CN114247257A - 一种含VOCs废气处理前后在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含VOCs废气处理前后在线监测系统，该系统沿废气流动方向包括：传感器、进样器、预处理装置、VOCs传感器、稀释装置、检测分析装置，其中进样器与检测分析装置在废气处理设施前后成套出现。此外，还包括控制模块、中央处理器、显示模块、WIFI模块、云端服务器、智能设备。所述VOCs传感器、稀释装置、检测分析装置与控制模块连接，控制模块与中央处理器以及显示模块连接。本发明的含VOCs废气处理前后在线监测系统，设计合理，可应用在多种废气处理装置中，可精确、在线地监测废气中的VOCs组分与浓度，并对处理前后废气中的VOCs进行比较，实现废气处理装置效果的实时评估。
Description
技术领域
本发明属于废气监测技术领域，具体涉及一种含VOCs废气处理前后在线监测系统。
背景技术
含VOCs工业废气处理前后，判断处理工艺是否合适，往往通过验收时采样检测处理后的VOCs组分及浓度进行判断。随着工况或者是使用时长的变化，也通常需要判断处理装置的效果，方便企业做出是否需要更换耗材、维护设备甚至是更换设备的判断。
含VOCs废气处理装置应用于各种行业企业中，企业的工况差异较大、废气性质差异显著，类似的废气处理装置对于不同废气的处理效果也不尽相同。若仅采用常规的排出废气在线或采样监测手段，无法准确表述废气处理装置的实际效果。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够对含VOCs废气处理前后的组分、浓度在线监测的系统。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种含VOCs废气处理前后在线监测系统，包括两套传感器、两套进样器、预处理装置、VOCs传感器、稀释装置、两套检测分析装置、控制模块、中央处理器、显示模块；
两套传感器分别位于废气处理设备的进气口前端以及排气口后端，用于测定湿度、温度、压力、流速；两套进样器包括位于废气处理设备前端进气口的第一进样器，以及位于废气处理设备末端排气口的第二进样器，根据设定定量抽取废气进入检测通路；
所述预处理装置位于第一进样器后，用于对废气进行初步过滤、除雾；
两套传感器包括湿度、温度、压力、流速传感器等，位于废气处理装置进气口前以及处理装置排气口后，并将相关基础数据发送至所述控制模块；VOCs传感器位于预处理装置之后，用于初步监测废气中VOCs总量，并将TVOCs浓度数据发送至所述控制模块；
所述稀释装置和所述控制模块连接，所述控制模块用于接受所述TVOCs浓度数据并将所述TVOCs浓度数据发送至所述中央处理器，并用于接收所述中央处理器发送的稀释倍数，并控制所述稀释装置对进入检测通路的废气进行稀释；
所述中央处理器和所述控制模块连接，所述中央处理器用于接收所述控制模块发送的TVOCs浓度数据以及湿度、温度、压力、流速等数据，并根据所述数据计算出排放速率以及废气稀释倍数数据，并将稀释倍数数据发送至控制模块；
所述检测分析装置分别对废气处理装置进出口处第一进样器、第二进样器采集的的VOCs组分与浓度进行检测；
所述显示模块和所述控制模块相连，所述显示模块用于显示废气处理装置进出口的VOCs组分、浓度、排放速率数据，进口废气数据由稀释倍数校正后显示。
具体地，所述稀释模块采用的稀释气体为空气发生器中产生的空气或氮气管路输送的氮气。
优选地，所述检测分析装置可以为传感器、GC-FID、GC-PID。
具体地，所述中央处理器根据稀释倍数换算后得到废气处理前VOCs组分、浓度及排放速率：
CXi＝CXi,o×ρi
式中：CXi——未处理废气中，i组分浓度，mg/m3；
CXi,o——检测分析装置检测的i组分浓度，mg/m3；
ρi——i组分稀释倍数；
CX,TVOCs——未处理废气中TVOCs浓度，mg/m3；
若未检出，则由中央处理器对稀释倍数重新计算，并反馈至控制模块，在下一次检测中修正稀释倍数，重新检测；
处理后的废气由第二进样器抽取后，直接由检测分析装置进行检测，检测数值反馈至中央处理器：
式中：CYn——已处理废气中，某组分浓度，mg/m3；
CY,TVOCs——未处理废气中TVOCs浓度，mg/m3。
排放速率由湿度、温度、压力、流速传感器反馈的经中央处理器处理运算后得到：
