CN116953175A - 一种原位式气体分析系统及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种原位式气体分析系统及测量方法，所述系统包括检测模块、取样模块和测控模块，所述取样模块包括n(n≥2)个依次插入烟道内的取样探管，取样测量池外设置有电加热器和温度传感器；每个取样探管均通过一执行阀连接到取样测量池，取样测量池的出气口连接一抽气泵。其测量方法通过在烟道内设置多个测点，对烟道内各区域的样气分别进行浓度分析检测，并根据检测结果计算环保监测断面的污染物平均排放浓度，从而避免烟气中污染物浓度的分布不均匀导致的测量偏差。本发明可以克服高温高湿、温度变化对光谱仪测量精度的影响，即使烟道内流速变化大、污染物浓度分布不均，也能准确检测出烟气中污染物浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体分析系统，具体涉及一种原位式气体分析系统及测量方法，属于环境检测技术领域。
背景技术
CEMS烟气排放连续监测系统是一种对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，按其测量方式主要分为抽取式监测系统和现场监测系统。
火电机组的烟气排放环保检测断面设置有CEMS，现有的CEMS是针对环保检测断面的烟气流速＞5m/s工况设计的；目前为适应低碳的要求，火电机组进行灵活性改造升级，火电机组灵活性升级前、环保检测断面烟气流速大约为20m/s，灵活性升级后环保检测断面的烟气流速长期存在＜5m/s的情况，环保检测断面烟气流速变化范围增大，现有CEMS及测量方法所测数据不具有代表性，不能准确检测出烟道内污染物浓度。
抽取式监测系统一般是在烟道的环保检测断面上安装一个取样探头，然后用取样管把样气引进CEMS小间，沿程必须对取样管进行伴热，防止烟气凝结，样气进入CEMS小间后，为了避免水蒸汽吸收光谱对测量样气测量结果的影响，必须先对样气进行冷却，采用制冷装置对样气冷却，使样气中的水蒸气凝结成水，用专门的装置把水从样气中引出，然后才把处理后的样气送给分析仪表，检测出烟气成份的浓度。但是这种方法中间环节多，还须对取样管线进行电伴热，样气进入CEMS小间后，样气中的水蒸气凝结成液态水，水会溶解并带走样气中的部分成分，致使分析仪的测量结果不能完全代表烟道中烟气的实际成分浓度，且探头到CEMS小间距离长，检测时间长，中间环节多，故障率高。
现场监测系统也称为原位式气体检测系统，是将检测探头直接安装在烟道内，通过窗口片将检测腔体和测量池分开，光源发射的光束透过测量池的检测介质由安装在检测腔体的光学检测部件进行检测，再通过数据处理设备进行运算分析获知烟气成分。采用原位式安装检测探头的方法不仅可以提高烟气监测的便捷性、连续性和实施性，而且结构更加简单。但是，烟道内的恶劣环境也给采用原位式的安装检测设备带来了严峻的考验，由于烟道内长期处于高温、高湿的烟气环境下，且四季温度变化大，而温度对光谱仪测量精度影响很大，如果温度变化过大或者温度过高都会造成光谱仪检测结果超差。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种原位式气体分析系统及测量方法，即保留原位式测量的优点，同时可以克服高温高湿、温度变化对光谱仪测量精度的影响，即使烟道内流速变化大、污染物浓度分布不均，也能准确检测出烟气中污染物浓度。
一种原位式气体分析系统，包括检测模块、取样模块和测控模块，取样模块安装在烟道内，检测模块和测控模块安装在烟道外；所述检测模块包括样气测量池、发射光源和光谱仪，测控模块控制取样模块将样气在线引入样气测量池内，发射光源发射的谱线经过测量池后，照射到光谱仪，光谱仪将检测到的光谱信号发送至测控模块进行气体浓度分析；
