CN115417575B - 一种污泥干化过程中臭气在线监测系统及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污泥干化过程中臭气在线监测系统及监控方法，其中系统包括：热量提供单元，用于根据火电厂的高温烟气提供热量；污泥干化单元，用于将臭气输入到吸收池；臭气在线监测单元，包括吸收池、激光模块和检测模块，激光模块用于产生混合激光并将混合激光输入吸收池，混合激光被臭气进行吸收后输入检测模块，检测模块根据混合激光对臭气组分状态和含量进行在线监测；臭气处理单元，用于对臭气进行处理并排放。本发明实现了污泥干化过程中臭气的原位在线监测，通过监测结果能够及时调整污泥干化温度、储料调理池中添加剂和洗涤药剂池中药剂的比例来抑制臭气的产生及定向调控臭气的组分，控制臭气的排放，可应用于污泥恶臭气体治理领域。

Description

一种污泥干化过程中臭气在线监测系统及监控方法
技术领域
本发明涉及污泥恶臭气体治理领域，尤其涉及一种污泥干化过程中臭气在线监测系统及监控方法。
背景技术
一般城市污泥处理处置实行“厂内干化减量、市内处置”，但这要求污水处理厂内配建污泥干化设施，此项工程投资巨大，普通小型污水处理厂难以承担。因此，根据工程设计和实践，燃煤电站在运行过程中会产生大量的中低温烟气余热，此部分热量完全可以用于就近污泥的干化处理，同时，电站燃煤锅炉具有较好的燃料适应性，具备消纳污泥衍生燃料的条件，可以将干化后的污泥与煤掺烧实现就地利用。但不论是利用烟气余热还是采用新建的节能型独立热源干化污泥，此过程中都存在污泥颗粒无法很好的分离导致高粉尘含量和臭气浓度过高问题。在处理处置污泥与保护环境的同时，如何实现臭气的有效控制已成为亟待解决的课题之一。
恶臭气体在污泥贮存、输送和处理处置过程中均有产生，尤其是在热干化过程中会产生大量高浓度且成分复杂的臭气，这与污泥干化中大量的不稳定有机物的分解和挥发有关，含量最高的两类是含硫气体(H2S，SO2，COS，CS2，CH3SH等)和含氮气体(NH3，HCN，NOx等)，以及少量有机醇、醛、酸、酮等挥发性有机物(VOCs)。污泥干化产生的臭气强度为三级(共分六级，从零级无臭到五级巨臭)，属于人体易感觉出的气体范围，臭气的扩散会严重降低空气环境质量，直接影响人体健康和工作效率，即使是微量的臭气进入环境，都会使人感到不适，出现头痛、头昏、恶心、呕吐、食欲不振和精神不集中等症状。
但现有工艺和和技术几乎都没有配置臭气在线监测设施，特别是用于实时反应臭气变化状态的原位在线监测，现有市场上也没有与在线测量适配的污泥干化反应器，难以实现臭气的有效调控和治理。
发明内容
为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种污泥干化过程中臭气在线监测系统及监控方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种污泥干化过程中臭气在线监测系统，包括：
热量提供单元，用于根据火电厂的高温烟气提供热量；
污泥干化单元，包括桨叶式污泥干化机，所述桨叶式污泥干化机利用热量提供单元提供的热量，对污泥进行干化处理，以及将臭气输入到Herriott吸收池；
臭气在线监测单元，包括Herriott吸收池、激光模块和检测模块，所述激光模块用于产生混合激光并将混合激光输入Herriott吸收池，混合激光被Herriott吸收池的臭气进行吸收后输入检测模块，检测模块根据混合激光对臭气组分状态和含量进行在线监测；
臭气处理单元，用于对臭气进行处理并排放。
进一步地，所述热量提供单元包括：
蒸汽冷凝水管道，所述蒸汽冷凝水管道穿过烟气换热器，以及连接至所述桨叶式污泥干化机；
烟气换热器，用于根据火电厂的高温烟气对蒸汽冷凝水管道中的液体进行加热，以产生蒸气；
第二控制泵，用于为蒸气提供动力，以使蒸气送入所述桨叶式污泥干化机；
定压水箱，与所述第二控制泵连接，用于控制热蒸汽的流量；
低低温除尘器，与烟气换热器连接，用于对从烟气换热器输出的烟气进行降温，并排出。
进一步地，所述污泥干化单元还包括：
储料调理池，用于对污泥进行预处理；
第一控制泵，用于控制污泥输入自动输料机的流量；
自动输料机，用于将污泥输入桨叶式污泥干化机，以使桨叶式污泥干化机对污泥进行干化处理；
氩气储气罐，用于存储氩气；
质量控制器，用于控制氩气储气罐中氩气进入桨叶式污泥干化机的流量。
进一步地，所述桨叶式污泥干化机包括：
空心轴，空心轴内置热蒸汽回流管，
空心桨叶叶片，设置在空心轴上，用于对污泥进行搅拌；
热蒸汽进口端，与空心轴连接，用于输入蒸汽；
蒸汽冷凝水出口端，与空心轴连接，用于输出蒸汽和/或液体；
载气进口端，用于输入氩气；
臭气出口端，用于输出臭气；
污泥进料口端，用于输入污泥；
干污泥出口端，用于输出干的污泥。
进一步地，所述臭气在线监测单元用于检测的臭气组分包括H2S、NH3、HCN和NO；