湿废气排放量：
Qs＝3600×F×Vs
式中：
Qs——湿排气的排放量，m3/h；
F——管道测定断面面积，m3；
Vs——管道测定断面湿排气的平均流速，m/s。
标准状态下干废气排放量：
式中：
Qsn——标准状态下干排气量，m3/h；
Ba——大气压力，Pa；
Ps——排期静压，Pa；
Ts——排气湿度，℃；
Xsw——排气中水分含量体积百分数，％。
污染物排放速率：
G＝C×Qsn×10-6
式中：
G——污染物排放速率，kg/h；
C——排放浓度，mg/m3；
Qsn——标准状态下干排气量，m3/h；
两套检测分析装置反馈的数值以及传感器反馈的数值经中央处理器处理运算后，进行比较，得到废气处理效率：
η＝1-(GY,TVOCs/GX,TVOCs)＝1-QY,TVOCsCY,TVOCs/QX,TVOCsCX,TVOCs
式中：η——处理效率；
GX,TVOCs、GY,TVOCs——未处理、已处理废气中TVOCs排放速率，kg/h；
CX,TVOCs、CY,TVOCs——未处理、已处理废气中TVOCs浓度，mg/m3；
QX,TVOCs、QY,TVOCs——未处理、已处理废气标准状态下干排气量，m3/h。
进一步地，还包括智能设备、WIFI模块和云端服务器，所述WIFI模块和所述云端服务器连接，通过WIFI模块在云端服务器与中央处理器之间建立数据传输；所述智能设备和所述云端服务器通过因特网连接。
优选地，所述中央处理器为计算机。
优选地，所述智能设备为智能手机或平板电脑。
具体地，处理前后废气的基础数据通过传感器检测并传递至控制模块用于中央处理器分析；处理前的废气通过第一进样器定量抽取，再通过VOCs传感器初步测定废气进口TVOCs浓度，并将数据发送至控制模块；控制模块再将数据发送至中央处理器，中央处理器接收到TVOCs浓度数据后，根据检测分析装置的检测上限对稀释倍数进行运算，并通过控制模块反馈至稀释装置，调节稀释所用气体体积，确保检测分析装置所测数据准确；检测分析装置和传感器测得数据反馈至控制模块，并通过中央处理器分析，若低于检测下限，则重新运算稀释倍数在下一次检测中进行反馈；经废气处理设施处理后的排空废气，经第二进样器定量抽取后，由检测分析装置进行检测，测得数据反馈至控制模块；两套检测分析装置反馈数据经中央处理器处理分析后，由显示模块显示，并通过WIFI模块、云端服务器将数据实时发送至智能设备，进行远程监控。
有益效果：
本发明系统进样器与检测分析装置在废气处理设施前后成套出现。所述各装置通过管道连接。此外，还包括控制模块、中央处理器、显示模块、WIFI模块、云端服务器、智能设备。传感器、稀释装置、检测分析装置与控制模块连接，控制模块与中央处理器以及显示模块连接。本发明的含VOCs废气处理前后在线监测系统，设计合理，可应用在多种废气处理装置中，可精确、在线地监测废气中的VOCs组分、浓度和排放速率，并对处理前后废气中的VOCs进行比较，实现废气处理装置效果的实时评估；实现了废气处理装置进口端高浓度废气的在线稀释与在线监测，并能够实时改变稀释浓度以适应不同性质的进口废气；实现了处理前后废气组分、浓度、排放速率的在线比较，处理效果的实时在线显示，并根据处理效果提示处理设备耗材(例如活性炭)是否需要更换，为及时更换耗材、确保处理效果提供便利。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是该含VOCs废气处理前后在线监测系统的模块图。
图2是该含VOCs废气处理前后在线监测系统具体结构组成图。
其中，各附图标记分别代表：
1风机；2第一三通阀；3第二三通阀；4控制阀；5第一泵；6第二泵；7过滤装置；8小型过滤装置；9除雾装置；10小型除雾装置；11活性炭吸附箱；12VOCs传感器；13控制模块；14氮气瓶；15预混合装置；16第一GC-PID装置；17第二GC-PID装置；18计算机；19WIFI模块；20手机；21第一传感器；22第二传感器。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明含VOCs废气处理前后在线监测系统，包括两套传感器、两套进样器、预处理装置、VOCs传感器、稀释装置、两套检测分析装置、控制模块、中央处理器、显示模块；进样器与检测分析装置在废气处理设施前后成套出现。所述各装置通过管道连接。
