CN109781495A - 一种烟气稀释采样控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气稀释采样控制系统及方法，利用烟气收集管路、烟气混合腔和稀释气体供应装置组成烟气混合稀释系统，烟气收集管路一端用于采集待测烟气，烟气收集管路另一端连通烟气混合腔内，稀释气体供应装置通过稀释管道连通至烟气混合腔内，烟气混合腔下端设有稀释腔，稀释腔下端设有多个用于连接监测仪器的采样接口，还包括与其中一个采样接口通过管道连接的辅助抽力泵和二级稀释装置，利用控制器通过第一集成传感器获取待测气体初始浓度，根据稀释腔下端连接的采样仪器量程，调节稀释泵和辅助抽力泵的流量，从而达到调整稀释腔内气体浓度的目的；本申请能够根据预设阈值达到自动控制稀释倍数的目的。
Description
技术领域
本发明属于烟气处理系统，具体涉及一种烟气稀释采样控制系统及方法。
背景技术
在大气细颗粒物(PM2.5)来源解析过程中，了解主要大气污染源直接排放的PM2.5中的化学成分谱，对于进一步利用数值模型获得更接近于实际情况下PM2.5的污染源分担率十分重要。实际现场条件下采集生物质燃料锅炉烟气源样品时，由于采样时间和工业生产工艺要求的限制，很难采集到有不同燃烧温度下的气溶胶源样品，更无法获得化学成分排放因子，给进一步较为精确地评估生物质锅炉对PM2.5的贡献带来很大的不确定性。
然而，现有技术中只能依靠经验或预实验获得烟气浓度并调节稀释倍数，且手动调节稀释倍数会造成很大的误差。同时，诸多后接设备的量程不一致导致采样工作很难协调一致进行。同时，采样期间由于烟气浓度变化等原因，需要大量人力物力对其进行监测和调节，操作复杂，浪费资源。
现有的稀释采样系统中，稀释倍数需要人为调节，并且尤其不能根据污染物源浓度自动改变稀释倍数以适应采样仪器，很难让多种稀释采样设备同时处于良好工况。
因此，有必要设计一种可以根据烟气排放浓度智能调节采样稀释倍数并记录相关污染浓度的用于现场采集气溶胶源样品的稀释通道采样系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气稀释采样控制系统及方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种烟气稀释采样控制系统，包括烟气收集管路、烟气混合腔和稀释气体供应装置；烟气收集管路一端用于采集待测烟气，烟气收集管路另一端连通烟气混合腔内，稀释气体供应装置通过稀释管道连通至烟气混合腔内，烟气混合腔下端设有稀释腔，稀释腔下端设有多个用于连接监测仪器的采样接口，还包括与其中一个采样接口通过管道连接的辅助抽力泵和二级稀释装置。
进一步的，稀释腔下端为锥形稀释完成区。
进一步的，烟气混合腔和稀释腔内壁采用聚四氟乙烯钝化的不锈钢制成；采样接口为螺纹管接口，多个采样接口管径不同。
进一步的，烟气收集管路一端设有颗粒切割头，颗粒切割头包括用于颗粒物切割的PM1、PM2.5、PM10和TSP切割头。
进一步的，烟气收集管路外侧包裹有烟气保温层，烟气保温层内固定有加热丝。
进一步的，稀释气体供应装置包括通过稀释管道连通至烟气混合腔内的稀释泵，稀释管道上安装有过滤装置和调节阀，稀释泵连接于稀释气体。
进一步的，还包括控制器以及分别设置于烟气收集管路内壁、烟气混合腔内壁和稀释管道内壁的第一集成传感器、第二集成传感器和第三集成传感器，第一集成传感器、第二集成传感器、第三集成传感器、稀释泵和辅助抽力泵均通过数据线连接于控制器；控制器通过第一集成传感器、第二集成传感器和第三集成传感器分别采集烟气收集管路、烟气混合腔和稀释管道内的气体化学成分含量。
进一步的，第一集成传感器、第二集成传感器和第三集成传感器结构相同，均用于采集多种待采集数据，即气体化学成分含量，包括待测烟气的温度、湿度、流速、CO浓度、CO2浓度和氮氧化物浓度。
一种烟气稀释采样控制系统的采样控制方法，控制器通过第一集成传感器4获取待测气体初始浓度，根据稀释腔下端连接的采样仪器量程，调节稀释泵和辅助抽力泵的流量，从而达到调整稀释腔内气体浓度的目的；若待测气体初始浓度超过或低于调节浓度范围，则发出警告。
进一步的，在控制器中输入检测仪器的量程，记为C1-C2，C1＜-C2；
