CN112730309A - 一种烟气监测装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体监测技术领域，公开了一种烟气监测装置及其控制方法，其中烟气监测装置包括烟气分析仪，烟气分析仪的进气口连接有烟气采样组件，还包括负压单元和驱动气气源，负压单元的第一进气口与烟气分析仪的出气口连通，负压单元的第二进气口连接于驱动气气源，驱动气气源用于为负压单元提供压缩气体以使烟气分析仪的测量池内形成负压。本发明提供的烟气监测装置通过负压取样，使烟气分析仪的测量池内为负压，降低测量池内的水分浓度，以避免水分浓度过高对其他待测组分造成干扰；而且测量池内负压，分子运动的剧烈程度降低，烟气中待测分子的特征光谱更为精细，提高烟气分析仪的测量灵敏度与准确度。
Description
技术领域
本发明涉及气体监测技术领域，尤其涉及一种烟气监测装置及其控制方法。
背景技术
固定污染源，通常是指向环境排放或释放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备和装置；固定污染源排放的污染物对环境造成的危害是当前环境污染的重点。固定污染源产生的固废垃圾通常采用焚烧方式处理，并实时监测焚烧产生的烟气中如SO2、NOx、CO、CO2、HCl、HF、NH3、CH4、H2O等组分的浓度。
目前的监测手段是采用高温傅里叶变换红外光谱分析仪，对应的监测系统主要分为原位式烟气CEMS在线监测系统、稀释抽取式烟气CEMS在线监测系统和完全抽取式烟气CEMS在线监测系统。
其中，完全抽取式烟气CEMS在线监测系统，分为冷干法和高温热湿法，冷干法会使得水蒸气冷凝，易溶于水的物质丢失，气体相态变化，分析失真；而高温热湿法，能保持样气相态不发生变化，适用于高温高湿烟气分析，特别适用于垃圾焚烧烟气监测。
但目前采温热湿法的样品采样预处理技术存在以下技术问题：
1)、由于是正压进样，测量池或分析气室内气压成微正压，水分浓度较大，对其它待测组分存在干扰；
2)、当烟气处于高温正压下，分子运动加剧，使得分子红外特征光谱展宽，干扰变大，灵敏度降低，准确度变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏度高、准确度高的烟气监测装置及其控制方法，能够降低水分浓度对待测组分的干扰，提高烟气分析仪的灵敏度和准确度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种烟气监测装置，包括烟气分析仪，所述烟气分析仪的进气口连接有烟气采样组件，还包括负压单元和驱动气气源，所述负压单元的第一进气口与所述烟气分析仪的出气口连通，所述负压单元的第二进气口连接于所述驱动气气源，所述驱动气气源用于为所述负压单元提供压缩气体以使所述烟气分析仪的测量池内形成负压。
作为上述烟气监测装置的一种优选技术方案，还包括控制器及与所述控制器电连接的：
气压检测单元，用于测量所述测量池内的气压；
压力调节单元和/或第一限流元件，所述压力调节单元设于连通所述第二进气口与所述驱动气气源的驱动气管路上，所述第一限流元件设于连通所述烟气分析仪的进气口与所述烟气采样组件的进样管路上；
所述控制器用于根据所述气压检测单元的检测信号调节所述压力调节单元的开度和/或所述第一限流元件的开度。
作为上述烟气监测装置的一种优选技术方案，所述第一限流元件为针阀。
作为上述烟气监测装置的一种优选技术方案，所述压力调节单元为电比例调节阀。
作为上述烟气监测装置的一种优选技术方案，所述进样管路上设有第一过滤元件；和/或，所述驱动气管路上设有第二过滤元件。
作为上述烟气监测装置的一种优选技术方案，所述第一进气口和所述烟气分析仪的出气口通过出样管路连通，所述出样管路设有第二限流元件。
作为上述烟气监测装置的一种优选技术方案，所述出样管路上设有差压检测单元，用于检测所述第二限流元件的进出口压差。
作为上述烟气监测装置的一种优选技术方案，还包括加热箱，用于对所述加热箱内的气体进行加热的加热器，及用于测量所述加热箱内温度的温度检测单元；
所述负压单元及连通所述驱动气气源和所述负压单元的第二进气口的驱动气管路均设于所述加热箱外，连通所述烟气采样组件和所述烟气分析仪的出气口的进样管路，以及连通所述第一进气口和所述烟气分析仪的出气口的出样管路均设于所述加热箱内。