两套传感器包括位于废气处理设备前端的第一传感器，以及位于废气处理设备末端排气口的第二传感器，测定湿度、温度、压力、流速等基础数据，并将基础数据发送至所述控制模块。
两套进样器包括位于废气处理设备前端进气口的第一进样器，以及位于废气处理设备末端排气口的第二进样器，根据设定定量抽取废气进入检测通路；
所述预处理装置位于第一进样器后，用于对废气进行初步过滤、除雾；
所述VOCs传感器位于预处理装置之后，用于初步监测废气中VOCs总量，并将TVOCs浓度数据发送至所述控制模块；
所述稀释装置和所述控制模块连接，所述控制模块用于接受所述TVOCs浓度数据并将所述TVOCs浓度数据发送至所述中央处理器，并用于接收所述中央处理器发送的稀释倍数，并控制所述稀释装置对进入检测通路的废气进行稀释；
所述中央处理器和所述控制模块连接，所述中央处理器用于接收所述控制模块发送的TVOCs浓度数据并根据所述TVOCs浓度数据计算出废气稀释倍数数据，并将稀释倍数数据发送至控制模块；
所述检测分析装置分别对废气处理装置进出口处第一进样器、第二进样器采集的的VOCs组分与浓度进行检测；
所述显示模块和所述控制模块相连，所述显示模块用于显示废气处理装置进出口的VOCs组分与浓度数据，进口废气数据由稀释倍数校正后显示。
具体地，所述稀释模块采用的稀释气体为空气发生器中产生的空气或氮气管路输送的氮气。所述检测分析装置可以为传感器、GC-FID、GC-PID。
进一步地，还包括智能设备、WIFI模块和云端服务器，所述WIFI模块和所述云端服务器连接，通过WIFI模块在云端服务器与中央处理器之间建立数据传输；所述智能设备和所述云端服务器通过因特网连接。所述中央处理器为计算机。所述智能设备为智能手机或平板电脑。
处理前的废气通过第一进样器定量抽取，再通过VOCs传感器初步测定废气进口TVOCs浓度，并将数据发送至控制模块；控制模块再将数据发送至中央处理器，中央处理器接收到TVOCs浓度数据后，根据检测分析装置的检测上限对稀释倍数进行运算，并通过控制模块反馈至稀释装置，调节稀释所用气体体积，确保检测分析装置所测数据准确；检测分析装置测得数据反馈至控制模块，并通过中央处理器分析，若低于检测下限，则重新运算稀释倍数在下一次检测中进行反馈；经废气处理设施处理后的排空废气，经第二进样器定量抽取后，由检测分析装置进行检测，测得数据反馈至控制模块；两套检测分析装置反馈数据经中央处理器处理分析后，由显示模块显示，并通过WIFI模块、云端服务器将数据实时发送至智能设备，进行远程监控。
如图2所示，为通过该系统具体结构对含VOCs废气处理前后进行在线监测：
车间废气由风机1抽取，由废气处理设施进行处理。本实例中，废气处理设施为活性炭吸附装置，包括过滤装置7，除雾装置9，以及活性炭吸附箱11。
在废气处理设施前后，分别设置有第一三通阀2、第二三通阀3，当需要按照设定好的检测时间进行取样时，第一三通阀2、第二三通阀3分别向下的通道打开，第一泵5，第二泵6对处理前后的废气进行定量抽取。
处理前的废气由第一泵5抽取后，先经过小型过滤装置8、小型除雾装置10预处理后，由高检测限的VOCs传感器12先行测定TVOCs浓度，并将浓度数值反馈至控制模块13，并由计算机18对数值进行判断，计算得到稀释倍数，并将数值反馈至控制模块13，由控制模块13控制阀4，使得一定量的氮气瓶14中的氮气与定量抽取并预处理的废气在预混合装置15中混合稀释，由第一GC-PID装置16进行分组分定量检测。检测数值反馈至计算机18，根据稀释倍数换算后得到废气处理前VOCs组分及浓度：
CXi＝CXi,o×ρi
式中：CXi——未处理废气中，i组分浓度，mg/m3；
CXi,o——检测分析装置检测的i组分浓度，mg/m3；
ρi——i组分稀释倍数；
CX,TVOCs——未处理废气中TVOCs浓度，mg/m3。
若未检出，则由计算机18对稀释倍数重新计算，并反馈至控制模块13，在下一次检测中修正稀释倍数，重新检测。
处理后的废气由第二泵6抽取后，直接由第二GC-PID装置17进行检测，检测数值反馈至计算机18：
式中：CYn——已处理废气中，某组分浓度，mg/m3；
CY,TVOCs——未处理废气中TVOCs浓度，mg/m3。
第一GC-PID装置16、第二GC-PID装置17、第一传感器21、第二传感器22反馈的数值经计算机18处理运算后，进行比较：
排放速率由湿度、温度、压力、流速传感器反馈的经中央处理器处理运算后得到：
湿废气排放量：
