CN113984605B - 一种烟气超低排放微尘检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气超低排放微尘检测系统。设置超声发射器，超声发射器在静电除尘板对应的位置处形成驻波，驻波对烟尘颗粒形成聚集作用，提高了烟尘的收集效果，且脉冲发射的超声波不会影响静电除尘；设置分析模块，分析模块从排放控制模块获取光谱数据，并根据光谱数据分析得出排放烟尘的粒径；排放控制模块根据分析模块传回的烟尘粒径控制超声发射器的工作频率，工作更加精准；设置排放控制模块，排放控制模块根据质量流量计的流量控制高压电离舱和静电除尘板的工作功率，排放控制更加节能。
Description
技术领域
本发明涉及烟气处理领域，尤其涉及一种烟气超低排放微尘检测系统。
背景技术
烟尘的去除设备，一般采用静电除尘器或袋式除尘器等。为了符合颗粒物的排放标准，应用于垃圾焚烧处理设施的除尘器通常为旋风除尘器、袋式除尘器及静电除尘器三种。但是这些除尘器工作噪声很大，且体积大，除尘效率不高。
CN213875359U公开了一种烟气超低排放微尘检测系统，包括烟气检测装置，还包括用于连接锅炉本体上端的锅炉烟囱的抽气管，抽气管通过固定机构连接所述锅炉烟囱的一侧，抽气管靠近锅炉烟囱的一侧的外端设置有电磁阀，抽气管的下侧设置有第一抽气泵，第一抽气泵的下侧连接有烟气检测装置。
CN109030304A公开了一种烟气超低排放微尘检测系统及检测方法，检测系统包括流速仪、烟尘检测单元和用于检测空气流量的质量流量计，以及用于数据处理的工控机，烟尘检测单元包括：烟尘检测器，其进气端与采样管以及质量流量计连接，通过释放高压电将气体电离，气体中微尘附着在离子上，通过电流得到气体浓度；光散射传感器，其与烟尘检测器的排气端连接，用于检测排出的混合气体内颗粒物浓度，并通过回流管把检测后的空气输送至烟道内。
上述装置工作时精准度无法控制，且静电除尘效率较低，除尘不好排出。
发明内容
针对上述内容，为解决上述问题，提供一种烟气超低排放微尘检测系统，包括烟道、质量流量计、排放阀门、排放控制模块、超声发射器、高压电离舱、静电除尘板、红外检测器和分析模块；
烟道由3部分构成，分别为电离段、吸附段和排出段；电离段和排出段均水平设置，排出段的高度高于电离段，吸附段倾斜设置连接电离段和排出段；
电离段的上游设置排放阀门和质量流量计，电离段的下游设置红外检测器，电离段的中部设置高压电离舱；排放阀门用于控制烟道的开闭，质量流量计用于检测排放气体的质量流量；
红外检测器发射红外线，并收集被烟尘散射后的红外光波信号，并将采集的光信号的光谱发送给排放控制模块；
吸附段设置超声发射器和静电除尘板，两个静电除尘板相对设置；多个超声发射器相对设置并互相发射超声波，超声发射器在吸附段内两个静电除尘板之间的区域形成驻波；
分析模块从排放控制模块获取光谱数据，并根据光谱数据分析得出排放烟尘的粒径；排放控制模块根据分析模块传回的烟尘粒径控制超声发射器的工作频率；
排放控制模块根据质量流量计的流量控制高压电离舱和静电除尘板的工作功率。
高压电离舱内设置有电极板，电极板在高压电离舱内形成高压电场，从而使得排放的烟尘颗粒带上电荷；静电除尘板为两个相对设置的除尘板，除尘板之间形成静电场，带有电荷的烟尘颗粒在经过除尘板的静电场时会被静电场吸引，到达静电除尘板的表面，实现烟尘的吸附；
质量流量计检测的质量流量值为F，当前排放气体的温度为T，则高压电离舱的工作功率为：
