CN112986217A - 烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法，其有针对性地收集烟气样本和配置形成烟气溶液，并对该烟气溶液进行分析检测，确定其中包含的重金属种类和重量百分占比，继而确定烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，再根据该烟气排放源当前所处区域的风向，确定烟气的传输路径和在该传输路径上重金属的扩散面积范围，以此对扩散面积范围覆盖的区域进行预警，这样能够全面地和准确地检测排放的灰尘烟气中不同类型重金属颗粒的含量以及这些重金属颗粒随着灰尘烟气漂浮而扩散传输的范围，从而对烟气造成的污染进行有效的监测以及对烟气污染影响的区域进行及时的预警。
Description
技术领域
本发明涉及污染物监测的技术领域，特别涉及烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法。
背景技术
钢铁制造等重工业在生产过程中会产生大量灰尘烟气，这些灰尘烟气包含大量有毒重金属颗粒。当这些灰尘烟气被排出后，其会随着空气扰动逐渐扩散传播到不同区域，并对相应区域造成重金属污染。目前，对于重工业生产中产生的灰尘烟气的排放量进行检测，但是其无法全面地和准确地检测排放的灰尘烟气中不同类型重金属颗粒的含量以及这些重金属颗粒随着灰尘烟气漂浮而扩散传输的范围，这不利于对烟气造成的污染进行有效的监测以及对烟气污染影响的区域进行及时的预警。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法，其通过检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据该烟气排放状态，从该烟气排放源中收集得到烟气样本，再对该烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液，接着对该烟气溶液进行分析检测，以此确定该烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据该重金属种类和重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，最后根据该烟气排放源当前所处区域的风向，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据该重金属排放量，确定在该传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对该扩散面积范围覆盖的区域进行预警；可见，该烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法能够有针对性地收集烟气样本和配置形成烟气溶液，并对该烟气溶液进行分析检测，确定其中包含的重金属种类和重量百分占比，继而确定烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，再根据该烟气排放源当前所处区域的风向，确定烟气的传输路径和在该传输路径上重金属的扩散面积范围，以此对扩散面积范围覆盖的区域进行预警，这样能够全面地和准确地检测排放的灰尘烟气中不同类型重金属颗粒的含量以及这些重金属颗粒随着灰尘烟气漂浮而扩散传输的范围，从而对烟气造成的污染进行有效的监测以及对烟气污染影响的区域进行及时的预警。
本发明提供烟气中多种重金属在线监测系统，其特征在于，其包括烟气样本收集模块、烟气样本预处理模块、烟气溶液分析检测模块、烟气传输路径预测模块、预警模块；其中，
所述烟气样本收集模块用于检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本；
所述烟气样本预处理模块用于对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液；
所述烟气溶液分析检测模块用于对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量；
所述烟气传输路径预测模块用于根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径；
所述预警模块用于根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警；
进一步，所述烟气样本收集模块检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本具体包括：
检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据所述压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从所述烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本；
以及，
所述烟气样本预处理模块对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液具体包括：
对所述烟气样本进行冷却静置处理，从而将所述烟气样本转换为烟气颗粒；再将所述烟气颗粒溶解于去离子水后进行杂质过滤处理，从而得到烟气溶液；
进一步，所述烟气溶液分析检测模块对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量具体包括：
对所述烟气溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理，从而得到所述烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱，再提取所述等离子体原子激发光谱中的峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度；