Qs＝3600×F×Vs
式中：
Qs——湿排气的排放量，m3/h；
F——管道测定断面面积，m3；
Vs——管道测定断面湿排气的平均流速，m/s。
标准状态下干废气排放量：
式中：
Qsn——标准状态下干排气量，m3/h；
Ba——大气压力，Pa；
Ps——排期静压，Pa；
Ts——排气湿度，℃；
Xsw——排气中水分含量体积百分数，％。
污染物排放速率：
G＝C×Qsn×10-6
式中：
G——污染物排放速率，kg/h；
C——排放浓度，mg/m3；
Qsn——标准状态下干排气量，m3/h；
两套检测分析装置反馈的数值以及传感器反馈的数值经中央处理器处理运算后，进行比较，得到废气处理效率：
η＝1-(GY,TVOCs/GX,TVOCs)＝1-QY,TVOCsCY,TVOCs/QX,TVOCsCX,TVOCs
式中：η——处理效率；
GX,TVOCs、GY,TVOCs——未处理、已处理废气中TVOCs排放速率，kg/h；
CX,TVOCs、CY,TVOCs——未处理、已处理废气中TVOCs浓度，mg/m3；
QX,TVOCs、QY,TVOCs——未处理、已处理废气标准状态下干排气量，m3/h。
通过判断处理后废气浓度以及处理效率是否达标，给出活性炭是否需要更换的建议。数值及建议通过带有显示器的计算机18显示，并通过WIFI模块19上传至云端服务器，再通过云端服务器将数据实时发送至手机20，实现远程监控。
本发明提供了一种含VOCs废气处理前后在线监测系统的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
将本系统应用于某制药企业某车间的“活性炭吸附+氮气脱附+冷凝回收”废气处理装置中，某检测时段内的结果显示在电脑上：进口处废气中VOCs排放速率为1.56kg/h，出口处的VOCs排放速率为0.729kg/h，处理效率为(0.729/1.56)*100％＝53.3％，进口浓度为103mg/m3，出口浓度为19.2mg/m3，出口浓度符合排放标准，但处理效率偏低，系统给出以下建议：处理装备继续正常运行，持续观察一段时间，当出口浓度不能达标时，考虑对活性炭进行更换。
Claims (8)
1.一种含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，包括两套传感器、两套进样器、预处理装置、VOCs传感器、稀释装置、两套检测分析装置、控制模块、中央处理器、显示模块；
两套传感器分别位于废气处理设备的进气口前端以及排气口后端，用于测定湿度、温度、压力、流速；两套进样器包括位于废气处理设备前端进气口的第一进样器，以及位于废气处理设备末端排气口的第二进样器，根据设定定量抽取废气进入检测通路；
所述预处理装置位于第一进样器后，用于对废气进行初步过滤、除雾；
所述VOCs传感器位于预处理装置之后，用于初步监测废气中VOCs总量，并将TVOCs浓度数据发送至所述控制模块；
所述稀释装置和所述控制模块连接，所述控制模块用于接受所述TVOCs浓度数据并将所述TVOCs浓度数据发送至所述中央处理器，并用于接收所述中央处理器发送的稀释倍数，并控制所述稀释装置对进入检测通路的废气进行稀释；
所述中央处理器和所述控制模块连接，所述中央处理器用于接收所述控制模块发送的TVOCs浓度以及湿度、温度、压力、流速数据，并根据所述数据计算出排放速率以及废气稀释倍数数据，并将稀释倍数数据发送至控制模块；
所述检测分析装置分别对废气处理装置进出口处第一进样器、第二进样器采集的的VOCs组分与浓度进行检测；
所述显示模块和所述控制模块相连，所述显示模块用于显示废气处理装置进出口的VOCs组分与浓度数据，进口废气数据由稀释倍数校正后显示。
2.根据权利要求1所述的含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，所述稀释模块采用的稀释气体为空气发生器中产生的空气或氮气管路输送的氮气。
3.根据权利要求1所述的含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，所述检测分析装置可以为传感器、GC-FID、GC-PID。
4.根据权利要求1所述的含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，所述中央处理器根据稀释倍数换算后得到废气处理前VOCs组分及浓度：