所述取样模块包括n(n≥2)个依次插入烟道内的取样探管，每个取样探管插入烟道的一端均设置有取样过滤器，取样探管的另一端固定在烟道壁上并通过一取样连接管连接一执行阀，n个所述取样连接管连接到一个取样母管上，取样母管与取样测量池进气口连通，取样测量池的出气口连接一抽气泵用于将取样测量池与取样母管抽真空；所述取样测量池外设置有电加热器和温度传感器；电加热器、温度传感器、抽气泵、各执行阀、光谱仪和发射光源均与测控模块信号相连。
进一步的，检测模块还包括光学检测室，光学检测室由导光管组成，光学检测室和样品测量池之间设有耐高温透镜，光谱仪和发射光源设置在光学检测室远离耐高温透镜的一端，样品测量池远离耐高温透镜的一端设有耐高温反射镜。
进一步的，检测模块还包括发射端光学检测室和接收端光学检测室，发射端光学检测室由发射端导光管组成，接收端光学检测室由接收端导光管组成，发射端光学检测室和取样测量池之间设有发射端耐高温透镜，接收端光学检测室和取样测量池之间设有接收端耐高温透镜，发射光源通过光纤与设置在发射端光学检测室的发射端子相连，光谱仪通过光纤与设置在接收端光学检测室的接收端子相连。
进一步的，每个烟道测点处均设置有一安装短管，安装短管上固定有安装法兰，取样探管的端部设有固定法兰，通过安装法兰与固定法兰的连接将取样探管安装在烟道内；所述取样连接管包括依次连接的样气连接管和执行阀连接管，样气连接管紧贴烟道布置，执行阀连接管靠近烟道布置，执行阀连接管的一端与样气连接管连通，另一端与执行阀连通。
进一步的，烟道、各取样连接管、取样母管以及样品测量池的外部均敷设有保温层。
进一步的，各执行阀连接管的侧面连通有吹扫管路，吹扫管路上设置有吹扫阀。
进一步的，烟道内各测点附近均设有流量计，流量计与测控模块信号相连。
一种原位式气体分析系统测量方法，包括以下步骤：
S1，测控模块控制抽气泵开始抽气，使取样测量池与取样母管处于真空状态；
S2，测控模块控制第1组执行阀打开，测量第1测点的样气浓度；同时，温度传感器将温度信号实时发送至测控模块，测控模块判断取样测量池温度T是否大于取样测量池预设最低温度，判断为否时，测控模块控制电加热器开始加热，直到达到取样测量池预设最高温度后停止加热；所述取样测量池预设最低温度为烟道中所有样气露点温度的最大值与设置的温度裕量之和；
S3，t1≥m1后，测控模块21输出测点1的浓度值；t1＝t1后，第1测点的样气浓度测量完成后，测控模块依次控制第1组执行阀关闭、第2组执行阀导通，第2组执行阀关闭、第3组执行阀导通，……第n-1组执行阀关闭、第n组执行阀导通，各测点的高温烟气经取样过滤器后在负压作用下依次进入取样测量池；
其中，t1为测控模块控制第1组执行阀导通的时长，m1为测点1的置换迟滞时长，m1＝(K11+K12+K13+K14+K15+K2+K1)/Q1；K11、K12、K13、K14、K15、K2、K1分别是第1取样过滤器、第1取样探管、第1样气连接管、第1执行阀连接管、第1组执行阀、取样母管、耐高温测量池内部的容积；Q1为在第1测点沿程管路总的阻力下的抽气泵的抽气流量；
t1＝m1+tc，t1为第1测点样气浓度的测量时长，tc为光谱仪稳定准确测量出测量池中污染物浓度的时长；
S4,tn≥mn时，第n-1测点的样气被置换，第n测点的样气充满取样测量池，测控模块控制光谱仪输出光谱信号并根据光谱信号计算对应第n测点气体的浓度，tn＝tn时，测控模块控制关闭第n组执行阀；
其中，tn为测控模块控制第n组执行阀导通的时长，mn为第n测点的置换迟滞时长，