再根据所述峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度，确定所述烟气样本包含的重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比；
最后根据所述重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内排放的烟气中每一种类型重金属的排放量；
进一步，所述烟气传输路径预测模块根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径具体包括：
根据所述烟气排放源当前所处区域对应的气压等压线分布密度，确定当前所处区域对应的风向，再根据所述风向对应的气流传输路径，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径；
以及，
所述预警模块根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警具体包括：
根据所述烟气中每一种类型重金属的排放量以及对应重金属颗粒的扩散传输速度，确定每一种类型重金属颗粒在垂直于所述传输路径的方向上的最大扩散传输距离，再根据所述传输路径和所述最大扩散传输距离，确定在所述传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围；
最后确定所述扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对所述居民点区域进行相应的语音播报预警操作。
本发明还提供烟气中多种重金属在线监测方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本，再对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液；
步骤S2，对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量；
步骤S3，根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警；
进一步，在所述步骤S1中，检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本，再对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液具体包括：
步骤S101，检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据所述压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从所述烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本；
步骤S102，对所述烟气样本进行冷却静置处理，从而将所述烟气样本转换为烟气颗粒；再将所述烟气颗粒溶解于去离子水后进行杂质过滤处理，从而得到烟气溶液；
进一步，在所述步骤S2中，对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量具体包括：
步骤S201，对所述烟气溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理，从而得到所述烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱，再提取所述等离子体原子激发光谱中的峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度；
步骤S202，根据所述峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度，确定所述烟气样本包含的重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比；
步骤S203，根据所述重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内排放的烟气中每一种类型重金属的排放量；
进一步，在所述步骤S3中，根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警具体包括：
步骤S301，根据所述烟气排放源当前所处区域对应的气压等压线分布密度，确定当前所处区域对应的风向，再根据所述风向对应的气流传输路径，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径；
步骤S302，根据所述烟气中每一种类型重金属的排放量以及对应重金属颗粒的扩散传输速度，确定每一种类型重金属颗粒在垂直于所述传输路径的方向上的最大扩散传输距离，再根据所述传输路径和所述最大扩散传输距离，确定在所述传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围；
步骤S303，确定所述扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对所述居民点区域进行相应的语音播报预警操作；
进一步，在所述步骤S101中，检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据所述压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从所述烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本具体为根据烟气的排出速度，确定当前排放的烟气的压强值；在根据执行吸附收集的设备的吸附口与烟气排放源之间的距离和需要采集的烟气的体积量，确定执行吸附收集的设备的吸附口口径；最后，根据所述当前排放的烟气的压强值、所述吸附口口径和所述需要采集的烟气的体积量，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，其具体包括：
第一，利用下面公式(1)，根据烟气的排出速度，确定当前排放的烟气的压强值P：
