Q为曝气过程中烟气流量值，t为曝气运行时间。
其中，步骤S202中，所述关联曲线获取方式为：在实验室中根据已知烟尘颗粒配比不同 质量浓度的悬浊液，测量不同质量浓度悬浊液的透射光-散射光比值，将悬浊液浊度和质量浓 度拟合而得的曲线称为透射光-散射光比值和浓度的关联曲线。
步骤S1中的气体流量Q为在设计系统时调好的进气量。
步骤S1中，所述的液体可以是去离子水、纯酒精等高纯度且无杂质液体。
工作原理：使用本申请所述装置进行颗粒物质量浓度测量时，采样烟枪采集到的流动烟 气通过曝气管进入曝气池液体内，烟气携带的大部分颗粒物在液体中生成气泡，并与液体发 生质交换，部分颗粒被截留在溶液中，通过浸没于液体内的透射光-散射光测量探头采集液体 透射光-散射光比值；烟气携带剩余颗粒物通过排气口排出曝气池，分别连接气体流量计和颗 粒测量装置，通过颗粒测量装置测量出颗粒物质量浓度；上述测量结果传输至信号主机之后， 即可得出所需测量的颗粒物质量浓度。
有益效果：与现有技术相比，本发明采用非取样法实现在线测量粉尘浓度排放，通过在 湿烟道中安装颗粒监测装置，消除液滴和水蒸气对颗粒测量的干扰，然后再通过光学散射测 量仪器进行粉尘浓度的测量；本发明克服了燃煤电厂排放的颗粒物的成份和性质复杂，粒径 小、粒度分布广，且烟气中含有大量湿蒸汽和液滴的问题，同时弥补了传统测量方法在实现 在线测量过程中存在的缺陷。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中 相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必 是按比例绘制的。
图1为本发明专利所述的测量装置的结构示意图；
图2为透射光-散射光比值和悬浊液颗粒物质量浓度的关联曲线。
图中各符号所表示的含义如下：
1-曝气管，2-多孔挡板，3-搅拌装置，4-透射光-散射光测量探头，5-曝气池，6-气体流 量计，7-第三负压表，8-风机，9-颗粒测量装置，10-信号主机，11-采样烟枪，12-烟道，13- 套管，14-第一负压表，15-第二负压表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实 施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发 明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。其中，透射 光-散射光测量探头为高精度光散射测量探头，测量精度至少为0.001NTU，颗粒物测量装置 为高精度气固测量传感器，测量精度至少为0.001mg/m3。
实施例1
如图1所示，一种用于测量超低排放烟气颗粒物质量浓度的装置，主要包括：曝气装置、 透射光-散射光测量探头4、气体流量计6、颗粒测量装置9以及信号主机10，其中，曝气装 置由曝气池5和曝气管1组成，曝气池5为一密闭容器，其内具有预定体积的液体，液体的 预定容积V0可以根据实验需要进行调整，液体可以是去离子水、纯酒精等高纯度且无杂质液 体，以用于吸收烟气中的液滴、颗粒物等；曝气池5上方和下方分别装有第一负压表14和第 二负压表15。在实验过程中，曝气池5竖直放置，液体位于曝气池的下端，曝气池5在远离 所述液体的一端具有排气口。曝气管1位于曝气池5一侧，并且曝气管1的出气端竖直伸入 曝气池液体内。曝气管1的进气端通过采样烟枪11与烟道12连接，从而保证烟气的流动性。 流动的烟气通过曝气管1，并从出气端进入曝气池液体内，烟气携带的颗粒在液体中生成气 泡，并与溶液发生质交换，大部分颗粒被截留在液体中，少部分颗粒随烟气通过曝气池上的 排气口排出。透射光-散射光测量探头4浸没于曝气池液体内，具体的，通过套管13实现固 定和连接，并且，为了避免透射光-散射光测量探头4被曝气管的出气端的气体所影响，透射 光-散射光测量探头4位于曝气池5内远离曝气管1的另一侧。
为了进一步地避免透射光-散射光测量探头4被曝气管的出气端的气体所影响，在曝气管 1和透射光-散射光测量探头4之间间隔有多孔挡板2。其中，多孔挡板2至少具有从所述出 气端所在水平面竖直延伸到所述排气口所在水平面的高度，从而在隔离曝气管出气端和透射 光-散射光测量探头4的同时，也尽量隔离排气孔和透射光-散射光测量探头那一侧的透射光- 散射光测量探头液面。
为了进一步保证透射光-散射光测量探头4，在液体内还设置有搅拌装置3，以保证液体 的均匀性。
排气孔、气体流量计6、第三负压表7、风机8以及颗粒测量装置9顺序连接，从而使得 颗粒测量装置9测得剩余气体中的烟气颗粒。而透射光-散射光测量探头4和所述颗粒测量装 置9分别与信号主机10连接，从而使得信号主机最终得到烟气中的颗粒物质量浓度。
实施例2
利用实施例1所述的测量装置测量超低排放烟气颗粒物质量浓度的方法，包括如下步骤：
S1：将体积V0的蒸馏水放入曝气池中，将流动的烟气经过曝气管通入曝气池的液体中， 部分颗粒物截留在曝气池中，调整风机流量，保持曝气整个过程中气体流量稳定在Q，记录 第一负压表和第二负压表数值P1、P2，并记录颗粒测量装置上显示的第一颗粒物质量浓度C1； 曝气进行时间t后，关闭风机，根据第一负压表和第二负压表上记录的压力差计算出此时曝 气池中液体V1；
具体计算公式如下所示：
式(1)中，P1、P2为第一负压表和第二负压表数值，S为曝气池内部底面积,ρ为所述液体的密度，g为重力加速度；