mn＝(Kn1+Kn2+Kn3+Kn4+Kn5+K2+K1)/Qn
Kn1、Kn2、Kn3、Kn4、Kn5、K2、K1分别是第n取样过滤器、第n取样探管、第n样气连接管、第n执行阀连接管、第n组执行阀、取样母管、耐高温测量池内部的容积；Qn为第n测点沿程总阻力下抽气泵的抽气流量；
tn＝mn+tc，tn为第n测点样气浓度的测量时长，tc为光谱仪稳定准确测量出样气浓度所需时长；
S5,所有测点全部巡检测量完成后，测控模块计算本轮排放监测截面的污染物平均浓度值y：
y＝(a1*G1+a2*G2+…+an*Gn)/(G1+G2+…+Gn)
a1、a2……an分别为第1测点、第2测点……第n测点的巡测浓度值，
G1、G2……Gn分别为第1测点、第2测点……第n测点代表区域的烟气流量。
进一步的，m1＝m2＝…＝mn。
进一步的，距离取样测量池最远的测点到距离取样测量池最近的测点依次定义为第1测点、第2测点……第n-1测点、第n侧点，调整第1取样连接管、第2取样连接管……第n-1取样连接管、第n取样连接管的管径以及长度，使K11+K12+K13+K14+K15＝K21+K22+K23+K24+K25＝…＝K(n-1)1+K(n-1)2+K(n-1)3+K(n-1)4+K(n-1)5＝Kn1+Kn2+Kn3+Kn4+Kn5；或者，在各执行阀与执行阀连接管之间设置节流喷嘴以调整Q1、Q2……Qn-1、Qn，，使(K11+K12+K13+K14+K15+K2+K1)/Q1＝(K21+K22+K23+K24+
K25+K2+K1)/Q2＝……＝(K(n-1)1+K(n-1)2+K(n-1)3+K(n-1)4+
K(n-1)5+K2+K1)/Qn＝(Kn1+Kn2+Kn3+Kn4+Kn5+K2+K1)/Qn。
本发明所提供的方法和系统，通过将烟道内样气引出在线进行监测，同时将检测模块和测控模块设置在烟道外部，既保留了原位式气体检测仪的优点，可以便捷、连续的对烟气浓度进行检测，同时通过样气连接管将高温烟气引入耐高温的取样测量池后进行测量，取样连接管及烟道壁外部均敷设有保温层，利用工艺烟气的热量加热取样连接管及样气，避免了高温烟气对电子设备的直接影响；测量池外设置有电加热器，使样气进入取样测量池测量时样气的温度高于样气中任一气体的露点温度，并留有裕量，因此避免出现样气凝结的现象，样气成分及含量都不会发生变化，保证了测量精度；在烟道内设置多个测点，对烟道内各区域的样气分别进行浓度分析检测，并根据检测结果计算环保监测断面的污染物平均排放浓度，从而避免烟气中污染物浓度的分布不均匀导致的测量偏差；同时对各测点进行管路设计，以使各测点的检测时长相同，计算一个循环周期平均排放浓度时，各个测点测量参与计算的权重才能相同，计算排放监测截面的污染物浓度更加准确。
附图说明
图1为本发明提供的实施例一的结构示意图；
图2为本发明提供的实施例二的结构示意图；
图3为本发明提供的实施例三的结构示意图。
图中：101、第1取样探管，201、第1取样过滤器，301、第1安装短管，401、第1安装法兰，501、第1固定法兰，601、第1样气连接管，701、第1执行阀连接管，801、第1组执行阀；102、第2取样探管，202、第2取样过滤器，302、第2安装短管，402、第2安装法兰，502、第2固定法兰，602、第2样气连接管，702、第2执行阀连接管，802、第2组执行阀；10、取样母管，11、取样测量池，111、耐高温测量池11的进气口，112、耐高温测量池的排气口，12、耐高温反射镜，13、温度传感器，14、电加热器，15、耐高温透镜，151、接收端耐高温透镜152、发射端耐高温透镜，16、抽气泵，17、导光管，171、接收端导光管，172、发射端导光管，18、光学检测室，181、接收端光学检测室，182、发射端光学检测室，19、光谱仪，20、发射光源，21、测控模块，22、烟道；221、第1烟道，222、第2烟道，231、第1吹扫阀，232、第2吹扫阀，24、节流喷嘴，25、标气进气口，251、标气管，252、标气阀，261、第1流量计，262、第2流量计。