控制器通过第一集成传感器、第二集成传感器和第三集成传感器分别采集稀释泵、辅助抽力泵和监测仪器的流量，分别记为F1、F2和F3，则稀释倍数计算公式＝(F2+F3)/(F2+F3-F1)；
通过第二集成传感器采集的烟气浓度数据C3，如C3>C1且C3<C2，保持各泵工作状态不变；如C3<C1，降低稀释泵流量F1，提高稀释倍数，直至满足条件；如C3>C2，则提高F1流量，增大稀释倍数，直至满足条件C3>C1且C3<C2。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种烟气稀释采样控制系统，利用烟气收集管路、烟气混合腔和稀释气体供应装置组成烟气混合稀释系统，烟气收集管路一端用于采集待测烟气，烟气收集管路另一端连通烟气混合腔内，稀释气体供应装置通过稀释管道连通至烟气混合腔内，烟气混合腔下端设有稀释腔，稀释腔下端设有多个用于连接监测仪器的采样接口，还包括与其中一个采样接口通过管道连接的辅助抽力泵和二级稀释装置，利用稀释气体供应装置与烟气混合腔通过管道连接，向烟气混合腔内输入稀释气体，从而达到稀释气体可控的目的。
进一步的，利用控制器与集成传感器连接，可通过协同控制抽气泵与稀释泵，从而达到智能控制稀释倍数的目的，通过控制器实时记录稀释倍数和主要污染物浓度，达到无人看守采样的目的，采用二级稀释器与稀释腔下端的采样接口配合，达到多采样设备兼容；
进一步的，释管道上安装有过滤装置，稀释气体使用多级过滤设备过滤得到，不用零气发生器或标准气体，方便野外使用；
进一步的，稀释腔下端为锥形稀释完成区，待测烟气经过稀释腔完成混合后进入稀释完成区内，通过锥形结构减缓流动速度，防止气体紊乱。
进一步的，烟气收集管路外侧包裹有烟气保温层，烟气保温层内固定有加热丝，用于对烟气收集管路内的烟气的温度进行保温或升温，以保证烟气不在此处发生凝结。
一种烟气稀释采样控制系统的采样控制方法，利用控制器通过第一集成传感器获取待测气体初始浓度，根据稀释腔下端连接的采样仪器量程，调节稀释泵和辅助抽力泵的流量，从而达到调整稀释腔内气体浓度的目的；若待测气体初始浓度超过或低于调节浓度范围，则发出警告，能够根据预设阈值达到自动控制稀释倍数的目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为二级混合稀释结构示意图。
其中，1、颗粒切割头；2、烟气收集管路；3、烟气保温层；4、第一集成传感器；5、烟气混合腔；6、第三集成传感器；7、过滤装置；8、稀释泵；9、辅助抽力泵；10、稀释腔；11、锥形稀释完成区；12、第二集成传感器；13、采样接口；14、数据线；15、控制器；16、稀释烟气进气口；17、二级稀释气进口；18、二级稀释装置；19、第四集成传感器；20、二级稀释采样接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1、图2所示，一种烟气稀释采样控制系统，包括烟气收集管路2、烟气混合腔5和稀释气体供应装置；烟气收集管路2一端用于采集待测烟气，烟气收集管路2另一端连通烟气混合腔5内，稀释气体供应装置通过稀释管道连通至烟气混合腔5内，烟气混合腔5下端设有稀释腔10，稀释腔10下端设有多个用于连接监测仪器的采样接口13，还包括与其中一个采样接口13通过管道连接的辅助抽力泵9和二级稀释装置18；
稀释腔10下端为锥形稀释完成区11，待测烟气经过稀释腔10完成混合后进入稀释完成区11内，通过锥形结构减缓流动速度，防止气体紊乱；
烟气混合腔5和稀释腔10内壁采用聚四氟乙烯钝化的不锈钢制成；稀释气体与待测烟气在经上部烟气混合腔5后在稀释腔10内充分混合，利用辅助抽力泵9使烟气混合腔5和稀释腔10内形成负压；
采样接口13为螺纹管接口，多个采样接口13管径不同，便于连接多种不同管径和监测仪；
烟气收集管路2一端设有颗粒切割头1，颗粒切割头1包括PM1、PM2.5、PM10和TSP切割头，用于颗粒物切割；
烟气收集管路2外侧包裹有烟气保温层3，烟气保温层3内固定有加热丝，用于对烟气收集管路2内的烟气的温度进行保温或升温，以保证烟气不在此处发生凝结；
稀释气体供应装置包括通过稀释管道连通至烟气混合腔5内的稀释泵8，稀释管道上安装有过滤装置7和调节阀，稀释泵8连接于稀释气体，过滤装置7用于过滤稀释管道内稀释气体的颗粒物，用于向烟气混合腔5内提供洁净的稀释气体；