在上述公式(1)中，π表示圆周率，D表示当前排放烟气的管道的管道直径，V表示当前排放烟气的管道排出烟气的速度，ρ表示当前排放烟气的管道排出烟气的密度；
第二，利用下面公式(2)，确定执行吸附收集的设备的吸附口口径K：
在上述公式(2)中，H表示执行吸附收集的设备的吸附口与烟气排放源之间的距离，Q表示需要采集的烟气的体积量，T表示对烟气进行采集的持续时间；
第三，利用下面公式(3)，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附收集设备对应的吸附负压强值P-：
进一步，在所述步骤S302中，根据所述传输路径和所述最大扩散传输距离，确定在所述传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围具体包括：
以烟气排放源为原点，风速方向为X轴的正方向，垂直于风速方向的任一方向为Y轴的正方向建立平面直角坐标系，则通过建立高斯分布模型得到所述烟气排放源的烟气扩散浓度与坐标系中任意一点坐标位置之间的如下关系式(4)：
在上述公式(4)中，S(x,y)表示坐标系中坐标点为(x,y)的位置处烟气排放源的烟气扩散浓度(例如单位为mg/m3)，Vx表示所述烟气排放源沿X轴方向的烟气释放速度(例如单位为m/s)，S表示所述烟气排放源的烟气释放总量(单位为mg)，Vf表示当前风速值(例如单位为m/s)，λ表示扩散系数，所述扩散系数时与坐标系中某一坐标点在X轴对应的坐标值x相关，π表示圆周率，x表示坐标系中某一坐标点在X轴对应的坐标值，y表示坐标系中某一坐标点在Y轴对应的坐标值；
令S(x,y)＝ρk，ρk表示当前空气环境中氮气的浓度值，将S(x,y)＝ρk与上述公式(4)进行联立解得若干个(x,y)的对应坐标值，从所述对应坐标中选择出y的最大值并记做L(y)，以及选择出x的最大值并记做L(x)，则所述烟气在X轴方向上的烟气扩散距离为L(x)，以及在Y轴方向上的烟气扩散距离为L(y)，由于所述重金属颗粒的扩散范围等同一个椭圆形范围，则确定该扩散范围的面积为
相比于现有技术，该烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法通过检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据该烟气排放状态，从该烟气排放源中收集得到烟气样本，再对该烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液，接着对该烟气溶液进行分析检测，以此确定该烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据该重金属种类和重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，最后根据该烟气排放源当前所处区域的风向，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据该重金属排放量，确定在该传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对该扩散面积范围覆盖的区域进行预警；可见，该烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法能够有针对性地收集烟气样本和配置形成烟气溶液，并对该烟气溶液进行分析检测，确定其中包含的重金属种类和重量百分占比，继而确定烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，再根据该烟气排放源当前所处区域的风向，确定烟气的传输路径和在该传输路径上重金属的扩散面积范围，以此对扩散面积范围覆盖的区域进行预警，这样能够全面地和准确地检测排放的灰尘烟气中不同类型重金属颗粒的含量以及这些重金属颗粒随着灰尘烟气漂浮而扩散传输的范围，从而对烟气造成的污染进行有效的监测以及对烟气污染影响的区域进行及时的预警。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的烟气中多种重金属在线监测系统的结构示意图。
图2为本发明提供的烟气中多种重金属在线监测方法的流程示意图。
图3为本发明提供的烟气中多种重金属在线监测方法中重金属颗粒的扩散面积范围的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，为本发明实施例提供的烟气中多种重金属在线监测系统的结构示意图。该烟气中多种重金属在线监测系统包括烟气样本收集模块、烟气样本预处理模块、烟气溶液分析检测模块、烟气传输路径预测模块、预警模块；其中，
该烟气样本收集模块用于检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据该烟气排放状态，从该烟气排放源中收集得到烟气样本；
该烟气样本预处理模块用于对该烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液；
该烟气溶液分析检测模块用于对该烟气溶液进行分析检测，以此确定该烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据该重金属种类和重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内的重金属排放量；
该烟气传输路径预测模块用于根据该烟气排放源当前所处区域的风向，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径；
该预警模块用于根据该重金属排放量，确定在该传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对该扩散面积范围覆盖的区域进行预警。