具体实施方式
为更清楚的阐述本发明，下面以2组测点为例，结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示，一种原位式气体分析系统，包括检测模块、取样模块和测控模块21，取样模块安装在烟道22内，检测模块和测控模块安装在烟道22外；所述检测模块包括样气测量池11、光学检测室18、发射光源20和光谱仪19，光学检测室18由导光管17组成，光学检测室18和取样测量池11之间设有耐高温透镜15，光谱仪19和发射光源20设置在光学检测室18远离耐高温透镜15的一端，取样测量池11远离耐高温透镜15的一端设有耐高温反射镜12。
测控模块控制取样模块将样气在线引入样气测量池11内，发射光源20发射的谱线经过样气测量池19后，照射到光谱仪19，光谱仪19将检测到的光谱信号发送至测控模块21进行气体浓度分析；
所述取样模块包括分别插入烟道内的第1取样探管101和第2取样探管102，第1取样探管101和第2取样探管102插入烟道的一端分别设置有第1取样过滤器201和第2取样过滤器202，所述第1取样过滤器201和第2取样过滤器202用于过滤样气中的烟尘；烟道的第1测点和第2测点处分别设置有第1安装短管301和第2安装短管302，第1安装短管301和第2安装短管302上分别固定有第1安装法兰401和第2安装法兰402，第1取样探管101和第2取样探管102的端部分别设有第1固定法兰501和第2固定法兰50，通过安装法兰与固定法兰的连接分别将两个取样探管安装在烟道内。
第1取样探管101和第2取样探管102的另一端均固定在烟道壁上并分别通过第1取样连接管和第2取样连接管连接第1组执行阀801和第2组执行阀802；所述第1取样连接管包括依次连接的第1样气连接管601和第1执行阀连接管701，所述第2取样连接管包括依次连接的第2样气连接管602和第2执行阀连接管702，第1样气连接管601和第2取样连接管紧贴烟道22布置，可以在烟道内侧也可以在布置在外侧，本实施例中采用烟道外侧布置方式，第1执行阀连接管701和第执行阀连接管702靠近烟道22布置，第1执行阀连接管701的一端与第1样气连接管601连通，另一端与第1组执行阀801连通，第2执行阀连接管702的一端与第2样气连接管602连通，另一端与第2组执行阀802连通。
2个所述取样连接管通过各执行发阀连接到一个取样母管10上，取样母管10与取样测量池11进气口111连通，取样测量池11的出气口112连接一抽气泵16用于将取样测量池11与取样母管10抽真空；所述取样测量池11外设置有电加热器14和温度传感器13；电加热器14、温度传感器13、抽气泵16、第1组执行阀801、第2组执行阀802、光谱仪19和发射光源20均与测控模块21信号相连；烟道22、各取样连接管、取样母管10以及取样测量池11的外部均敷设有保温层。
根据上述原位式气体分析系统进行气体测量的方法包括如下步骤：
S1，测控模块21控制抽气泵16开始抽气，使取样测量池11与取样母管10处于真空状态；