所述激光模块包括：
NH3激光子模块，用于输出第一波长激光；
H2S激光子模块，用于输出第二波长激光；
HCN激光子模块，用于输出第三波长激光；
NO激光子模块，用于输出第四波长激光；
光纤合束器，用于对第一波长激光、第二波长激光和第三波长激光进行耦合，并通过准直器转换为空间光；
第二二向色镜，用于对空间光和第四波长激光进行空间光合束，完成四束激光耦合，获得混合激光；
平面反射镜，用于混合激光反射入Herriott吸收池中。
进一步地，所述第一波长激光的波长为1.578μm，所述第二波长激光的波长为1.512μm，所述第三波长激光的波长为1.542μm，所述第四波长激光的波长为5.18μm；
所述检测模块包括：
第一二向色镜，用于将混合激光分束为近红外激光和中红外激光；
第一探测器，用于探测近红外激光，并对近红外激光中的第一波长激光和第二波长激光进行解调，以及根据第一波长激光获得第一电信号，根据第二波长激光获得第二电信号；
第二探测器，用于探测中红外激光，并对中红外激光中的第三波长激光和第四波长激光进行解调，以及根据第三波长激光获得第三电信号，根据第四波长激光获得第四电信号；
NH3锁相放大器，用于对第一电信号进行放大处理；
H2S锁相放大器，用于对第二电信号进行放大处理；
HCN锁相放大器，用于对第三电信号进行放大处理；
NO锁相放大器，用于对第四电信号进行放大处理；
数据采集卡，用于将放大处理后的谐波号，通过AD转换，经PCI接口与上位机通信；
上位机，用于与数据采集卡通信，并进行后续数据处理，获得各臭气组分含量的检测结果。
进一步地，所述Herriott吸收池包括：
腔体，包括进气开口和出气开口，腔体内壁采用反光材料制成；
第一反射镜，设置在进气开口上；
第二反射镜，设置在出气开口上；
激光入射孔，设置在第一反射镜上；
激光出射孔，设置在第二反射镜上；
温度控制装置，设置在所述腔体上；
其中，第一反射镜和第一反射镜均为球面环形镀金反射镜，且两球面镜共焦距。
进一步地，所述臭气处理单元包括：
冷凝器，臭气经过尾气管道输送进入冷凝器进行冷凝；
净化除尘器，冷凝后的臭气进入净化除尘器去除粉尘；
喷淋除臭塔，除尘后的臭气进入喷淋除臭塔，对臭气进行洗涤；
活性炭吸附器，洗涤后的臭气进入活性炭吸附器进行净化，最终净化后的臭气通过烟囱排出；
探头，设置在烟囱上；
烟气分析装置，与探头连接，用于检测排放的臭气含量。
进一步地，所述污泥干化过程中臭气在线监测系统还包括控制终端调节单元，所述控制终端调节单元包括：
调理池控制模块，用于根据臭气在线监测单元中的监测结果，调整储料调理池中添加剂的比例，以抑制臭气的产生；
流量控制模块，用于控制污泥的进料流量、控制氩气的进气流量以及控制净化后的臭气引入烟囱排出的流量；
水控制模块，用于根据桨叶式污泥干化机内的温度监测值和蒸气含量，控制调节定压水箱的输出水量；
温度控制模块，用于监控桨叶式污泥干化机内的温度和Herriott吸收池内的温度，以使桨叶式污泥干化机和Herriott吸收池内的温度一致；
洗涤药剂控制模块，用于根据臭气在线监测单元和烟气分析装置检测的结果自动配置不同比例的洗涤药剂，以定向调控臭气的组分和有效控制臭气的排放；
烟气分析控制模块，用于根据检测的结果判断臭气处理是否达标，自动反馈给其他控制模块进行调节。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种污泥干化过程中臭气在线监控方法，应用于如上所述的一种污泥干化过程中臭气在线监测系统，包括以下步骤：
将污泥输入桨叶式污泥干化机进行干化处理，以及将桨叶式污泥干化机内的臭气输入Herriott吸收池中；
获取混合激光，将混合激光输入Herriott吸收池中，以使混合激光被Herriott吸收池中的臭气吸收后输出Herriott吸收池；
根据输出的混合激光，对臭气组分状态和含量进行在线监测；
根据检测结果调整储料调理池中添加剂和洗涤药剂池中药剂的比例，以抑制臭气的产生、定向调控臭气的组分和有效控制臭气的排放。
本发明的有益效果是：本发明实现了污泥干化过程中臭气的在线监测，通过监测结果能够及时调整污泥干化温度、储料调理池中添加剂和洗涤药剂池中药剂的比例来抑制臭气的产生及定向调控臭气的组分，有效地控制臭气的排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1是本发明实施例中一种污泥干化过程中臭气在线监测系统的整体构造示意图；
图2是本发明实施例中臭气在线监测单元的结构示意图；
图3是本发明实施例中Herriott吸收池的结构示意图；
图4是本发明实施例中桨叶式污泥干化机的结构示意图；
图5是本发明实施例中控制终端调节单元的结构示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，其中数字标号指代的名称，字母标号指代的物质，具体为：