本发明还提供了一种上述烟气监测装置的控制方法，驱动气气源为负压单元提供压缩气体，负压单元工作使烟气分析仪的测量池内形成负压，使烟气采样组件采集的烟气流经烟气分析仪后通过负压单元排出。
作为上述烟气监测装置的控制方法的一种优选技术方案，在烟气分析仪的测量池内的气压不等于设定气压时，调节第一限流元件的开度和/或压力调节单元的开度，使测量池内的气压等于设定气压。
本发明的有益效果：本发明提供的烟气监测装置通过负压取样，使烟气分析仪的测量池内为负压，降低测量池内的水分浓度，以避免水分浓度过高对其他待测组分造成干扰；而且测量池内负压，分子运动的剧烈程度降低，烟气中待测分子的特征光谱更为精细，提高烟气分析仪的测量灵敏度与准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的烟气监测装置的原理图；
图2是设定气压为0.1MPa，设定温度为180℃，测量池光程为5m，SO2浓度为1ppm时SO2红外吸收谱图；
图3是设定气压为0.05MPa，设定温度为180℃，测量池光程为5m，SO2浓度为1ppm时SO2红外吸收谱图；
图4是设定气压为0.05MPa，设定温度为180℃，测量池光程为5m，SO2浓度为1ppm，H2O浓度为100ppm的SO2和H2O红外吸收谱图。
图中：
1、烟气分析仪；11、测量池；
2、进样管路；21、第一过滤元件；22、第一限流元件；
3、出样管路；31、第二限流元件；
4、负压单元；
5、驱动气管路；51、第二过滤元件；52、压力调节单元；
61、气压检测单元；62、差压检测单元；
71、加热箱；72、温度检测单元；
8、控制器。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
如图1所示，本实施例提供了一种烟气监测装置，包括烟气分析仪1、负压单元4和驱动气气源，烟气分析仪1的进气口连接有烟气采样组件，负压单元4的第一进气口与烟气分析仪1的出气口连通，负压单元4的第二进气口连接于驱动气气源，驱动气气源用于为负压单元4提供压缩气体以使烟气分析仪1的测量池11内形成负压。本实施例中，上述负压单元4为射流泵。于其他实施例中，上述负压单元4还可以为真空发生器。
本实施例通过驱动气气源为负压单元4提供压缩气体，使烟气分析仪1的测量池11内形成负压，以使烟气采样组件采集的烟气自动进入烟气分析仪1，同时烟气分析仪1流出的烟气将会和压缩气体通过负压单元4的混合气出口排出，实现负压取样。
本实施例提供的烟气监测装置通过负压取样，使烟气分析仪1的测量池11内为负压，降低测量池11内的水分浓度，以避免水分浓度过高对其他待测组分造成干扰；而且测量池11内负压，分子运动的剧烈程度降低，烟气中待测分子的特征光谱更为精细，提高烟气分析仪的测量灵敏度与准确度。
具体地，烟气采样组件通过进样管路2与测量池11的进气口连通，测量池11的出气口通过出样管路3与负压单元4的第一进气口连通，驱动气气源与负压单元4的第二进气口通过驱动气管路5连通。上述驱动气气源可以采用空气压缩机或空气泵等，用于为负压单元4提供压缩空气，上述烟气采样组件和烟气分析仪1均为现有技术，在此不再赘叙。上述负压单元4的标准气源气压为0.45MPa，接口RC1/8。上述烟气分析仪1采用高温傅里叶变换红外光谱仪，测量池11的池光程为5m。
进一步地，上述烟气监测装置还包括控制器8，第二限流元件31，及均与控制器8电连接的气压检测单元61、压力调节单元52和第一限流元件22，其中，气压检测单元61设于出样管路3上，用于测量烟气分析仪1的测量池11内的气压；压力调节单元52设置于驱动气管路5上，第一限流元件22设置于进样管路2上，第二限流元件31设置于出样管路3上，出样管路3上设置有差压检测单元62，用于检测第二限流元件31的进出口压差，控制器8用于根据气压检测单元61的检测信号调节压力调节单元52的开度和第一限流元件22的开度。上述第二限流元件31和差压检测单元62均位于气压检测单元61的下游。