还包括控制器15以及分别设置于烟气收集管路2内壁、烟气混合腔5内壁和稀释管道内壁的第一集成传感器4、第二集成传感器12和第三集成传感器6，第一集成传感器4、第二集成传感器12、第三集成传感器6、稀释泵8和辅助抽力泵9均通过数据线14连接于控制器15；控制器15通过第一集成传感器4、第二集成传感器12和第三集成传感器6分别采集烟气收集管路2、烟气混合腔5和稀释管道内的气体化学成分含量；
第一集成传感器4、第二集成传感器12和第三集成传感器6结构相同，均用于采集多种待采集数据，即气体化学成分含量，包括待测烟气的温度、湿度、流速、CO浓度、CO2浓度和氮氧化物浓度；
二级稀释装置18包括二次稀释腔体以及与稀释腔10下端采样接口13通过管道连接的稀释烟气进气口16，二次稀释腔体侧壁设有和二次稀释腔体内壁分别设有二级稀释气进口17和第四集成传感器19；二次稀释腔体下端设有二级稀释采样接口20。
一种烟气稀释采样控制方法，控制器通过第一集成传感器4获取待测气体初始浓度，根据稀释腔下端连接的采样仪器量程，调节稀释泵和辅助抽力泵的流量，从而达到调整稀释腔内气体浓度的目的；若待测气体初始浓度超过或低于调节浓度范围，则发出警告。
待测烟气经过颗粒切割头1切割后进入烟气收集管路2，烟气收集管路2外面设有带有加热电阻丝的烟气保温层，用以保持烟气在此处的温度，防止凝结等反应的发生；烟气收集管路2后段设有集成传感器4，集成传感器4的传感头插入烟气收集管路2中，数据通过数据线14传输给控制器15，监测并记录的待测烟气数据包括烟气的温度、湿度、流速和烟气中主要污染物的浓度，包括CO、CO2、SO2、NOx、O2；传感器的种类和量程可根据用户需求定制；
稀释气体供应装置包括通过稀释管道连通至烟气混合腔5内的稀释泵8，稀释管道上安装有过滤装置7和调节阀，稀释泵8连接于稀释气体，过滤装置7用于过滤稀释管道内稀释气体的颗粒物，用于向烟气混合腔5内提供洁净的稀释气体；
待测烟气与稀释气体在混合腔处混合后进入稀释腔，并在此腔体经充分混合后进入稀释完成区，等待采集与测定；
充分混合后的稀释烟气在稀释完成区通过采样接口系统进入不同的采样及监测设备，若不同设备间的量程差异过大，则在量程较小的设备前与采样接口之间加入二级稀释器；稀释烟气进气口与采样接口连接，二级稀释气体从二级稀释气进口进入，在二级混合稀释腔中完成混合与稀释，通过二级稀释后采样接口与采样仪器连接；二级稀释器的混合腔下部也设有19集成传感器，用以监测并记录的数据包括烟气的温度、湿度、流速和烟气中主要污染物的浓度，二级稀释气来自稀释气体发生系统，稀释倍数通过稀释气流量控制。
辅助抽力泵用以提供整个系统的抽力，在外接采样与监测设备的流量不足时，提供额外抽力，保证系统具有合适的流量。
集成传感器数据通过数据线与控制电脑连接，控制电脑同时通过数据线与稀释泵8和辅助抽力泵9相连，通过控制两个泵的流量从而达到控制不同的稀释倍数的目的。
本发明的工作过程如下所示：
预先在控制器中输入检测仪器的量程，记为C1-C2；
稀释泵8、辅助抽力泵9和监测仪器的流量分别通过第一集成传感器4、第二集成传感器12和第三集成传感器6采集传输至控制器，分别记为F1、F2和F3，则稀释倍数计算公式＝(F2+F3)/(F2+F3-F1)；
固定时间内进行一次运算，对比第二集成传感器处的污染物浓度数据C3，如C3>C1且C3<C2，保持各泵工作状态不变；如C3<C1，降低稀释泵流量F1，提高稀释倍数，直至满足条件；如C3>C2，则提高F1流量，增大稀释倍数，直至满足条件C3>C1且C3<C2；控制器间隔时间记录所有集成传感器的所有数据，同时对计算的稀释倍数在同样间隔时间内记录一次，方便后期的数据计算；如量程超过自动处理范围，警告管理员。
同时对于需要长时间无人看守的采样工作，可以在控制电脑中预设稀释采样倍数，记为D1-D2，程序也能通过负反馈机制自动对系统的稀释倍数进行调节，如实际稀释倍数D3大于或小于标定倍数，则负反馈给系统，系统随即给稀释泵反向调节信号，校正稀释倍数；
通过以上两种操作，本发明实现了对稀释采样系统的稀释倍数的智能调节。该系统能有效节省人力物力，同时提高工作效率，提高不同监测仪器的兼容性，对提高烟气采样工作的效率以及降低人工成本具有显著意义。