CXi＝CXi,o×ρi
式中：CXi——未处理废气中，i组分浓度，mg/m3；
CXi,o——检测分析装置检测的i组分浓度，mg/m3；
ρi——i组分稀释倍数；
CX,TVOCs——未处理废气中TVOCs浓度，mg/m3；
若未检出，则由中央处理器对稀释倍数重新计算，并反馈至控制模块，在下一次检测中修正稀释倍数，重新检测；
处理后的废气由第二进样器抽取后，直接由检测分析装置进行检测，检测数值反馈至中央处理器：
式中：CYn——已处理废气中，某组分浓度，mg/m3；
CY,TVOCs——未处理废气中TVOCs浓度，mg/m3；
排放速率由湿度、温度、压力、流速传感器反馈后经中央处理器处理运算后得到：
其中，湿废气排放量：
Qs＝3600×F×Vs
式中：
Qs——湿排气的排放量，m3/h；
F——管道测定断面面积，m3；
Vs——管道测定断面湿排气的平均流速，m/s；
标准状态下干废气排放量：
式中：Qsn——标准状态下干排气量，m3/h；
Ba——大气压力，Pa；
Ps——排期静压，Pa；
Ts——排气湿度，℃；
Xsw——排气中水分含量体积百分数，％；
污染物排放速率：
G＝C×Qsn×10-6
式中：
G——污染物排放速率，kg/h；
C——排放浓度，mg/m3；
Qsn——标准状态下干排气量，m3/h；
两套检测分析装置反馈的数值与两套传感器反馈数值，经中央处理器处理运算后，进行比较，得到废气处理效率：
η＝1-(GY,TVOCs/GX,TVOCs)＝1-QY,TVOCsCY,TVOCs/QX,TVOCsCX,TVOCs
式中：η——处理效率；
GX,TVOCs、GY,TVOCs——未处理、已处理废气中TVOCs排放速率，kg/h；
CX,TVOCs、CY,TVOCs——未处理、已处理废气中TVOCs浓度，mg/m3；
QX,TVOCs、QY,TVOCs——未处理、已处理废气标准状态下干排气量，m3/h。
5.根据权利要求1所述的含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，还包括智能设备、WIFI模块和云端服务器，所述WIFI模块和所述云端服务器连接，通过WIFI模块在云端服务器与中央处理器之间建立数据传输；所述智能设备和所述云端服务器通过因特网连接。
6.根据权利要求5所述的含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，所述中央处理器为计算机。
7.根据权利要求5所述的含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，所述智能设备为智能手机或平板电脑。
8.根据权利要求5所述的含VOCs废气处理前后在线监测系统，其特征在于，处理前后废气的基础数据通过传感器检测并传递至控制模块用于中央处理器分析；处理前的废气通过第一进样器定量抽取，再通过VOCs传感器初步测定废气进口TVOCs浓度，并将数据发送至控制模块；控制模块再将数据发送至中央处理器，中央处理器接收到TVOCs浓度数据后，根据检测分析装置的检测上限对稀释倍数进行运算，并通过控制模块反馈至稀释装置，调节稀释所用气体体积，确保检测分析装置所测数据准确；检测分析装置和传感器测得数据反馈至控制模块，并通过中央处理器分析，若低于检测下限，则重新运算稀释倍数在下一次检测中进行反馈；经废气处理设施处理后的排空废气，经第二进样器定量抽取后，由检测分析装置进行检测，测得数据反馈至控制模块；两套检测分析装置反馈数据经中央处理器处理分析后，由显示模块显示，并通过WIFI模块、云端服务器将数据实时发送至智能设备，进行远程监控。
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| WO2023245579A1 (zh) * | 2022-06-23 | 2023-12-28 | 时代思康新材料有限公司 | 一种挥发性有机物VOCs检测监控系统 |
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- 2021-12-15 CN CN202111538306.9A patent/CN114247257A/zh active Pending
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