本实施例中，上述气压检测单元61为差压传感器，差压传感器的终端采用NPT1/4螺牙，量程为-0.1MPa至0.1MPa。压力调节单元52为电比例调节阀，第一限流元件22为不锈钢针阀，第二限流元件31为不锈钢限流孔板，流量范围0L/H至300L/H。差压检测单元62为差压式变送器，差压式变送器的量程为0Kpa至20Kpa，差压式变送器的终端采用NPT1/4螺牙。采用针阀取代了传统的高温电磁阀，采用负压单元4取代了传统的高温取样泵，降低了烟气监测装置的成本；通过设置第一限流元件22和第二限流元件31可以起到紊流作用。
在气压检测单元61检测出的测量池11内的气压不等于设定气压时，先通过PID控制调节压力调节单元52的开度，以使气压检测单元61检测出的气压等于设定气压；若是调节压力调节单元52的开度无法使气压检测单元61检测出的气压等于设定气压，则再通过PID控制调节第一限流元件22的开度，以使气压检测单元61检测出的气压等于设定气压。上述设定气压为-0.05MPa至0.1MPa。
进一步地，上述控制器8与烟气分析仪1电连接，烟气分析仪1可以将检测信号发送至控制器8，控制器8可以发送控制指令给烟气分析仪1以使烟气分析仪1工作或停止工作等。
上述控制器8包括比例积分微分控制模块和外围电气组件，比例积分微分控制模块具备自调谐功能，具备4mA至20mA模拟量、铂电阻、差压式变送器等信号输入和信号输出。气压检测单元61、差压检测单元62、压力调节单元52和第一限流元件22均电连接于比例积分微分控制模块。至于比例积分微分控制模块的PID控制方法为现有技术，在此不再赘叙。
出样管路3中的流量即为采样流量，由于出样管路3中流量与第二限流元件31的进出口压差的平方根成正比，因此，可以通过第二限流元件31的进出口压差计算采样流量，通过气压检测单元61、第一限流元件22和压力调节单元52调节测量池11内的气压，实现测量池11内气压恒定，从而实现恒流采样，避免测量池11内气压变化引起光谱线型变化导致的误差，保证了烟气分析仪1分析结果的准确性。
通过差压检测单元62实时监测第二限流元件31的进出口压差，并将监测信号反馈给比例积分微分控制模块以输出。
进一步地，进样管路2上设有第一过滤元件21，以对进样管路2内流通的烟气进行过滤。本实施例中，上述第一过滤元件21为不锈钢烧结过滤器，过滤精度小于2μm。优选地，第一过滤元件21的过滤精度为0.5μm。
进一步地，驱动气管路5上设有第二过滤元件51，以对驱动气管路5内流通的压缩空气进行过滤。本实施例中，上述第二过滤元件51为空气过滤器。
进一步地，上述烟气监测装置还包括加热箱71，用于对加热箱71内的气体进行加热的加热器，及用于测量加热箱71内温度的温度检测单元72；负压单元4及连通驱动气气源和负压单元4的第二进气口的驱动气管路5均设于加热箱71外，连通烟气采样组件和烟气分析仪1的出气口的进样管路2，以及连通第一进气口和烟气分析仪1的出气口的出样管路3均设于加热箱71内。
具体地，进样管路2、及设于进样管路2上的第一限流元件22和第一过滤元件21、出样管路3、及设于出样管路3上的第二限流元件31、气压检测单元61的测量端、差压检测单元62的测量端和温度检测单元72的测量端均设于加热箱71内，上述负压单元4、驱动气管路5、第二过滤元件51、压力调节单元52、控制器8和烟气分析仪1均设于加热箱71外。上述加热器电连接于上述比例积分微分控制模块。
通过加热器对加热箱71内的气体进行加热，并通过温度检测单元72进行实时监测，以将加热箱71内的温度控制在设定温度，使进样管路2和出样管路3内的烟气温度维持在露点以上，避免烟气冷凝形成的冷凝水腐蚀或堵塞管路。在加热箱71内的温度高于或低于设定温度时，调节加热器的功率，保证加热箱71内的温度为设定温度，避免样气温度变化引起的光谱线型变化导致的误差，保证了烟气分析仪1分析结果的稳定性。
本实施例中，上述温度检测单元72为PT100温度传感器，加热器为柱状加热棒或加热片。需要说明的是，上述设定温度可以是一个具体的温度值，还可以是一个温度范围。
上述控制器8还包括开始按钮、停止按钮和参数输入单元，参数输入单元可以为触摸屏，用于设置上述设定气压和设定温度，开始按钮用于控制控制烟气分析仪1开始工作，停止按钮用于控制烟气分析仪1停止工作。
进一步地，上述进样管路2连接有标定气源，用于选择性地为进样管路2提供零气或标气，以进行零点标定以及量程标定。上述零气为可以采用氮气，标气可以采用二氧化硫。需要说明的是，一般采用钢瓶存储标气，通常为正压，需要微调第一限流元件22使测量池11内的气压达到设定气压。