Claims (10)
1.一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，包括烟气收集管路(2)、烟气混合腔(5)和稀释气体供应装置；烟气收集管路(2)一端用于采集待测烟气，烟气收集管路(2)另一端连通烟气混合腔(5)内，稀释气体供应装置通过稀释管道连通至烟气混合腔(5)内，烟气混合腔(5)下端设有稀释腔(10)，稀释腔(10)下端设有多个用于连接监测仪器的采样接口(13)，还包括与其中一个采样接口(13)通过管道连接的辅助抽力泵(9)和二级稀释装置(18)。
2.根据权利要求1所述的一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，稀释腔(10)下端为锥形稀释完成区(11)。
3.根据权利要求1所述的一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，烟气混合腔(5)和稀释腔(10)内壁采用聚四氟乙烯钝化的不锈钢制成；采样接口(13)为螺纹管接口，多个采样接口(13)管径不同。
4.根据权利要求1所述的一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，烟气收集管路(2)一端设有颗粒切割头(1)，颗粒切割头(1)包括用于颗粒物切割的PM1、PM2.5、PM10和TSP切割头。
5.根据权利要求1所述的一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，烟气收集管路(2)外侧包裹有烟气保温层(3)，烟气保温层(3)内固定有加热丝。
6.根据权利要求1所述的一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，稀释气体供应装置包括通过稀释管道连通至烟气混合腔(5)内的稀释泵(8)，稀释管道上安装有过滤装置(7)和调节阀，稀释泵(8)连接于稀释气体。
7.根据权利要求1所述的一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，还包括控制器(15)以及分别设置于烟气收集管路(2)内壁、烟气混合腔(5)内壁和稀释管道内壁的第一集成传感器(4)、第二集成传感器(12)和第三集成传感器(6)，第一集成传感器(4)、第二集成传感器(12)、第三集成传感器(6)、稀释泵(8)和辅助抽力泵(9)均通过数据线(14)连接于控制器(15)；控制器(15)通过第一集成传感器(4)、第二集成传感器(12)和第三集成传感器(6)分别采集烟气收集管路(2)、烟气混合腔(5)和稀释管道内的气体化学成分含量。
8.根据权利要求1所述的一种烟气稀释采样控制系统，其特征在于，第一集成传感器(4)、第二集成传感器(12)和第三集成传感器(6)结构相同，均用于采集多种待采集数据，即气体化学成分含量，包括待测烟气的温度、湿度、流速、CO浓度、CO2浓度和氮氧化物浓度。
9.一种基于权利要求7所述的一种烟气稀释采样控制系统的采样控制方法，其特征在于，控制器通过第一集成传感器获取待测气体初始浓度，根据稀释腔下端连接的采样仪器量程，调节稀释泵和辅助抽力泵的流量，从而达到调整稀释腔内气体浓度的目的；若待测气体初始浓度超过或低于调节浓度范围，则发出警告。
10.根据权利要求9所述的一种烟气稀释采样控制方法，其特征在于，在控制器中输入检测仪器的量程，记为C1-C2，C1＜-C2；
控制器通过第一集成传感器(4)、第二集成传感器(12)和第三集成传感器(6)分别采集稀释泵(8)、辅助抽力泵(9)和监测仪器的流量，分别记为F1、F2和F3，则稀释倍数计算公式＝(F2+F3)/(F2+F3-F1)；
通过第二集成传感器采集的烟气浓度数据C3，如C3>C1且C3<C2，保持各泵工作状态不变；如C3<C1，降低稀释泵流量F1，提高稀释倍数，直至满足条件；如C3>C2，则提高F1流量，增大稀释倍数，直至满足条件C3>C1且C3<C2。
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