S2，测控模块21控制第1组执行阀801打开，测量第1测点的样气浓度；同时，温度传感器13将温度信号实时发送至测控模块21，测控模块21判断取样测量池11温度T是否大于取样测量池预设最低温度，判断为否时，测控模块21控制电加热器14开始加热，直到达到取样测量池预设最高温度后停止加热；所述取样测量池预设最低温度为烟道中所有样气露点温度的最大值与设置的温度裕量之和。
具体的，当T≤T1+T2,时，测控模块21控制电加热器14开始加热，其中：
T为温度传感器13检测出来的取样测量池11的温度，
T1为烟道中所有样气露点温度的最大值,
T2为设置的温度裕量，
当T＞T3时，测控模块21控制控制电加热器14失电，电加热器不再加热。
其中：T3为取样测量池11预设最高温度。T1、T2、和T3的温度可以在测控模块中提前预设。
烟道内第1测点的烟气经过第1取样过滤器201过滤掉烟尘，在负压作用下沿着取样连接管进入取样母管10、取样测量池11中，通过电加热器对取样测量池加热，使样气进入取样测量池测量时样气的温度高于样气中任一气体的露点温度，并留有裕量，避免出现样气凝结的现象。
S3，t1≥m1后，测控模块21输出第1测点的浓度值；t1≥t1后，第1测点的样气浓度测量完成后，测控模块21控制第1组执行阀801关闭、第2组执行阀802导通，第2测点的高温烟气经第2取样过滤器202后在负压作用下进入取样测量池11；
其中，t1为测控模块控制第1组执行阀801导通的时长，m1为测点1的置换迟滞时长，m1＝(K11+K12+K13+K14+K15+K2+K1)/Q1；t1＝m1+tc，
K11、K12、K13、K14、K15、K2、K1分别是第1取样过滤器201、第1取样探管101、第1样气连接管601、第1执行阀连接管701、第1组执行阀801、取样母管10、耐高温测量池11内部的容积；Q1为在第1测点沿程管路总的阻力下的抽气泵16的抽气流量，t1测点1的检测周期，tc为光谱仪19稳定准确测量出测量池中污染物浓度的时长。
S4,t2≥m2时，第1测点的样气被置换，第2测点的样气充满取样测量池11，测控模块21控制光谱仪19输出光谱信号并根据光谱信号计算对应第2测点气体的浓度，t2＝t2时，测控模块21控制关闭第2组执行阀；
其中，t2为测控模块控制第2组执行阀802的导通时长，m2为第2测点的置换迟滞时长，m2＝(K21+K22+K23+K24+K25+K2+K1)/Q2
K21、K22、K23、K24、K25、K2、K1分别是第2取样过滤器202、第2取样探管102、第2样气连接管602、第2执行阀连接管702、第2组执行阀802、取样母管10、耐高温测量池11内部的容积；；Q2为第2测点沿程总阻力下抽气泵16的抽气流量；t2＝m2+tc；t2是第2测点的测量时长，tc为光谱仪19稳定准确测量出样气浓度所需时长。
S5,所有测点全部巡检测量完成后，测控模块21计算本轮排放监测截面的污染物平均浓度值y：
y＝(a1*G1+a2*G2)/(G1+G2)
a1、a2分别为第1测点、第2测点的巡测浓度值，
G1、G2分别为第1测点、第2测点代表区域的烟气流量。
常规情况下烟道内不同区域，各测点所代表区域的流量存在确定的比例关系，也可以通过试验测试出这个比例关系及烟气流量，并将烟气流量G1、G2的数值提前预设到测控模块21中。
m1＝m2，t1＝m1+tc，t2＝m2+tc，即t1＝t2。从而使第1测点和第2测点的检测周期相同，环保监测断面的污染物平均排放浓度的计算中，第1测点和第2测点的计算权重相等，计算排放监测截面的污染物浓度更加准确。
由于各测点离取样测量池的距离长度不同，如第1侧点距离取样测量池较近，第2测点距离取样测量池较远，可以通过设计，各连接管的长度及管径，如距离测量池较近的测点的取样管设置成弯曲的形状，距离测量池较远的测点的取样管设置成直管，使K21+K22+K23+K24+K25＝K11+K12+K13+K14+K15，因此管路容积一致，抽气流量不变，Q1＝Q2，m1＝m2。