P1＝P0·k1·(F/F0)·eT/T0，
静电除尘板的工作功率为：
P2＝P0·k2·ln(F/F0)·eT/T0,
其中P0为一预设基准功率，k1、k2为功率调整系数，T0为一预设温度，F0为一阈值质量流量，且排放阀门控制使得F＞F0。
超声发射器设置数量为两对，且交叉相对设置，使得在两对超声发射器的中心出现驻波最强的区域；
超声发射器发射的频率为脉冲复合频率，多个频率间隔发射，每秒发射500-1000个音频脉冲；
分析模块对原始散射光谱数据M0进行降噪、滤波处理后得到预处理后的光谱数据M1；
将光谱数据M1进行多峰拟合，拟合函数采用高斯函数，拟合峰数量选择3-5个；从而得到5个拟合的光谱峰；
根据Mie散射理论，每一个光谱峰对应一个散射波长即对应一个烟尘颗粒的粒径；利用mie散射算法求解出5个拟合的光谱峰对应的烟尘颗粒的粒径，得到5个烟尘颗粒的粒径；
然后根据烟尘颗粒的种类计算出烟尘颗粒的超声共振频率，得到5个超声共振频率；
将5个拟合的光谱峰强度对应为发射5个超声共振频率的强度，利用超声发射器发射5个频率的超声波，且每个频率的超声波的强度与其对应的光谱峰的强度相对应。
每个频率的超声波的强度与其对应的光谱峰的强度相对应的具体方法为：
将5个拟合的光谱峰强度最大的定义为A0，则其他4个光谱峰二代强度则m·A0，其中为0-1之间的常数；然后将强度最大的光谱峰对应的烟尘颗粒的共振频率的超声强度定义为A1，则其他4个超声频率的强度二代强度则m·A1。
利用mie散射算法求解出5个拟合的光谱峰对应的烟尘颗粒的粒径，得到5个烟尘颗粒的粒径的具体算法为：
将mie散射模型输入matlab程序，然后在mie散射模型中输入烟尘颗粒的散射峰、折射率、密度参数，即可得到烟尘颗粒的粒径；
或者，利用散射模拟软件对烟尘颗粒进行建模，将烟尘颗粒的折射率、密度参数输入模型，任意输入一个烟尘粒径的范围，从而得到散射峰与烟尘粒径的对应关系；
然后根据散射峰与烟尘粒径的对应关系即可根据散射峰得出烟尘粒径的大小。
根据烟尘颗粒的种类计算出烟尘颗粒的超声共振频率，得到5个超声共振频率的具体方法为：
将不同粒径的烟尘颗粒放置于一个试验箱内，然后向试验箱内发射不同频率的超声波，记录每一个频率的超声波引起的共振的烟尘的粒径，即可得出烟尘粒径与超声波频率的关系；
根据烟尘粒径与超声频率的关系既可以由烟尘粒径得到共振超声频率。
排出段设置有烟尘检测器，烟尘检测器后方连接水帘装置，当烟尘检测器检测到排放烟尘高于阈值时，启动水帘装置，同时关闭排放阀门。
电离段和吸附段的连接处设置排出口，用于将吸附的烟尘排出。
本发明的有益效果为：
本发明设置超声发射器，超声发射器在静电除尘板对应的位置处形成驻波，驻波对烟尘颗粒形成聚集作用，提高了烟尘的收集效果，且脉冲发射的超声波不会影响静电除尘；设置分析模块，分析模块从排放控制模块获取光谱数据，并根据光谱数据分析得出排放烟尘的粒径；排放控制模块根据分析模块传回的烟尘粒径控制超声发射器的工作频率，工作更加精准；
设置排放控制模块，排放控制模块根据质量流量计的流量控制高压电离舱和静电除尘板的工作功率，排放控制更加节能。
附图说明
被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
图1为本发明整体架构示意图；
图2为本发明的烟道结构示意图。
具体实施方式
本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