图1的附图标记：1——信号发生器；2——激光驱动器；3——激光器；4——准直器；5——平面反射镜；6——Herriott吸收池；7——温度控制装置；8——第一二向色镜；9——光电探测器；10——锁相放大器；11——数据采集卡；12——上位机；13——脱水污泥；14——储料调理池；15——第一控制泵；16——自动输料机；17——氩气储气罐；18——质量控制器；19——桨叶式污泥干化机；20——蒸汽冷凝水管道；21——烟气换热器；22——第二控制泵；23——定压水箱；24——空气预热器出口烟气；25——低低温除尘器；26——冷凝器；27——冷凝废液收集罐；28——净化除尘器；29——洗涤药剂池；30——进药控制阀；31——除臭喷淋塔；32——活性炭吸附器；33——风机；34——烟囱；35——探头；36——烟气分析装置。
图2的附图标记：101——NH3信号发生器；102——H2S信号发生器；103——HCN信号发生器；104——NO信号发生器；201——NH3激光驱动器；202——H2S激光驱动器；203——HCN激光驱动器；204——NO激光驱动器；301——NH3激光器；302——H2S激光器；303——HCN激光器；304——NO激光器；401——光纤合束器；402——第二二向色镜；901——第一探测器；902——第二探测器；1001——NH3锁相放大器；1002——H2S锁相放大器；1003——HCN锁相放大器；1004——NO锁相放大器。
图3的附图标记：601——腔体；602——激光；603——臭气组分；604——第一反射镜；605——激光入射孔。
图4的附图标记：1901——尾气(臭气)出口端；1902——旋转接头；1903——蒸汽冷凝水出口端；1904——干污泥出口端；1905——空心轴；1906——空心桨叶叶片；1907——热蒸汽进口端；1908——载气进口端；1909——污泥进料口端；1910——上盖；1911——箱体。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
为了防止臭气污染厂区及影响周边居民的生活环境，现有的污泥干化工艺通常将排放的臭气经过处理后直接排放，但是大多缺乏完整的配套臭气处理系统，或者采用密封法、遮掩法等进行处理(采用密闭和微负压的设计，确保污泥储存仓、干化装置等无恶臭气体散发)，但这只能暂时掩盖臭味，不能根除，且除臭效率不高，不适合长期使用。另外，现有的臭气处理工艺包括常规法(冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧法、生物法)和新兴法(低温等离子体法、光催化法)，虽然以吸收法、吸附法为主的常规处理方法投资与运行成本较低、技术成熟，但都各自存在不足，如吸收法需要根据不同气体成分配制不同的吸收液，当臭气成分复杂时，需要经过多重配液和多级吸收净化，较为繁琐；吸附法的吸附容量有限，解吸附后的废气仍需要处理；同时两种方法均存在处理后的吸收液和吸附剂可能会成为危险废物，没有从根本上解决污染问题，也增加了处理成本；又如燃烧法和低温等离子体法虽然处理臭气效率高，但是属于高耗能高投资的工艺。因此，随着排放标准越来越严格，单一的污泥干化臭气处理工艺将逐渐不再适用，而组合技术将是臭气处理行业发展的方向。
污泥中臭气的调控方法主要分为抑制臭气的生成和臭气产生后处理，因此调控对象主要集中在污泥中的硫、氮化合物，但其种类比较复杂，其中，硫含量约在1.59～2.64％(daf)之间，主要有无机硫(Inorganic-S)和有机硫(Organic-S)两种形态，无机硫包含硫酸盐硫、硫化物硫两类，有机硫则以脂肪族硫和芳香族硫为主，有机硫含量可达总硫含量70％以上。关于污泥热化学转化过程硫、氮转化特性的研究表明，在污泥受热干化过程中，有机硫化物热稳定性差，在150～450℃时，极易发生C-S键断裂，从而生成活泼的S*和HS*基团。同时，由于污泥中含有丰富的有机质，具有较高的H/C比(污泥中H/C可达2.05，而煤中为0.24～1.14)，因而S*、HS*基团更易与干化过程中产生的H*自由基结合，从而形成大量的以H2S为主的各类含硫气体(H2S，CH3SH，SO2，COS，CS2等)。而氮的含量一般为6-8wt.％，最高可达10wt.％，高于大多数常规燃料(如煤和生物质等)，主要包括脂类、蛋白质和木质素等有机物以及一些无机铵盐。同样，这些含氮化合物在污泥预处理及受热干化过程中会释放以NH3和HCN为主的各类含氮气体(可能还有少量NO、N2等气体)：NH3的形成主要有两个阶段，当温度低于300℃时，NH3主要来源于不稳定蛋白质和无机铵盐的分解；在温度300-600℃范围内，大分子蛋白质裂解成小分子胺类化合物，而NH3的生成与胺类化合物的脱氨基反应有关；而在600-900℃温度区间，随着热分解温度的升高，挥发性物质的热分解程度增加，一定量的胺类化合物转化为腈类化合物，从而产生大量的HCN。可见，污泥的热稳定性受温度影响较大，污泥热干化过程中会产生较大量以H2S和NH3为主的臭气污染物，带来严重的环境风险。