因烟气流量是动态变化的，各个测点的检测时长相同，计算一个循环周期平均排放浓度时，各个测点测量参与计算的权重才能相同，计算排放监测截面的污染物浓度时才能更加准确。
本技术方案能在几秒中内完成一个测点的检测，例如，t1和t2可以小于5秒，即使烟道内的多个测点也可以在短时间内完成一轮寻巡检，方便快捷。
本申请所提出的技术方案将烟道内样气引出在线进行监测，同时将检测模块和测控模块设置在烟道外部，既保留了原位式气体检测仪的优点，可以便捷、连续的对烟气浓度进行检测，同时通过样气连接管将高温烟气引入耐高温的取样测量池后进行测量，取样连接管及烟道壁外部均敷设有保温层，利用工艺烟气的热量加热取样连接管及样气，避免了高温烟气对电子设备的直接影响；测量池外设置有电加热器，使样气进入取样测量池测量时样气的温度高于样气中任一气体的露点温度，并留有裕量，因此避免出现样气凝结的现象，样气成分及含量都不会发生变化，保证了测量精度；在烟道内设置多个测点，对烟道内各区域的样气分别进行浓度分析检测，并根据检测结果计算环保监测断面的污染物平均排放浓度，从而避免烟气中污染物浓度的分布不均匀导致的测量偏差；同时对各测点进行管路设计，以使各测点的检测时长相同，计算一个循环周期平均排放浓度时，各个测点测量参与计算的权重才能相同，计算排放监测截面的污染物浓度更加准确。
实施例二
本实施例与实施例一不同之处在于，所述烟道为两个独立的第1烟道221和第2烟道222，第1取样探管101插入第1烟道221内的第1测点，且插入第1烟道221的一端设置有第1取样过滤器201，第2取样探管102插入第2烟道222内的第2测点，且插入第2烟道222的一端设置有第2取样过滤器202。
所述检测模块包括样气测量池11、光学检测室、发射光源20和光谱仪19，所述光学检测室包括发射端光学检测室182和接收端光学检测室181，发射端光学检测室182由发射端导光管172组成，接收端光学检测室181由接收端导光管171组成，发射端光学检测室182和取样测量池11之间设有发射端耐高温透镜152，接收端光学检测室181和取样测量池11之间设有接收端耐高温透镜151，发射光源20通过光纤与设置在发射端光学检测室182的发射端子相连，光谱仪19通过光纤与设置在接收端光学检测室181的接收端子相连。
原位式气体分析系统进行气体测量的方法与实施例类似。
实施例三
本实施例与实施例一不同之处在于，
以迎面正对烟气来流方向为前方，在第1测点的正前方设置第1流量计261，在第2测点的正前方设置第2流量计262，第1流量计261和第2流量计262分别与测控模块21信号相连。为了使样气浓度的分析计算更加准确，也可以在线实时测量烟气流量。
取样测量池11设置有标气进气口25，标气进气口25连接有标气管251，标气管251连接有标气阀252。
第1执行阀连接管701的侧面通过吹扫阀过渡管连接有第1吹扫阀231，第2执行阀连接管702的侧面通过吹扫阀过渡管连接有第2吹扫阀232，第1吹扫阀231和第2吹扫阀232分别与测控模块21信号相连。各反吹阀通过管路分别连接压缩空气，用于第1取样过滤器201和第2取样过滤器202进行反吹清扫，提高各取样过滤器的使用寿命，更便于维护。