实施例1：
一种烟气超低排放微尘检测系统，包括烟道、质量流量计、排放阀门01、排放控制模块、超声发射器02、高压电离舱03、静电除尘板04、红外检测器05和分析模块；
烟道由3部分构成，分别为电离段06、吸附段07和排出段08；电离段06和排出段08均水平设置，排出段08的高度高于电离段06，吸附段07倾斜设置连接电离段06和排出段08；
电离段06的上游设置排放阀门01和质量流量计，电离段06的下游设置红外检测器05，电离段06的中部设置高压电离舱03；排放阀门01用于控制烟道的开闭，质量流量计用于检测排放气体的质量流量；
红外检测器05发射红外线，并收集被烟尘散射后的红外光波信号，并将采集的光信号的光谱发送给排放控制模块；
吸附段07设置超声发射器02和静电除尘板04，两个静电除尘板04相对设置；多个超声发射器02相对设置并互相发射超声波，超声发射器02在吸附段07内两个静电除尘板04之间的区域形成驻波；
分析模块从排放控制模块获取光谱数据，并根据光谱数据分析得出排放烟尘的粒径；排放控制模块根据分析模块传回的烟尘粒径控制超声发射器02的工作频率；
排放控制模块根据质量流量计的流量控制高压电离舱03和静电除尘板04的工作功率。
高压电离舱03内设置有电极板，电极板在高压电离舱03内形成高压电场，从而使得排放的烟尘颗粒带上电荷；静电除尘板04为两个相对设置的除尘板，除尘板之间形成静电场，带有电荷的烟尘颗粒在经过除尘板的静电场时会被静电场吸引，到达静电除尘板04的表面，实现烟尘的吸附；
质量流量计检测的质量流量值为F，当前排放气体的温度为T，则高压电离舱03的工作功率为：
P1＝P0·k1·(F/F0)·eT/T0，
静电除尘板04的工作功率为：
P2＝P0·k2·ln(F/F0)·eT/T0,
其中P0为一预设基准功率，k1、k2为功率调整系数，T0为一预设温度，F0为一阈值质量流量，且排放阀门01控制使得F＞F0。
超声发射器02设置数量为两对，且交叉相对设置，使得在两对超声发射器02的中心出现驻波最强的区域；
超声发射器02发射的频率为脉冲复合频率，多个频率间隔发射，每秒发射500-1000个音频脉冲；
分析模块对原始散射光谱数据M0进行降噪、滤波处理后得到预处理后的光谱数据M1；
将光谱数据M1进行多峰拟合，拟合函数采用高斯函数，拟合峰数量选择3-5个；从而得到5个拟合的光谱峰；
根据Mie散射理论，每一个光谱峰对应一个散射波长即对应一个烟尘颗粒的粒径；利用mie散射算法求解出5个拟合的光谱峰对应的烟尘颗粒的粒径，得到5个烟尘颗粒的粒径；
然后根据烟尘颗粒的种类计算出烟尘颗粒的超声共振频率，得到5个超声共振频率；
将5个拟合的光谱峰强度对应为发射5个超声共振频率的强度，利用超声发射器02发射5个频率的超声波，且每个频率的超声波的强度与其对应的光谱峰的强度相对应。
实施例2：
每个频率的超声波的强度与其对应的光谱峰的强度相对应的具体方法为：
将5个拟合的光谱峰强度最大的定义为A0，则其他4个光谱峰二代强度则m·A0，其中为0-1之间的常数；然后将强度最大的光谱峰对应的烟尘颗粒的共振频率的超声强度定义为A1，则其他4个超声频率的强度二代强度则m·A1。
利用mie散射算法求解出5个拟合的光谱峰对应的烟尘颗粒的粒径，得到5个烟尘颗粒的粒径的具体算法为：
将mie散射模型输入matlab程序，然后在mie散射模型中输入烟尘颗粒的散射峰、折射率、密度参数，即可得到烟尘颗粒的粒径；