上述技术方案的有益效果为：该烟气中多种重金属在线监测系统能够有针对性地收集烟气样本和配置形成烟气溶液，并对该烟气溶液进行分析检测，确定其中包含的重金属种类和重量百分占比，继而确定烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，再根据该烟气排放源当前所处区域的风向，确定烟气的传输路径和在该传输路径上重金属的扩散面积范围，以此对扩散面积范围覆盖的区域进行预警，这样能够全面地和准确地检测排放的灰尘烟气中不同类型重金属颗粒的含量以及这些重金属颗粒随着灰尘烟气漂浮而扩散传输的范围，从而对烟气造成的污染进行有效的监测以及对烟气污染影响的区域进行及时的预警。
优选地，该烟气样本收集模块检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据该烟气排放状态，从该烟气排放源中收集得到烟气样本具体包括：
检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据该压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从该烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本；
以及，
该烟气样本预处理模块对该烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液具体包括：
对该烟气样本进行冷却静置处理，从而将该烟气样本转换为烟气颗粒；再将该烟气颗粒溶解于去离子水后进行杂质过滤处理，从而得到烟气溶液。
上述技术方案的有益效果为：由于烟气排放源排放的烟气为高压气体，若采用一般的收集腔收集该烟气，处于高压状态的烟气会对收集腔内部产生压迫和发生泄漏，从而使该收集腔无法实现对烟气的密封收集，而通过负压吸附的方式收集烟气，则能够保证烟气排放源排放的烟气能够快速地被吸附收集。此外，由于烟气排放源排放的烟气为高温气体，若直接将处于高温状态的烟气溶解于去离子水中，其无法保证烟气中粉尘颗粒的充分溶解，而将该烟气进行冷却静置以转换为烟气颗粒，能够有效提高烟气颗粒在去离子水中的溶解性。
优选地，该烟气溶液分析检测模块对该烟气溶液进行分析检测，以此确定该烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据该重金属种类和重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内的重金属排放量具体包括：
对该烟气溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理，从而得到该烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱，再提取该等离子体原子激发光谱中的峰值波长和该峰值波长对应的半波强度；
再根据该峰值波长和该峰值波长对应的半波强度，确定该烟气样本包含的重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比；
最后根据该重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内排放的烟气中每一种类型重金属的排放量。
上述技术方案的有益效果为：由于不同重金属元素在电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理下产生等离子体原子激发光谱中的峰值波长并不相同，这样通过分析该烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱的峰值波长就能确定该烟气溶液包含的重金属元素类型。当该烟气溶液中某一重金属元素的含量越大，该重金属元素对应的峰值波长的半波强度也越大，这样通过分析该等离子体原子发射光谱中每个峰值波长对应的半波强度，就能准确地得到对应重金属元素的重量百分比，再根据该重量百分比对单位时间内排放的烟气进行换算就能确定每一种类型重金属元素的排放量。
优选地，该烟气传输路径预测模块根据该烟气排放源当前所处区域的风向，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径具体包括：
根据该烟气排放源当前所处区域对应的气压等压线分布密度，确定当前所处区域对应的风向，再根据该风向对应的气流传输路径，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径；
以及，
该预警模块根据该重金属排放量，确定在该传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对该扩散面积范围覆盖的区域进行预警具体包括：
根据该烟气中每一种类型重金属的排放量以及对应重金属颗粒的扩散传输速度，确定每一种类型重金属颗粒在垂直于该传输路径的方向上的最大扩散传输距离，再根据该传输路径和该最大扩散传输距离，确定在该传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围；
最后确定该扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对该居民点区域进行相应的语音播报预警操作。
上述技术方案的有益效果为：该烟气被排放到外界环境后，其会随着风向扩散传输，而形成特定的传输路径，外界环境中的气压等压线分布密度直接影响风向，通过对该气压等压线分布密度进行分析就能准确地确定风向，以便于预测烟气的传输路径，由于烟气被排放到外界环境后，烟气会随之风运动的方向进行同步的扩散，也就是说烟气的传输路径与风向对应的气流传输路径是相同的，即通过外界环境中的气压等压线分布密度直接预测风向对应的气流传输路径，再将该气流传输路径直接作为该烟气的传输路径。此外，烟气在传输过程中，其内部的重金属颗粒会发生相应的扩散，其扩散的距离决定于烟气中重金属颗粒的排放量和重金属颗粒的扩散传输速度，以此准确地确定在该传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围，从而便于对该扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对该居民点区域进行相应的语音播报预警操作，以此提高预警操作的及时性和全面有效性。