基于此，本实施例提供提出一种基于TDLAS技术的污泥干化过程中臭气在线监测系统，一方面通过TDLAS技术实现污泥干化过程中臭气的原位在线监测，通过监测结果及时反馈给控制终端调节系统，调节系统通过调整储料调理池中添加剂的比例来抑制臭气的产生，或针对不同污泥中硫、氮类化合物的热稳定性差异特性，通过调节桨叶式污泥干化机的干化温度，避免或减少臭气的产生；或是根据监测结果中臭气的各种气体含量，及时调节洗涤药剂池的药剂的种类和配比，以达到更好的消除臭气效果。另一方面，通过自主研发与在线测量适配的污泥干化反应器，有效利用就近燃煤电厂过剩的烟气余热为污泥干化提供热源，干化后的污泥可以直接投入到锅炉中与煤掺烧实现就地处理，同时火电厂对于污染物治理都配备有现成的设施，可以直接用于处理干化过程中产生的臭气。通过以上系统和设计，可以实现定向调节臭气的产生和有效控制臭气的排放。在目前污泥产量逐年上升、环保政策日渐严格的背景下，本发明具有重要的理论价值和实际意义。
如图1所示，本实施例提供一种污泥干化过程中臭气在线监测系统，包括：
热量提供单元，用于根据火电厂的高温烟气提供热量；
污泥干化单元，包括桨叶式污泥干化机，桨叶式污泥干化机利用热量提供单元提供的热量，对污泥进行干化处理，以及将臭气输入到Herriott吸收池；
臭气在线监测单元，包括Herriott吸收池、激光模块和检测模块，激光模块用于产生混合激光并将混合激光输入Herriott吸收池，混合激光被Herriott吸收池的臭气进行吸收后输入检测模块，检测模块根据混合激光对臭气组分状态和含量进行在线监测；
臭气处理单元，用于对臭气进行处理并排放。
参见图1，作为一种可选的实施方式，热量提供单元包括：
蒸汽冷凝水管道20，蒸汽冷凝水管道穿过烟气换热器，以及连接至桨叶式污泥干化机；
烟气换热器21，用于根据火电厂的高温烟气对蒸汽冷凝水管道中的液体进行加热，以产生蒸气；
第二控制泵22，用于为蒸气提供动力，以使蒸气送入桨叶式污泥干化机；
定压水箱23，与第二控制泵连接，用于控制热蒸汽的流量；
低低温除尘器25，与烟气换热器连接，用于对从烟气换热器输出的烟气进行降温，并排出。
污泥干化单元还包括：
储料调理池14，用于对污泥进行预处理；
第一控制泵15，用于控制污泥输入自动输料机的流量；
自动输料机16，用于将污泥输入桨叶式污泥干化机，以使桨叶式污泥干化机对污泥进行干化处理；
氩气储气罐17，用于存储氩气；
质量控制器18，用于控制氩气储气罐中氩气进入桨叶式污泥干化机的流量。
城市脱水污泥通过储料调理池中添加剂来调节臭气的产生，添加剂主要为碱性物质，如氢氧化钙、醋酸钠等，经第一控制泵泵送至自动输料机，通过调节第一控制泵，可以达到控制污泥输入的流量，自动输料机通过旋转螺旋实现污泥自动运输，污泥从干化机进料口端进入桨叶式干化机，干化热源是由烟气加热后的热蒸汽提供。利用就近的燃煤电厂过剩烟气的中低温余热，通过截取空气预热器出口约143℃的烟气，此部分烟气和烟气换热器进行热量交换，换热后约90℃的烟气进入低低温除尘器，然后引至风机。其中，143℃的烟气来着火电厂的锅炉。凝结水通过蒸汽冷凝水管道经烟气加热后由第二控制泵送入桨叶式干化机进行污泥干化，第二控制泵与定压水箱相连，用于控制热蒸汽的流量。污泥进入干化机后，在桨叶叶片的低转速搅拌下，与热蒸汽加热后的热轴充分换热，以达到污泥干燥的目的，干化过程中产生的尾气快速导入至与尾气出口端非常靠近的Herriott吸收池中。
作为一种可选的实施方式，参见图4，桨叶式污泥干化机包括：
空心轴1905，空心轴内置热蒸汽回流管，
空心桨叶叶片1906，设置在空心轴上，用于对污泥进行搅拌；
热蒸汽进口端1907，与空心轴连接，用于输入蒸汽；
蒸汽冷凝水出口端1903，与空心轴连接，用于输出蒸汽和/或液体；
载气进口端1908，用于输入氩气；
臭气出口端1901，用于输出臭气；
污泥进料口端1909，用于输入污泥；
干污泥出口端1904，用于输出干的污泥。
浆叶干燥机结构主要由传动机构、箱体、主轴搅拌、轴承体、进料出料、旋转接头等部分组成。其中，传动机构主要由电机齿轮等组成，作用是把电机的动力传输给主轴搅拌部分，使其在额定转速范围内运转；主轴搅拌部分主要由两根空心轴和其表面若干个楔形空心浆叶等组成，空心轴内置热蒸汽回流管，两端的旋转接头是这些热蒸汽进出的接口；轴承体部分在主轴的两端，主要由各类轴承、填料、盖等组成。运行时主轴搅拌部分对污泥物料进行低转速搅拌、推挤并进行加热。同时，在干化机中设置有温度传感器，用于实时监测干化过程温度的变化。
本实施例的桨叶式污泥干化机具有结构紧凑，传热面积大，占地面积小；操作弹性大，物料停留时间几分钟到几小时，可调；附属设备简单，投资少，操作费用低；同时，干燥时用气量小，粉尘少、桨叶相互作用具有自净功能，属于节能环保型设备。
臭气在线监测单元可以监测多种气体，在本实施例中，主要监测H2S、NH3、HCN和NO这四种气体。