现有技术中mie散射算法的matlab程序是现有技术，工作人员可以直接在网络上搜索下载即可导入使用，或者直接选择集成了mie散射计算的matlab工具箱即可直接进行计算。
或者，利用散射模拟软件对烟尘颗粒进行建模，将烟尘颗粒的折射率、密度参数输入模型，任意输入一个烟尘粒径的范围，从而得到散射峰与烟尘粒径的对应关系；
建模软件很多，诸如COMSOL、FDTD都可以进行建模，在此不再赘述。
然后根据散射峰与烟尘粒径的对应关系即可根据散射峰得出烟尘粒径的大小。
根据烟尘颗粒的种类计算出烟尘颗粒的超声共振频率，得到5个超声共振频率的具体方法为：
将不同粒径的烟尘颗粒放置于一个试验箱内，然后向试验箱内发射不同频率的超声波，记录每一个频率的超声波引起的共振的烟尘的粒径，即可得出烟尘粒径与超声波频率的关系；
根据烟尘粒径与超声频率的关系既可以由烟尘粒径得到共振超声频率。
排出段08设置有烟尘检测器09，烟尘检测器后方连接水帘装置10，当烟尘检测器检测到排放烟尘高于阈值时，启动水帘装置，同时关闭排放阀门01。
电离段06和吸附段07的连接处设置排出口11，用于将吸附的烟尘排出。
具体的电离段06、吸附段07和排出段08的直径相同为50cm-1.2m；长度电离段1-2m，排除段1-2m，吸附段长度2-3m；
烟尘排出的具体过程为，由除尘板吸附的灰尘在到达除尘板之后电性与除尘板变为相同，之后由于超声发射器安装在烟道的吸附段上，其发射时会带动吸附段的烟道振动，振动会带动烟尘沿着斜面向下滑动，直到到达电离段06和吸附段07的连接处设置排出口11处，排出烟道。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种烟气超低排放微尘检测系统，包括烟道、质量流量计、排放阀门(01)、排放控制模块、超声发射器(02)、高压电离舱(03)、静电除尘板(04)、红外检测器(05)和分析模块；其特征在于：
烟道由3部分构成，分别为电离段(06)、吸附段(07)和排出段(08)；电离段(06)和排出段(08)均水平设置，排出段(08)的高度高于电离段(06)，吸附段(07)倾斜设置连接电离段(06)和排出段(08)；
电离段(06)的上游设置排放阀门(01)和质量流量计，电离段(06)的下游设置红外检测器(05)，电离段(06)的中部设置高压电离舱(03)；排放阀门(01)用于控制烟道的开闭，质量流量计用于检测排放气体的质量流量；
红外检测器(05)发射红外线，并收集被烟尘散射后的红外光波信号，并将采集的光信号的光谱发送给排放控制模块；
吸附段(07)设置超声发射器(02)和静电除尘板(04)，两个静电除尘板(04)相对设置；多个超声发射器(02)相对设置并互相发射超声波，超声发射器(02)在吸附段(07)内两个静电除尘板(04)之间的区域形成驻波；
分析模块从排放控制模块获取光谱数据，并根据光谱数据分析得出排放烟尘的粒径；排放控制模块根据分析模块传回的烟尘粒径控制超声发射器(02)的工作频率；
排放控制模块根据质量流量计的流量控制高压电离舱(03)和静电除尘板(04)的工作功率；高压电离舱(03)内设置有电极板，电极板在高压电离舱(03)内形成高压电场，从而使得排放的烟尘颗粒带上电荷；静电除尘板(04)为两个相对设置的除尘板，除尘板之间形成静电场，带有电荷的烟尘颗粒在经过除尘板的静电场时会被静电场吸引，到达静电除尘板(04)的表面，实现烟尘的吸附；