参阅图2，为本发明实施例提供的烟气中多种重金属在线监测方法的流程示意图。该烟气中多种重金属在线监测方法包括如下步骤：
步骤S1，检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据该烟气排放状态，从该烟气排放源中收集得到烟气样本，再对该烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液；
步骤S2，对该烟气溶液进行分析检测，以此确定该烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据该重金属种类和重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内的重金属排放量；
步骤S3，根据该烟气排放源当前所处区域的风向，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据该重金属排放量，确定在该传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对该扩散面积范围覆盖的区域进行预警。
上述技术方案的有益效果为：该烟气中多种重金属在线监测方法能够有针对性地收集烟气样本和配置形成烟气溶液，并对该烟气溶液进行分析检测，确定其中包含的重金属种类和重量百分占比，继而确定烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，再根据该烟气排放源当前所处区域的风向，确定烟气的传输路径和在该传输路径上重金属的扩散面积范围，以此对扩散面积范围覆盖的区域进行预警，这样能够全面地和准确地检测排放的灰尘烟气中不同类型重金属颗粒的含量以及这些重金属颗粒随着灰尘烟气漂浮而扩散传输的范围，从而对烟气造成的污染进行有效的监测以及对烟气污染影响的区域进行及时的预警。
优选地，在该步骤S1中，检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据该烟气排放状态，从该烟气排放源中收集得到烟气样本，再对该烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液具体包括：
步骤S101，检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据该压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从该烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本；
步骤S102，对该烟气样本进行冷却静置处理，从而将该烟气样本转换为烟气颗粒；再将该烟气颗粒溶解于去离子水后进行杂质过滤处理，从而得到烟气溶液。
上述技术方案的有益效果为：由于烟气排放源排放的烟气为高压气体，若采用一般的收集腔收集该烟气，处于高压状态的烟气会对收集腔内部产生压迫和发生泄漏，从而使该收集腔无法实现对烟气的密封收集，而通过负压吸附的方式收集烟气，则能够保证烟气排放源排放的烟气能够快速地被吸附收集。此外，由于烟气排放源排放的烟气为高温气体，若直接将处于高温状态的烟气溶解于去离子水中，其无法保证烟气中粉尘颗粒的充分溶解，而将该烟气进行冷却静置以转换为烟气颗粒，能够有效提高烟气颗粒在去离子水中的溶解性。
优选地，在该步骤S2中，对该烟气溶液进行分析检测，以此确定该烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据该重金属种类和重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内的重金属排放量具体包括：
步骤S201，对该烟气溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理，从而得到该烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱，再提取该等离子体原子激发光谱中的峰值波长和该峰值波长对应的半波强度；
步骤S202，根据该峰值波长和该峰值波长对应的半波强度，确定该烟气样本包含的重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比；
步骤S203，根据该重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内排放的烟气中每一种类型重金属的排放量。
上述技术方案的有益效果为：由于不同重金属元素在电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理下产生等离子体原子激发光谱中的峰值波长并不相同，这样通过分析该烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱的峰值波长就能确定该烟气溶液包含的重金属元素类型。当该烟气溶液中某一重金属元素的含量越大，该重金属元素对应的峰值波长的半波强度也越大，这样通过分析该等离子体原子发射光谱中每个峰值波长对应的半波强度，就能准确地得到对应重金属元素的重量百分比，再根据该重量百分比对单位时间内排放的烟气进行换算就能确定每一种类型重金属元素的排放量。
优选地，在该步骤S3中，根据该烟气排放源当前所处区域的风向，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据该重金属排放量，确定在该传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对该扩散面积范围覆盖的区域进行预警具体包括：
步骤S301，根据该烟气排放源当前所处区域对应的气压等压线分布密度，确定当前所处区域对应的风向，再根据该风向对应的气流传输路径，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径；