作为一种可选的实施方式，参见图2，激光模块包括：
NH3激光子模块，用于输出第一波长激光；
H2S激光子模块，用于输出第二波长激光；
HCN激光子模块，用于输出第三波长激光；
NO激光子模块，用于输出第四波长激光；
光纤合束器401，用于对第一波长激光、第二波长激光和第三波长激光进行耦合，并通过准直器转换为空间光；
第二二向色镜402，用于对空间光和第四波长激光进行空间光合束，完成四束激光耦合，获得混合激光；
平面反射镜5，用于混合激光反射入Herriott吸收池中。
检测模块包括：
第一二向色镜8，用于将混合激光分束为近红外激光和中红外激光；
第一探测器901，用于探测近红外激光，并对近红外激光中的第一波长激光和第二波长激光进行解调，以及根据第一波长激光获得第一电信号，根据第二波长激光获得第二电信号；
第二探测器902，用于探测中红外激光，并对中红外激光中的第三波长激光和第四波长激光进行解调，以及根据第三波长激光获得第三电信号，根据第四波长激光获得第四电信号；
NH3锁相放大器1001，用于对第一电信号进行放大处理；
H2S锁相放大器1002，用于对第二电信号进行放大处理；
HCN锁相放大器1003，用于对第三电信号进行放大处理；
NO锁相放大器1004，用于对第四电信号进行放大处理；
数据采集卡11，用于将放大处理后的谐波号，通过AD转换，经PCI接口与上位机通信；
上位机12，用于与数据采集卡通信，并进行后续数据处理，获得各臭气组分含量的检测结果。
其中，第一波长激光的波长为1.578μm，第二波长激光的波长为1.512μm，第三波长激光的波长为1.542μm，第四波长激光的波长为5.18μm。
参见图2，臭气在线监测单元主要包含激光测量硬件和光学系统设计两部分，为了同时测量H2S、NH3、HCN和NO等多种臭气组分，本发明采用波分复用和频分复用结合、光纤合束和空间光合束相结合的技术，实现不同波长激光与气体吸收池的耦合。四种气体对应四种波长的激光，四种激光信号发生器及时产生驱动激光器波长变化的激光信号，信号叠加后输入激光驱动器，而后激光器输出四种臭气组分不同波长的激光，经准直器和反射镜后入射到Herriott吸收池，在吸收池中进行四种典型臭气组分的实时在线监测；激光经过气体池吸收后，由光电探测器把光信号转换为电流信号，经过锁相放大器检测谐波信号；再通过数据采集卡采集后利用上位机进行后续数据处理，即时得到臭气组分含量检测结果。
具体方案为：由四种激光信号发生器产生驱动激光器波长变化的低频扫描信号和高频调制信号，两路电压信号叠加后输入激光驱动器(其中，测量H2S采用DFB激光器，波长为1.578μm；测量NH3采用DFB激光器，波长为1.512μm；测量HCN采用DFB激光器，波长为1.542μm；测量NO采用QCL激光器，波长为5.18μm)，将其转换为电流信号后，控制激光器的电流和温度；而后激光器输出四种臭气组分不同波长的激光，NH3激光器、H2S激光器和HCN激光器通过光纤合束器进行耦合，通过准直器转换为空间光，之后与NO激光器利用二向色镜进行空间光合束，完成四束激光耦合。
耦合后的激光经反射镜后入射到Herriott吸收池，并在吸收池中进行多次反射增加吸收光程；激光经过气体池吸收后，利用二向色镜在吸收池出口处将近红外激光和中红外激光进行分束，分别利用铟镓砷探测器探测近红外激光信号和利用碲镉汞探测器探测中红外激光信号，同一个探测器接收的两个波长的激光信号由不同的调制频率解调，由光电探测器把光信号转换为电流信号，经过锁相放大器检测谐波信号，最终得到不同气体的吸收谱线，再通过数据采集卡采集后利用上位机进行后续数据处理，即时得到臭气组分含量检测结果，由此完成四种典型臭气组分的实时在线监测。
作为一种可选的实施方式，参见图3，Herriott吸收池包括：
腔体601，包括进气开口和出气开口，腔体内壁采用反光材料制成；
第一反射镜604，设置在进气开口上；
第二反射镜，设置在出气开口上；
激光入射孔605，设置在第一反射镜上；
激光出射孔，设置在第二反射镜上；
温度控制装置7，设置在腔体601上；
其中，第一反射镜和第一反射镜均为球面环形镀金反射镜，且两球面镜共焦距。
吸收池的两个反射镜(即第一反射镜和第二反射镜)是以熔融石英作基底的球面环形镀金反射镜，两球面镜共焦距，腔体采用石英玻璃；四类激光通过反射镜反射经吸收池前端的小孔入射进吸收池中，并在吸收池臭气气氛中进行多次反射增加吸收光程，经吸收池后端的小孔射出，此吸收池具有提高探测灵敏度的作用。为了使污泥干化臭气实时通过吸收池，避免在吸收池内形成回流，本发明设计适用于原位在线测量的新型Herriott吸收池，气体进出口孔径大，且位于一条轴线上，保证吸收池内气体快速更新；同时，为了保持吸收池中所测气体与污泥干化机中所产生的气体组分和状态一致，将污泥干化机与吸收池间距设置非常小，因此污泥干化生成的臭气组分可迅速通入吸收池，同时通过温度控制程序设置吸收池与污泥干化机具有相同的温度环境，进而确保吸收池中的环境与污泥干化过程中气体环境相似，实现臭气组分测量的准确性。