质量流量计检测的质量流量值为F，当前排放气体的温度为T，则高压电离舱(03)的工作功率为：
P1＝P0·k1·(F/F0)·eT/T0，
静电除尘板(04)的工作功率为：
P2＝P0·k2·ln(F/F0)·eT/T0,
其中P0为一预设基准功率，k1、k2为功率调整系数，T0为一预设温度，F0为一阈值质量流量，且排放阀门(01)控制使得F＞F0；
超声发射器(02)设置数量为两对，且交叉相对设置，使得在两对超声发射器(02)的中心出现驻波最强的区域；
超声发射器(02)发射的频率为脉冲复合频率，多个频率间隔发射，每秒发射500-1000个音频脉冲；
分析模块对原始散射光谱数据M0进行降噪、滤波处理后得到预处理后的光谱数据M1；
将光谱数据M1进行多峰拟合，拟合函数采用高斯函数，拟合峰数量选择3-5个；从而得到5个拟合的光谱峰；
根据Mie散射理论，每一个光谱峰对应一个散射波长即对应一个烟尘颗粒的粒径；利用mie散射算法求解出5个拟合的光谱峰对应的烟尘颗粒的粒径，得到5个烟尘颗粒的粒径；
然后根据烟尘颗粒的种类计算出烟尘颗粒的超声共振频率，得到5个超声共振频率；
将5个拟合的光谱峰强度对应为发射5个超声共振频率的强度，利用超声发射器(02)发射5个频率的超声波，且每个频率的超声波的强度与其对应的光谱峰的强度相对应。
2.根据权利要求1所述的烟气超低排放微尘检测系统，其特征在于：
每个频率的超声波的强度与其对应的光谱峰的强度相对应的具体方法为：
将5个拟合的光谱峰强度最大的定义为A0，则其他4个光谱峰的强度则为m·A0，其中m为0-1之间的常数；然后将强度最大的光谱峰对应的烟尘颗粒的共振频率的超声强度定义为A1，则其他4个超声频率的强度则为m·A1。
3.根据权利要求1所述的烟气超低排放微尘检测系统，其特征在于：
利用mie散射算法求解出5个拟合的光谱峰对应的烟尘颗粒的粒径，得到5个烟尘颗粒的粒径的具体算法为：
将mie散射模型输入matlab程序，然后在mie散射模型中输入烟尘颗粒的散射峰、折射率、密度参数，即可得到烟尘颗粒的粒径；
或者，利用散射模拟软件对烟尘颗粒进行建模，将烟尘颗粒的折射率、密度参数输入模型，任意输入一个烟尘粒径的范围，从而得到散射峰与烟尘粒径的对应关系；
然后根据散射峰与烟尘粒径的对应关系即可根据散射峰得出烟尘粒径的大小。
4.根据权利要求1所述的烟气超低排放微尘检测系统，其特征在于：
根据烟尘颗粒的种类计算出烟尘颗粒的超声共振频率，得到5个超声共振频率的具体方法为：将不同粒径的烟尘颗粒放置于一个试验箱内，然后向试验箱内发射不同频率的超声波，记录每一个频率的超声波引起的共振的烟尘的粒径，即可得出烟尘粒径与超声波频率的关系；
根据烟尘粒径与超声频率的关系即能够由烟尘粒径得到共振超声频率。
5.根据权利要求1所述的烟气超低排放微尘检测系统，其特征在于：
排出段(08)设置有烟尘检测器(09)，烟尘检测器后方连接水帘装置(10)，当烟尘检测器检测到排放烟尘高于阈值时，启动水帘装置，同时关闭排放阀门(01)。
6.根据权利要求1所述的烟气超低排放微尘检测系统，其特征在于：
电离段(06)和吸附段(07)的连接处设置排出口(11)，用于将吸附的烟尘排出。
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|---|---|
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