步骤S302，根据该烟气中每一种类型重金属的排放量以及对应重金属颗粒的扩散传输速度，确定每一种类型重金属颗粒在垂直于该传输路径的方向上的最大扩散传输距离，再根据该传输路径和该最大扩散传输距离，确定在该传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围；
步骤S303，确定该扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对该居民点区域进行相应的语音播报预警操作。
上述技术方案的有益效果为：该烟气被排放到外界环境后，其会随着风向扩散传输，而形成特定的传输路径，外界环境中的气压等压线分布密度直接影响风向，通过对该气压等压线分布密度进行分析就能准确地确定风向，以便于预测烟气的传输路径，由于烟气被排放到外界环境后，烟气会随之风运动的方向进行同步的扩散，也就是说烟气的传输路径与风向对应的气流传输路径是相同的，即通过外界环境中的气压等压线分布密度直接预测风向对应的气流传输路径，再将该气流传输路径直接作为该烟气的传输路径。此外，烟气在传输过程中，其内部的重金属颗粒会发生相应的扩散，其扩散的距离决定于烟气中重金属颗粒的排放量和重金属颗粒的扩散传输速度，以此准确地确定在该传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围，从而便于对该扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对该居民点区域进行相应的语音播报预警操作，以此提高预警操作的及时性和全面有效性。
优选地，在该步骤S101中，检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据该压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从该烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本具体为根据烟气的排出速度，确定当前排放的烟气的压强值；在根据执行吸附收集的设备的吸附口与烟气排放源之间的距离和需要采集的烟气的体积量，确定执行吸附收集的设备的吸附口口径；最后，根据该当前排放的烟气的压强值、该吸附口口径和该需要采集的烟气的体积量，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，其具体包括：
第一，利用下面公式(1)，根据烟气的排出速度，确定当前排放的烟气的压强值P：
在上述公式(1)中，π表示圆周率，D表示当前排放烟气的管道的管道直径，V表示当前排放烟气的管道排出烟气的速度，ρ表示当前排放烟气的管道排出烟气的密度；
第二，利用下面公式(2)，确定执行吸附收集的设备的吸附口口径K：
在上述公式(2)中，H表示执行吸附收集的设备的吸附口与烟气排放源之间的距离，Q表示需要采集的烟气的体积量，T表示对烟气进行采集的持续时间；在实践中，该需要采集的烟气的体积量Q和该对烟气进行采集的持续时间可针对不同烟气排放源的实际烟气排放情况来选择设定；
第三，利用下面公式(3)，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附收集设备对应的吸附负压强值P-：
上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)根据烟气的排出速度检测模块检测到的烟气排出速度得到当前排放的烟气的压强值，从而准确的根据烟气排出速度计算出所述烟气排放源排放出的烟气压强值；然后利用上述公式(2)根据负压吸附收集模块的吸附口与烟气排放源的距离值以及负压吸附收集模块需要采集的烟气体积量，得到负压吸附收集模块的吸附口口径，目的是防止烟气排放源单位时间内排放出的烟气不能被全部吸附，保证系统的可靠性；最后利用上述公式(3)根据当前排放的烟气的压强值，负压吸附收集模块的吸附口口径以及负压吸附收集模块需要采集的烟气体积量，得到负压吸附收集模块的吸附负压强值，从而可以在单位时间内吸附到预设的烟气体积量，保证系统的稳定性以及可靠性。
优选地，在该步骤S302中，根据该传输路径和该最大扩散传输距离，确定在该传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围具体包括：
以烟气排放源为原点，风速方向为X轴的正方向，垂直于风速方向的任一方向为Y轴的正方向建立平面直角坐标系，则通过建立高斯分布模型得到该烟气排放源的烟气扩散浓度与坐标系中任意一点坐标位置之间的如下关系式(4)：
在上述公式(4)中，S(x,y)表示坐标系中坐标点为(x,y)的位置处烟气排放源的烟气扩散浓度，Vx表示该烟气排放源沿X轴方向的烟气释放速度，S表示该烟气排放源的烟气释放总量，Vf表示当前风速值，λ表示扩散系数，该扩散系数时与坐标系中某一坐标点在X轴对应的坐标值x相关，π表示圆周率，x表示坐标系中某一坐标点在X轴对应的坐标值，y表示坐标系中某一坐标点在Y轴对应的坐标值；
令S(x,y)＝ρk，ρk表示当前空气环境中氮气的浓度值，将S(x,y)＝ρk与上述公式(4)进行联立解得若干个(x,y)的对应坐标值，从该对应坐标中选择出y的最大值并记做L(y)，以及选择出x的最大值并记做L(x)，则该烟气在X轴方向上的烟气扩散距离为L(x)，以及在Y轴方向上的烟气扩散距离为L(y)，由于该重金属颗粒的扩散范围等同一个椭圆形范围，则确定该扩散范围的面积为
参阅图3，为本发明提供的烟气中多种重金属在线监测方法中重金属颗粒的扩散面积范围的示意图。从该图3可以清楚地确定该传输路径上重金属颗粒的扩散范围，及其在在X轴方向上的烟气扩散距离L(x)，以及在Y轴方向上的烟气扩散距离L(y)。