作为一种可选的实施方式，参见图1，臭气处理单元包括：
冷凝器26，臭气经过尾气管道输送进入冷凝器进行冷凝；
净化除尘器28，冷凝后的臭气进入净化除尘器去除粉尘；
喷淋除臭塔31，除尘后的臭气进入喷淋除臭塔，对臭气进行洗涤；
洗涤药剂池29，用于存放洗涤药剂；
进药控制阀30，用于控制洗涤药剂输入喷淋除臭塔的流量；
活性炭吸附器32，洗涤后的臭气进入活性炭吸附器进行净化，最终净化后的臭气通过烟囱排出；
探头35，设置在烟囱上；
烟气分析装置36，与探头连接，用于检测排放的臭气含量。
在引风机的作用下，污泥干化产生的尾气经过尾气管道输送后进入冷凝器冷凝，气体中的水蒸气冷凝下来，同时部分溶于水的污染气体也会随水蒸气凝结进入液相去除。冷却后得到冷凝废液，冷凝器配备有冷凝废液收集罐，冷凝后的尾气进入净化除尘器去除大量的粉尘，净化除尘器优选为旋风分离器，除尘尾气经过管道与除臭喷淋塔相连，喷淋塔喷淋的多种洗涤药剂是针对臭气中的主要组分的性质进行配置的，因此能够吸收尾气中绝大部分恶臭组分(其中，NH3极易溶于水，用水吸收即可；NO极易被氧化成NO2，与H2S、HCN三者均可用碱液吸收，如NaOH溶液)。除臭喷淋塔与洗涤药剂池和进药控制阀相连，洗涤药剂池可根据臭气在线监测结果自动配置不同比例的洗涤药剂，并配有温度和pH自动调节装置，确保喷淋的洗涤药剂在最佳的条件下运行，经进药控制阀输入并由喷淋塔内喷头对臭气进行洗涤。洗涤尾气经过管道与活性炭吸附装置相连，进入活性炭吸附器进行更深层次净化，进一步降低恶臭气体的浓度，最终净化之后的尾气经过引风机进入烟囱排出。
作为一种可选的实施方式，参见图5，本实施例的一种污泥干化过程中臭气在线监测系统还包括控制终端调节单元，该控制终端调节单元包括调理池控制、流量控制、水控制、温度控制、洗涤药剂控制、烟气分析控制等六大层面的反馈调节。分别由调理池数据、流量数据、水数据、温度数据、洗涤药剂数据、烟气分析数据等六种监测信号输入，经过控制终端统一处理后，反馈调节作用于相应的控制层面。
其中，调理池控制是根据吸收池中实时监测到的臭气组分状态和含量，及时将监测结果反馈给控制终端调节系统，调节系统通过调整储料调理池中添加剂的比例来抑制臭气的产生，如吸收池中监测到H2S浓度超过阀值，则加大Ca(OH)2等碱性物质的投放比例；当监测到NH3浓度超过阀值，则加大醋酸钙和醋酸钠等碱性物质的投放比例。其中，添加Ca(OH)2等碱能极大地减少H2S气体的释放，并且添加的碱碱性越强，效果越好；添加醋酸钙和醋酸钠，可大幅减少NH3等含氮臭气的释放。
流量控制主要是通过第一控制泵控制污泥的进料流量、通过质量控制器控制氩气储气罐中氩气的进气流量以及通过风机控制净化后的尾气引入烟囱排出的流量。
水控制是通过污泥干化机中的温度监测值和吸收池中检测到的水蒸气含量，来通过第二控制水泵反馈调节定压水箱的输入。
温度控制主要包含对污泥干化机、吸收池的控制。其中污泥干化机温度控制可以根据监测结果反馈调节，针对不同污泥中硫、氮类化合物的热稳定性差异特性，通过调节桨叶式污泥干化机干化温度，避免或减少臭气的产生；而污泥干化机中的温度初始值是有热蒸汽温度给定的，可以通过调整烟气换热器的换热和第二控制水泵的流量来调节；吸收池是与干化机具有相同的温度环境，为了确保吸收池中的环境与污泥干化过程中气体环境相似，从而确保臭气组分测量的准确性，可通过电加热来反馈调节。
洗涤药剂控制包括洗涤药剂池可根据吸收池中臭气在线监测和烟气分析装置检测的结果自动配置不同比例的洗涤药剂，如监测信号发现H2S浓度超过阀值，则加大碱液的配比；当监测到NH3浓度超过阀值，则加大水的配比。同时，配有温度和pH自动调节装置，确保喷淋的洗涤药剂在最佳的条件下运行，经进药控制阀控住输入喷淋塔内的流量。
烟气分析控制包括反馈调节其他5个层面的控制。如根据烟气分析装置检测的结果判断臭气含量是否达标，自动调节储料调理池中添加剂的投放比例、调节污泥干化机中的干化温度和热蒸汽流量、调节除臭喷淋塔中喷淋药剂的比例和流量等，以通过反馈调节进一步实现定向调整臭气的产生和有效控制臭气的排放。
综上所述，本实施例系统相对于现有技术，具有如下优点及有益效果：
1)将TDLAS技术运用于污泥干化过程中，用于实现臭气中多种气体组分的非侵入式原位在线监测，并将监测结果实时反馈给控制终端调节系统。
2)通过控制终端调节系统，可以达到有效控制储料调理池、污泥干化机、气体吸收池、洗涤药剂池和烟气分析装置等众多信号参数，通过反馈调节，可以实现定向调节臭气的产生和有效控制臭气的排放。
3)通过有效截取空气预热器和低低温除尘器之间的中低温烟气余热，用作污泥干化的热源，不仅有效利用就近燃煤电厂大量过剩烟气余热，实现了污泥的干化，干化后的污泥还可以直接投入到锅炉中与煤掺烧实现就地处理，同时能最大程度的利用现有电厂的污染物治理设备，直接用于对污泥干化中臭气的治理，相比于在污水处理厂内采用独立热源干化污泥和新配建的臭气治理设备，然后再运输至污泥处置地，大大节约了燃料使用和经济成本。