S2：采集通过所述液体截留的颗粒物质量计算而得的第二颗粒物质量浓度C2；
所述S2包括以下步骤：
S201：采集曝气之后所述透射光-散射光测量探头的测量值N；
S202：根据透射光-散射光比值和悬浊液颗粒物质量浓度的关联曲线确定所述液体中的待 定颗粒物质量浓度Q1；
S203：计算得到第二颗粒物质量浓度C2，具体计算公式如下所示：
式(2)中，Q1为根据关联曲线确定的所述液体中待定颗粒物的质量浓度，V1为经过t 时间后曝气池中液体体积，Q为曝气过程中烟气流量值，t为曝气运行时间；
S3：根据所述第二颗粒物质量浓度C2和所述第一颗粒物质量浓度C1，计算得到所述烟气 中颗粒物的总质量浓度C＝C1+C2。
其中，步骤S202中，所述关联曲线获取方式为：在实验室中根据已知烟尘颗粒配比不同 质量浓度的悬浊液，测量不同质量浓度悬浊液的透射光-散射光比值，将悬浊液浊度和质量浓 度拟合而得的曲线称为透射光-散射光比值和浓度的关联曲线。
实验例1
采用和上述具体实施例1和2相同的装置和方法：
将流动烟气通过采样枪吸入，流动的烟气通过曝气管，并从所述出气端进入所述蒸馏水 内，烟气携带的颗粒在所述蒸馏水中生成气泡，并发生质交换，大部分颗粒被截留在液体中， 少部分颗粒随烟气通过曝气池上的排气孔排出。通气时间t为20min，气体流量计测得烟气 流量Q为4.25m3/h，曝气池中悬浊液的测量值N为025NTU，颗粒物测量装置测得经过曝气后 的气体中第一颗粒物质量浓度C1为0.010mg/m3。此时根据第一负压表和第二负压表数值确 定的曝气池中液体体积V1为1L。
已知烟气中悬浊液透射光-散射光比值和悬浊液颗粒物质量浓度的关联曲线如图2所示， 其中连接线为拟合的关联曲线，具体表达式为：
y＝0.17538+0.2611x
根据悬浊液透射光-散射光比值与质量浓度的关联曲线确定的含有待测颗粒物质量浓度 Q1为0.28mg/L.
则第二颗粒物质量浓度C2为：
则待测的烟气颗粒物质量浓度C＝C1+C2＝0.01+0.198＝0.208mg/L。
Claims (6)
1.一种测量燃煤电厂超低排放颗粒物质量浓度的装置，其特征在于，包括：曝气装置、透射光-散射光测量探头(4)、气体流量计(6)、颗粒测量装置(9)以及信号主机(10)，所述曝气装置由曝气池(5)和曝气管(1)组成，其中，曝气池(5)为一密闭容器，其内盛有液体，其上方和下方分别装有第一负压表(14)和第二负压表(15)，所述曝气管(1)一端插入溶液内，另一端置于曝气池外并通过采样烟枪(11)与烟道(12)相连通；所述曝气池(5)液面以上位置设有一排气口，所述排气口通过管道连接颗粒测量装置(9)，所述管道上还设有一气体流量计(6)；所述透射光-散射光测量探头(4)置于曝气池(5)溶液内；所述透射光-散射光测量探头(4)和颗粒测量装置(9)分别与信号主机(10)连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体流量计(6)和颗粒测量装置(9)之间还设置有风机(8)，气体流量计(6)和风机(8)之间设有第三负压表(7)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝气池(5)底部还固定设有一搅拌装置(3)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝气池(5)内的曝气管(1)和透射光-散射光测量探头(4)之间设有一多孔挡板(2)。
5.利用权利要求1-4中任一所述的测量装置测量超低排放烟气颗粒物质量浓度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将体积V0的液体放入曝气池中，将流动的烟气经过曝气管通入曝气池的液体中，部分颗粒物截留在曝气池中，调整风机流量，保持曝气整个过程中气体流量稳定在Q，记录第一负压表和第二负压表数值P1、P2，并记录颗粒测量装置上显示的第一颗粒物质量浓度C1；曝气进行时间t后，关闭风机，根据第一负压表和第二负压表上记录的压力差计算出此时曝气池中液体V1，具体计算公式如下所示：
其中，S为曝气池内部底面积,ρ为所述液体的密度，g为重力加速度；
S2：采集通过所述液体截留的颗粒物质量计算而得的第二颗粒物质量浓度C2；
S3：根据所述第二颗粒物质量浓度C2和所述第一颗粒物质量浓度C1，计算得到所述烟气中颗粒物的总质量浓度C＝C1+C2。
6.根据权利要求5所述的测量超低排放烟气颗粒物质量浓度的方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：
S201：采集曝气之后所述透射光-散射光测量探头的测量值N；
S202：根据透射光-散射光比值和悬浊液颗粒物质量浓度的关联曲线确定所述液体中的待定颗粒物质量浓度Q1；
S203：计算得到第二颗粒物质量浓度C2，具体计算公式如下所示：
其中，Q1为根据关联曲线确定的所述液体中待定颗粒物的质量浓度，V1为经过t时间后曝气池中液体体积，Q为曝气过程中烟气流量值，t为曝气运行时间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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