由于各测点离取样测量池的距离长度不同，如第1侧点距离取样测量池较近，第2测点距离取样测量池较远，在第1取样过滤器201、第1取样探管101、第1组执行阀801和第2取样过滤器202、第2取样探管102、第2组执行阀802采用相同型号的情况下，为了便于设计，第1取样连接管和第2取样连接管采用相同的管径，第1取样连接管长度小于第2取样连接管，即K11+K12+K13+K14+K15+K2+K1<K22+K23+K24+K25+K2+K1，通过在第1组执行阀801与第1执行阀连接管701之间设置有节流喷嘴，用于增大第1取样连接管处的阻力，减小第1取样连接管的流量，使(K11+K12+K13+K14+K15+K2+K1)/Q1＝(K21+K22+K23+K24+K25+K2+K1)/Q2，进而m1＝m2。
原位式气体分析系统进行气体测量的方法，与实施例一不同之处在于，
步骤S3中，还包括下步骤：
测控模块21依次控制第1组执行阀关闭、第2组执行阀导通的同时，控制第1吹扫阀251打开，压缩空气对第1取样过滤器201进行反吹，吹扫时长小于t2；
步骤S4中，还包括下步骤：
测控模块21控制关闭第2组执行阀的同时，控制第2吹扫阀252打开，压缩空气对第1取样过滤器201进行反吹。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种原位式气体分析系统，包括检测模块、取样模块和测控模块，取样模块安装在烟道内，检测模块和测控模块安装在烟道外；所述检测模块包括样气测量池、发射光源和光谱仪，测控模块控制取样模块将样气在线引入样气测量池内，发射光源发射的谱线经过测量池后，照射到光谱仪，光谱仪将检测到的光谱信号发送至测控模块进行气体浓度分析；
其特征在于，所述取样模块包括n(n≥2)个依次插入烟道内的取样探管，每个取样探管插入烟道的一端均设置有取样过滤器，取样探管的另一端固定在烟道壁上并通过一取样连接管连接一执行阀，n个所述取样连接管连接到一个取样母管上，取样母管与取样测量池进气口连通，取样测量池的出气口连接一抽气泵用于将取样测量池与取样母管抽真空；所述取样测量池外设置有电加热器和温度传感器；电加热器、温度传感器、抽气泵、各执行阀、光谱仪和发射光源均与测控模块信号相连。
2.根据权利要求1所述的原位式气体分析系统，其特征在于，检测模块还包括光学检测室，光学检测室由导光管组成，光学检测室和样品测量池之间设有耐高温透镜，光谱仪和发射光源设置在光学检测室远离耐高温透镜的一端，样品测量池远离耐高温透镜的一端设有耐高温反射镜。
3.根据权利要求1所述的原位式气体分析系统，其特征在于，检测模块还包括发射端光学检测室和接收端光学检测室，发射端光学检测室由发射端导光管组成，接收端光学检测室由接收端导光管组成，发射端光学检测室和取样测量池之间设有发射端耐高温透镜，接收端光学检测室和取样测量池之间设有接收端耐高温透镜，发射光源通过光纤与设置在发射端光学检测室的发射端子相连，光谱仪通过光纤与设置在接收端光学检测室的接收端子相连。
4.根据权利要求1所述的原位式气体分析系统，其特征在于，每个烟道测点处均设置有一安装短管，安装短管上固定有安装法兰，取样探管的端部设有固定法兰，通过安装法兰与固定法兰的连接将取样探管安装在烟道内；所述取样连接管包括依次连接的样气连接管和执行阀连接管，样气连接管紧贴烟道布置，执行阀连接管靠近烟道布置，执行阀连接管的一端与样气连接管连通，另一端与执行阀连通。
5.根据权利要求3或4所述的原位式气体分析系统，其特征在于，烟道、各取样连接管、取样母管以及样品测量池的外部均敷设有保温层。
6.根据权利要求5所述的原位式气体分析系统，其特征在于，各执行阀连接管的侧面连通有吹扫管路，吹扫管路上设置有吹扫阀。
7.根据权利要求6所述的原位式气体分析系统，其特征在于，烟道内各测点附近均设有流量计，流量计与测控模块信号相连。