4)提供了一种非侵入式在线测量臭气污染物的方法，该方法相比于传统的气相色谱检测法在检测前必须对待测臭气污染物进行取样，可以有效避免在取样时极有可能发生的二次反应，保证检测结果的准确性。
5)相比于其他光谱学气体组分分析手段，TDALS技术具有以下几方面的优势：第一，测量设备简单，价格相对低廉；第二，TDALS测量特别是近红外测量可采用光纤传输激光，可大大简化光路设计；第三，TDALS测量具有很高的选择性，可在复杂臭气组分环境中实现对某些特定物质的定量测量，使该技术在复杂臭气组分监测中展现出广阔的应用前景。
6)通过将污泥预处理及干化单元、臭气在线监测单元、臭气处理单元和控制终端调节单元等众多系统耦合，设计了集污泥干化反应器-在线监测-臭气生产与排放定向调控系统一体化的装置，具有极大的工业应用价值。
7)相比常规的污泥干化系统，本发明配置了臭气在线监测和治理系统，不仅能够达到污泥干化中的恶臭气体浓度远低于国家规定的排放标准，实现在整个干化现场完全没有异味感，还能通过在线监测实时掌握臭气组分变化状况，以便及时作出响应和调节；
8)本发明通过将污泥干化和燃煤电厂余热及设备充分挖掘和有效结合，扩宽了现有资源的利用途径，有利于实现我国现阶段能源使用的调整、优化以及能源环境的可持续发展；同时能就近利用燃煤电厂现有资源和设备，大大提高了污泥的处理处置效率，也节省了大量的污泥运输费用；
9)脱水污泥原料在干化之前先进行调理池添加剂预处理，可以有效抑制臭气产生，同时通过控制污泥机中干化温度，避免或减少臭气的产生，两者都属于从源头上治理臭气的方法，相比于臭气产生后再治理更加符合可持续发展和环境保护的理念。
10)本发明设计臭气治理系统，在有效利用燃煤电站现有资源和设备的基础上，有效融入了冷凝法、吸收法和吸附法等多种废气治理工艺，原理简单、治理成本低，能够最大程度上消除污泥干化中的臭气。
11)整个系统具有结构简易、操作方便、占地面积小、能够最大程度地利用现有燃煤电厂资源和设备，运行维护费用低、投资回收周期短等优点，同时能够很好的匹配中低温烟气余热，使烟气余热利用率达到最大。
12)本发明中多处设置有传感器、温度控制器、控制阀门和烟气分析装置等，用于实时监控系统运行的状态，并与控制终端相连接，组成控制终端调节系统，可及时反馈并调整各处装置运行，有利于系统更加稳定和及时调节，同时提高系统运行效率。
本实施例还提供一种污泥干化过程中臭气在线监控方法，应用于如图1所示的一种污泥干化过程中臭气在线监测系统，包括以下步骤：
S1、将污泥输入桨叶式污泥干化机进行干化处理，以及将桨叶式污泥干化机内的臭气输入Herriott吸收池中；
S2、获取混合激光，将混合激光输入Herriott吸收池中，以使混合激光被Herriott吸收池中的臭气吸收后输出Herriott吸收池；
S3、根据输出的混合激光，对臭气组分状态和含量进行在线监测；
S4、根据检测结果调整储料调理池中添加剂和洗涤药剂池中药剂的比例，以抑制臭气的产生、定向调控臭气的组分和有效控制臭气的排放。
本实施例方法与上述系统具有对应的关系，因此具有相应的功能及有益效果。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (3)

1.一种污泥干化过程中臭气在线监测系统，其特征在于，包括：
热量提供单元，用于根据火电厂的高温烟气提供热量；
污泥干化单元，包括桨叶式污泥干化机，所述桨叶式污泥干化机利用热量提供单元提供的热量，对污泥进行干化处理，以及将臭气输入到Herriott吸收池；
臭气在线监测单元，包括Herriott吸收池、激光模块和检测模块，所述激光模块用于产生混合激光并将混合激光输入Herriott吸收池，混合激光被Herriott吸收池的臭气进行吸收后输入检测模块，检测模块根据混合激光对臭气组分状态和含量进行在线监测；
臭气处理单元，用于对臭气进行处理并排放；
所述热量提供单元包括：
蒸汽冷凝水管道，所述蒸汽冷凝水管道穿过烟气换热器，以及连接至所述桨叶式污泥干化机；
烟气换热器，用于根据火电厂的高温烟气对蒸汽冷凝水管道中的液体进行加热，以产生蒸气；
第二控制泵，用于为蒸气提供动力，以使蒸气送入所述桨叶式污泥干化机；
定压水箱，与所述第二控制泵连接，用于控制热蒸汽的流量；
低低温除尘器，与烟气换热器连接，用于对从烟气换热器输出的烟气进行降温，并排出；
所述桨叶式污泥干化机包括：
空心轴，空心轴内置热蒸汽回流管，
空心桨叶叶片，设置在空心轴上，用于对污泥进行搅拌；
热蒸汽进口端，与空心轴连接，用于输入蒸汽；
蒸汽冷凝水出口端，与空心轴连接，用于输出蒸汽和/或液体；
载气进口端，用于输入氩气；
臭气出口端，用于输出臭气；
污泥进料口端，用于输入污泥；
干污泥出口端，用于输出干的污泥；