从上述实施例的内容可知，该烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法通过检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据该烟气排放状态，从该烟气排放源中收集得到烟气样本，再对该烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液，接着对该烟气溶液进行分析检测，以此确定该烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据该重金属种类和重量百分占比，确定该烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，最后根据该烟气排放源当前所处区域的风向，预测该烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据该重金属排放量，确定在该传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对该扩散面积范围覆盖的区域进行预警；可见，该烟气中多种重金属在线监测系统和在线监测方法能够有针对性地收集烟气样本和配置形成烟气溶液，并对该烟气溶液进行分析检测，确定其中包含的重金属种类和重量百分占比，继而确定烟气排放源在单位时间内的重金属排放量，再根据该烟气排放源当前所处区域的风向，确定烟气的传输路径和在该传输路径上重金属的扩散面积范围，以此对扩散面积范围覆盖的区域进行预警，这样能够全面地和准确地检测排放的灰尘烟气中不同类型重金属颗粒的含量以及这些重金属颗粒随着灰尘烟气漂浮而扩散传输的范围，从而对烟气造成的污染进行有效的监测以及对烟气污染影响的区域进行及时的预警。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.烟气中多种重金属在线监测系统，其特征在于，其包括烟气样本收集模块、烟气样本预处理模块、烟气溶液分析检测模块、烟气传输路径预测模块、预警模块；其中，
所述烟气样本收集模块用于检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本；
所述烟气样本预处理模块用于对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液；
所述烟气溶液分析检测模块用于对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量；
所述烟气传输路径预测模块用于根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径；
所述预警模块用于根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警。
2.如权利要求1所述的烟气中多种重金属在线监测系统，其特征在于：
所述烟气样本收集模块检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本具体包括：
检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据所述压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从所述烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本；
以及，
所述烟气样本预处理模块对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液具体包括：
对所述烟气样本进行冷却静置处理，从而将所述烟气样本转换为烟气颗粒；再将所述烟气颗粒溶解于去离子水后进行杂质过滤处理，从而得到烟气溶液。
3.如权利要求2所述的烟气中多种重金属在线监测系统，其特征在于：
所述烟气溶液分析检测模块对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量具体包括：
对所述烟气溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理，从而得到所述烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱，再提取所述等离子体原子激发光谱中的峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度；
再根据所述峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度，确定所述烟气样本包含的重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比；
最后根据所述重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内排放的烟气中每一种类型重金属的排放量。
4.如权利要求3所述的烟气中多种重金属在线监测系统，其特征在于：
所述烟气传输路径预测模块根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径具体包括：
根据所述烟气排放源当前所处区域对应的气压等压线分布密度，确定当前所处区域对应的风向，再根据所述风向对应的气流传输路径，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径；
以及，
所述预警模块根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警具体包括：
根据所述烟气中每一种类型重金属的排放量以及对应重金属颗粒的扩散传输速度，确定每一种类型重金属颗粒在垂直于所述传输路径的方向上的最大扩散传输距离，再根据所述传输路径和所述最大扩散传输距离，确定在所述传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围；
最后确定所述扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对所述居民点区域进行相应的语音播报预警操作。
5.烟气中多种重金属在线监测方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本，再对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液；