8.一种原位式气体分析系统测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，测控模块控制抽气泵开始抽气，使取样测量池与取样母管处于真空状态；
S2，测控模块控制第1组执行阀打开，测量第1测点的样气浓度；同时，温度传感器将温度信号实时发送至测控模块，测控模块判断取样测量池温度T是否大于取样测量池预设最低温度，判断为否时，测控模块控制电加热器开始加热，直到达到取样测量池预设最高温度后停止加热；所述取样测量池预设最低温度为烟道中所有样气露点温度的最大值与设置的温度裕量之和；
S3，t1≥m1后，测控模块21输出测点1的浓度值；t1＝t1后，第1测点的样气浓度测量完成后，测控模块依次控制第1组执行阀关闭、第2组执行阀导通，第2组执行阀关闭、第3组执行阀导通，……第n-1组执行阀关闭、第n组执行阀导通，各测点的高温烟气经取样过滤器后在负压作用下依次进入取样测量池；
其中，t1为测控模块控制第1组执行阀导通的时长，m1为测点1的置换迟滞时长，m1＝(K11+K12+K13+K14+K15+K2+K1)/Q1；K11、K12、K13、K14、K15、K2、K1分别是第1取样过滤器、第1取样探管、第1样气连接管、第1执行阀连接管、第1组执行阀、取样母管、耐高温测量池内部的容积；Q1为在第1测点沿程管路总的阻力下的抽气泵的抽气流量；
t1＝m1+tc，t1为第1测点样气浓度的测量时长，tc为光谱仪稳定准确测量出测量池中污染物浓度的所需的时长；
S4,tn≥mn时，第n-1测点的样气被置换，第n测点的样气充满取样测量池，测控模块控制光谱仪输出光谱信号并根据光谱信号计算对应第n测点气体的浓度，tn＝tn时，测控模块控制关闭第n组执行阀；
其中，tn为测控模块控制第n组执行阀导通的时长，mn为第n测点的置换迟滞时长，
mn＝(Kn1+Kn2+Kn3+Kn4+Kn5+K2+K1)/Qn，
Kn1、Kn2、Kn3、Kn4、Kn5、K2、K1分别是第n取样过滤器、第n取样探管、第n样气连接管、第n执行阀连接管、第n组执行阀、取样母管、耐高温测量池内部的容积；Qn为第n测点沿程总阻力下抽气泵的抽气流量；
tn＝mn+tc，tn为第n测点样气浓度的测量时长，tc为光谱仪稳定准确测量出样气浓度所需时长；
S5,所有测点全部巡检测量完成后，测控模块计算本轮排放监测截面的污染物平均浓度值y：
y＝(a1*G1+a2*G2+…+an*Gn)/(G1+G2+…+Gn)
a1、a2……an分别为第1测点、第2测点……第n测点的巡测浓度值，
G1、G2……Gn分别为第1测点、第2测点……第n测点代表区域的烟气流量。
9.根据权利要求8所述的原位式气体分析系统测量方法，其特征在于，m1＝m2＝…＝mn。
10.根据权利要求9所述的原位式气体分析系统测量方法，其特征在于，调整第1取样连接管、第2取样连接管……第n-1取样连接管、第n取样连接管的管径以及长度，使K11+K12+K13+K14+K15＝K21+K22+K23+K24+K25＝…＝K(n-1)1+K(n-1)2+
K(n-1)3+K(n-1)4+K(n-1)5＝Kn1+Kn2+Kn3+Kn4+Kn5；或者，在各执行阀与执行阀连接管之间设置节流喷嘴以调整Q1、Q2……Qn-1、Qn，，使(K11+K12+K13+K14+K15+K2+K1)/Q1＝(K21+K22+K23+K24+K25+K2+K1)/Q2＝……＝(K(n-1)1+K(n-1)2+K(n-1)3+K(n-1)4+K(n-1)5+K2+K1)/Qn＝(Kn1+Kn2+Kn3+Kn4+Kn5+K2+K1)/Qn。
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