本实施例还提供了一种上述烟气监测装置的控制方法，以实现负压恒流采样。上述烟气监测装置的控制方法主要包括标定和正常工作两个大过程。
标定过程：(1)、打开驱动气气源，使其提供的压缩空气的气压为0.45MPa；通过参数输入单元设置设定气压和设定温度，其中，设定气压为-0.04MPa，设定温度为180℃；
(2)、控制加热器工作，在加热箱71内的温度达到180℃时，标定气源为进样管路2提供零气，零气经过第一过滤元件21、第一限流元件22、测量池11、第二限流元件31进入负压单元4与驱动气气源提供的压缩空气混合后流出，待上述烟气监测装置稳定后进行零点标定；
(3)、在完成零点标定后，将零气替换为标气，重复零点标定动作，待气压检测单元61、差压检测单元62的测量信号稳定后，进行标气量程标定。
正常工作过程：将烟气采样组件采集的烟气送入进样管路2，使烟气在负压单元4的作用下，依次经过第一过滤元件21过滤，并通过第一限流元件22调节流量，以将烟气送入测量池11内，且通过调节压力调节单元52的开度使测量池11内的气压稳定为-0.05MPa至0.1MPa，烟气分析仪1的光源发出的光在测量池11内经过多次反射，部分被烟气吸收，部分未被吸收而返回烟气分析仪1的检测器内，烟气流出测量池11后经第二限流元件31进入负压单元4与驱动气气源提供的压缩空气混合后流出。
需要说明的是，如何进行零气标定和标气量程标定均为现有技术，在此不再详细赘叙。
在测量池11内的气压不等于设定气压时，调节压力调节单元52的开度，使测量池11内的气压等于设定气压；若烟气压力较高，仅调节压力调节单元52的开度无法仍使测量池11内的气压等于设定气压，则调节第一限流元件22的开度，以使测量池11内的气压等于设定气压；若调节压力调节单元52的开度和第一限流元件22的开度仍无法使测量池11内的气压等于设定气压，则调节驱动气气源的功率以调节压缩空气的气压。
在正常工作的过程中，当温度检测单元72、气压检测单元61、烟气分析仪1、压力调节单元52、第一限流元件22、第一过滤元件21、第二过滤元件51以及第二限流元件31中的任一个故障时，将会自动触发上述停止按钮，以停止采样。在需要任何手动操作时，均需在测量池11内的温度降低至可操作温度时，再进行相关操作，如清洗第一过滤元件21、第二过滤元件51、第一限流元件22以及第二限流元件31等。
图2是设定气压为0.1MPa，且设定温度为180℃，测量池光程为5m，SO2浓度为1ppm时SO2的红外吸收谱图；图3是设定气压为0.05MPa，且设定温度为180℃，测量池光程为5m，SO2浓度为1ppm时SO2的红外吸收谱图；图4是是设定气压为0.05MPa，且设定温度为180℃，测量池光程为5m，SO2浓度为1ppm且H2O的浓度为100ppm时SO2的红外吸收谱图。
从图2和图3中可以看出，当其他条件一致时，设定气压由0.1MPa降到0.05MPa时，SO2红外吸收谱图由面包峰变为精细的指纹峰。从图2和图4中可以看出，当设定气压由0.1MPa降到0.05MPa时，SO2和H2O在1360cm-1至1400cm-1之间特征峰能明显区分开，可以使得SO2更好的定量，当然也有利于其他组分如NO的定量。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
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。
Claims (10)
1.一种烟气监测装置，包括烟气分析仪(1)，所述烟气分析仪(1)的进气口连接有烟气采样组件，其特征在于，还包括负压单元(4)和驱动气气源，所述负压单元(4)的第一进气口与所述烟气分析仪(1)的出气口连通，所述负压单元(4)的第二进气口连接于所述驱动气气源，所述驱动气气源用于为所述负压单元(4)提供压缩气体以使所述烟气分析仪(1)的测量池(11)内形成负压。
2.根据权利要求1所述的烟气监测装置，其特征在于，还包括控制器(8)及与所述控制器(8)电连接的：
气压检测单元(61)，用于测量所述测量池(11)内的压强；