步骤S2，对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量；
步骤S3，根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警。
6.如权利要求5所述的烟气中多种重金属在线监测方法，其特征在于：
在所述步骤S1中，检测烟气排放源当前的烟气排放状态，并根据所述烟气排放状态，从所述烟气排放源中收集得到烟气样本，再对所述烟气样本进行预处理，从而得到对应的烟气溶液具体包括：
步骤S101，检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据所述压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从所述烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本；
步骤S102，对所述烟气样本进行冷却静置处理，从而将所述烟气样本转换为烟气颗粒；再将所述烟气颗粒溶解于去离子水后进行杂质过滤处理，从而得到烟气溶液。
7.如权利要求6所述的烟气中多种重金属在线监测方法，其特征在于：
在所述步骤S2中，对所述烟气溶液进行分析检测，以此确定所述烟气样本包含的重金属种类和重量百分占比，再根据所述重金属种类和重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内的重金属排放量具体包括：
步骤S201，对所述烟气溶液进行电感耦合等离子体原子发射光谱激发处理，从而得到所述烟气溶液对应的等离子体原子发射光谱，再提取所述等离子体原子激发光谱中的峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度；
步骤S202，根据所述峰值波长和所述峰值波长对应的半波强度，确定所述烟气样本包含的重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比；
步骤S203，根据所述重金属种类和每一种类型重金属各自的重量百分占比，确定所述烟气排放源在单位时间内排放的烟气中每一种类型重金属的排放量。
8.如权利要求7所述的烟气中多种重金属在线监测方法，其特征在于：
在所述步骤S3中，根据所述烟气排放源当前所处区域的风向，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径，再根据所述重金属排放量，确定在所述传输路径上重金属的扩散面积范围，从而对所述扩散面积范围覆盖的区域进行预警具体包括：
步骤S301，根据所述烟气排放源当前所处区域对应的气压等压线分布密度，确定当前所处区域对应的风向，再根据所述风向对应的气流传输路径，预测所述烟气排放源排放的烟气的传输路径；
步骤S302，根据所述烟气中每一种类型重金属的排放量以及对应重金属颗粒的扩散传输速度，确定每一种类型重金属颗粒在垂直于所述传输路径的方向上的最大扩散传输距离，再根据所述传输路径和所述最大扩散传输距离，确定在所述传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围；
步骤S303，确定所述扩散面积范围覆盖区域存在的居民点区域，再对所述居民点区域进行相应的语音播报预警操作。
9.如权利要求6所述的烟气中多种重金属在线监测方法，其特征在于：
在所述步骤S101中，检测烟气排放源当前排放的烟气的压强值，并根据所述压强值，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，从而从所述烟气排放源中吸附收集得到相应的烟气样本具体为根据烟气的排出速度，确定当前排放的烟气的压强值；在根据执行吸附收集的设备的吸附口与烟气排放源之间的距离和需要采集的烟气的体积量，确定执行吸附收集的设备的吸附口口径；最后，根据所述当前排放的烟气的压强值、所述吸附口口径和所述需要采集的烟气的体积量，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附负压强值，其具体包括：
第一，利用下面公式(1)，根据烟气的排出速度，确定当前排放的烟气的压强值P：
在上述公式(1)中，π表示圆周率，D表示当前排放烟气的管道的管道直径，V表示当前排放烟气的管道排出烟气的速度，ρ表示当前排放烟气的管道排出烟气的密度；
第二，利用下面公式(2)，确定执行吸附收集的设备的吸附口口径K：
在上述公式(2)中，H表示执行吸附收集的设备的吸附口与烟气排放源之间的距离，Q表示需要采集的烟气的体积量，T表示对烟气进行采集的持续时间；
第三，利用下面公式(3)，确定对排放的烟气进行负压吸附收集的吸附收集设备对应的吸附负压强值P-：
10.如权利要求8所述的烟气中多种重金属在线监测方法，其特征在于：
在所述步骤S302中，根据所述传输路径和所述最大扩散传输距离，确定在所述传输路径上重金属颗粒的扩散面积范围具体包括：
以烟气排放源为原点，风速方向为X轴的正方向，垂直于风速方向的任一方向为Y轴的正方向建立平面直角坐标系，则通过建立高斯分布模型得到所述烟气排放源的烟气扩散浓度与坐标系中任意一点坐标位置之间的如下关系式(4)：
在上述公式(4)中，S(x,y)表示坐标系中坐标点为(x,y)的位置处烟气排放源的烟气扩散浓度，Vx表示所述烟气排放源沿X轴方向的烟气释放速度，S表示所述烟气排放源的烟气释放总量，Vf表示当前风速值，λ表示扩散系数；π表示圆周率，x表示坐标系中某一坐标点在X轴对应的坐标值，y表示坐标系中某一坐标点在Y轴对应的坐标值；
令S(x,y)＝ρk，ρk表示当前空气环境中氮气的浓度值，将S(x,y)＝ρk与上述公式(4)进行联立解得若干个(x,y)的对应坐标值，从所述对应坐标中选择出y的最大值并记做L(y)，以及选择出x的最大值并记做L(x)，则所述烟气在X轴方向上的烟气扩散距离为L(x)，以及在Y轴方向上的烟气扩散距离为L(y)，由于所述重金属颗粒的扩散范围等同一个椭圆形范围，则确定该扩散范围的面积为
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