所述Herriott吸收池包括：
腔体，包括进气开口和出气开口，腔体内壁采用反光材料制成；
第一反射镜，设置在进气开口上；
第二反射镜，设置在出气开口上；
激光入射孔，设置在第一反射镜上；
激光出射孔，设置在第二反射镜上；
温度控制装置，设置在所述腔体上；
其中，第一反射镜和第一反射镜均为球面环形镀金反射镜，且两球面镜共焦距；
所述进气开口和出气开口的孔径采用大孔径，且位于一条轴线上；所述Herriott吸收池设置在所述污泥干化机附近；
所述臭气处理单元包括：
冷凝器，臭气经过尾气管道输送进入冷凝器进行冷凝；
净化除尘器，冷凝后的臭气进入净化除尘器去除粉尘；
喷淋除臭塔，除尘后的臭气进入喷淋除臭塔，对臭气进行洗涤；
活性炭吸附器，洗涤后的臭气进入活性炭吸附器进行净化，最终净化后的臭气通过烟囱排出；
探头，设置在烟囱上；
烟气分析装置，与探头连接，用于检测排放的臭气含量；
所述污泥干化过程中臭气在线监测系统还包括控制终端调节单元，所述控制终端调节单元包括：
调理池控制模块，用于根据臭气在线监测单元中的监测结果，调整储料调理池中添加剂的比例，以抑制臭气的产生；当吸收池中监测到H2S浓度超过阀值，则加大Ca(OH)2的投放比例；当监测到NH3浓度超过阀值，则加大醋酸钙和醋酸钠的投放比例；
流量控制模块，用于控制污泥的进料流量、控制氩气的进气流量以及控制净化后的臭气引入烟囱排出的流量；
水控制模块，用于根据桨叶式污泥干化机内的温度监测值和蒸气含量，控制调节定压水箱的输出水量；
温度控制模块，用于监控桨叶式污泥干化机内的温度和Herriott吸收池内的温度，以使桨叶式污泥干化机和Herriott吸收池内的温度一致；
洗涤药剂控制模块，用于根据臭气在线监测单元和烟气分析装置检测的结果配置不同比例的洗涤药剂，以定向调控臭气的组分和有效控制臭气的排放；
烟气分析控制模块，用于根据检测的结果判断臭气处理是否达标，并反馈给其他控制模块进行调节；
所述污泥干化单元还包括：
储料调理池，用于对污泥进行预处理；
第一控制泵，用于控制污泥输入自动输料机的流量；
自动输料机，用于将污泥输入桨叶式污泥干化机，以使桨叶式污泥干化机对污泥进行干化处理；
氩气储气罐，用于存储氩气；
质量控制器，用于控制氩气储气罐中氩气进入桨叶式污泥干化机的流量；
所述臭气在线监测单元用于检测的臭气组分包括H2S、NH3、HCN和NO；
所述激光模块包括：
NH3激光子模块，用于输出第一波长激光；
H2S激光子模块，用于输出第二波长激光；
HCN激光子模块，用于输出第三波长激光；
NO激光子模块，用于输出第四波长激光；
光纤合束器，用于对第一波长激光、第二波长激光和第三波长激光进行耦合，并通过准直器转换为空间光；
第二二向色镜，用于对空间光和第四波长激光进行空间光合束，完成四束激光耦合，获得混合激光；
平面反射镜，用于混合激光反射入Herriott吸收池中。
2.根据权利要求1所述的一种污泥干化过程中臭气在线监测系统，其特征在于，所述第一波长激光的波长为1.578μm，所述第二波长激光的波长为1.512μm，所述第三波长激光的波长为1.542μm，所述第四波长激光的波长为5.18μm；
所述检测模块包括：
第一二向色镜，用于将混合激光分束为近红外激光和中红外激光；
第一探测器，用于探测近红外激光，并对近红外激光中的第一波长激光和第二波长激光进行解调，以及根据第一波长激光获得第一电信号，根据第二波长激光获得第二电信号；
第二探测器，用于探测中红外激光，并对中红外激光中的第三波长激光和第四波长激光进行解调，以及根据第三波长激光获得第三电信号，根据第四波长激光获得第四电信号；
NH3锁相放大器，用于对第一电信号进行放大处理；
H2S锁相放大器，用于对第二电信号进行放大处理；
HCN锁相放大器，用于对第三电信号进行放大处理；
NO锁相放大器，用于对第四电信号进行放大处理；
上位机，用于对放大处理后的电信号进行数据处理，获得各臭气组分含量的检测结果。
3.一种污泥干化过程中臭气在线监控方法，应用于如权利要求1-2任一项所述的一种污泥干化过程中臭气在线监测系统，其特征在于，包括以下步骤：
将污泥输入桨叶式污泥干化机进行干化处理，以及将桨叶式污泥干化机内的臭气输入Herriott吸收池中；
获取混合激光，将混合激光输入Herriott吸收池中，以使混合激光被Herriott吸收池中的臭气吸收后输出Herriott吸收池；
根据输出的混合激光，对臭气组分状态和含量进行在线监测；
根据检测结果调整储料调理池中添加剂和洗涤药剂池中药剂的比例，以抑制臭气的产生、定向调控臭气的组分和有效控制臭气的排放。
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雍毅等主编.《市政污泥特性与再生利用引论》.中国环境出版社,2016,(第1版),第63页. *

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