压力调节单元(52)和/或第一限流元件(22)，所述压力调节单元(52)设于连通所述第二进气口与所述驱动气气源的驱动气管路(5)上，所述第一限流元件(22)设于连通所述烟气分析仪(1)的进气口与所述烟气采样组件的进样管路(2)上；
所述控制器(8)用于根据所述气压检测单元(61)的检测信号调节所述压力调节单元(52)的开度和/或所述第一限流元件(22)的开度。
3.根据权利要求2所述的烟气监测装置，其特征在于，所述第一限流元件(22)为针阀。
4.根据权利要求2所述的烟气监测装置，其特征在于，所述压力调节单元(52)为电比例调节阀。
5.根据权利要求2所述的烟气监测装置，其特征在于，所述进样管路(2)上设有第一过滤元件(21)；和/或，所述驱动气管路(5)上设有第二过滤元件(51)。
6.根据权利要求1所述的烟气监测装置，其特征在于，所述第一进气口和所述烟气分析仪(1)的出气口通过出样管路(3)连通，所述出样管路(3)设有第二限流元件(31)。
7.根据权利要求6所述的烟气监测装置，其特征在于，所述出样管路(3)上设有差压检测单元(62)，用于检测所述第二限流元件(31)的进出口压差。
8.根据权利要求1至7任一项所述的烟气监测装置，其特征在于，还包括加热箱(71)，用于对所述加热箱(71)内的气体进行加热的加热器，及用于测量所述加热箱(71)内温度的温度检测单元(72)；
所述负压单元(4)及连通所述驱动气气源和所述负压单元(4)的第二进气口的驱动气管路(5)均设于所述加热箱(71)外，连通所述烟气采样组件和所述烟气分析仪(1)的出气口的进样管路(2)，以及连通所述第一进气口和所述烟气分析仪(1)的出气口的出样管路(3)均设于所述加热箱(71)内。
9.一种如权利要求1至8任一项所述烟气监测装置的控制方法，其特征在于，驱动气气源为负压单元(4)提供压缩气体，负压单元(4)工作使烟气分析仪(1)的测量池(11)内形成负压，使烟气采样组件采集的烟气流经烟气分析仪(1)后通过负压单元(4)排出。
10.根据权利要求9所述的烟气监测装置的控制方法，其特征在于，在烟气分析仪(1)的测量池(11)内的气压不等于设定气压时，调节第一限流元件(22)的开度和/或压力调节单元(52)的开度，使测量池(11)内的气压等于设定气压。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110030742.9A CN112730309A (zh) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | 一种烟气监测装置及其控制方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202110030742.9A CN112730309A (zh) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | 一种烟气监测装置及其控制方法 |
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| CN112730309A true CN112730309A (zh) | 2021-04-30 |
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ID=75590236
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| CN (1) | CN112730309A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114414748A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-04-29 | 南京戈里斯环保科技有限公司 | 一种挥发性有机物含量检测装置及方法 |
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2021
- 2021-01-11 CN CN202110030742.9A patent/CN112730309A/zh active Pending
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