CN1885008A - 烟气排放连续监测方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气排放连续监测方法，具体步骤为：a.管道内的烟气通过取样探头取样；b.取样后的烟气送入加热装置内，烟气在加热装置内先经加热预处理，之后通入加热测量池内；c.使用光谱分析技术测量出加热测量池内至少一种被测气体或常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质或化合物的浓度。本发明还公开了一种用于实施上述方法的烟气排放连续监测系统。本系统测量误差小、成本低、响应速度快、可拓展性好、易标定、可靠性高，监测方法简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及烟气连续监测领域，特别涉及一种烟气排放连续监测方法及其系统。
背景技术
烟气排放连续监测系统是一种对烟气排放污染源进行监测的系统。一种现有的烟气排放连续监测系统，包括加热取样装置、伴热管线、加热测量池和测量装置。加热取样装置一般安装在被测烟囱等的中部或更高，位置较高。被测烟囱等内的烟气经过加热取样装置采样、过滤后，经全程伴热管线通到地面上的加热测量池，然后应用测量装置测得加热测量池内气体的各组分如二氧化硫、氮氧化物、氨气和氯化氢等的浓度。所述测量装置通常采用差分光学吸收光谱技术、付里叶光谱分析技术和非分光红外分析技术等来分析气体浓度。然而，该类系统也有如下不足：1)测量时间延迟较大，由于需要通过长的伴热管线把被测管道内的烟气通到测量池内进行测量，造成较大的时间延迟；而要想减小延迟时间就需要使用大流量的抽气泵，但这种方案在加快响应时间的同时也加大了预处理系统的负荷，如导致取样装置易被堵塞、冷凝器负荷变大易出现故障；2)成本高，一方面，伴热管线的单价高，而通常需要使用较长的伴热管线；另一方面，取样装置、伴热管线和测量池都需要独立的温控装置；3)测量误差大，烟气要经过长的伴热管线传输到加热测量池，但该长伴热管线可能存在加热不均导致伴热管线局部未被加热的现象，在此传输过程中烟气中的成分可能发生失真，造成测量不准；4)故障可能性增大，长伴热管线可能存在的加热不均会导致低环境温度下的管线结冰破裂；5)安装维护不便，需要把长伴热管线从被测烟囱高处导到地面的分析系统。
另外一种常用的烟气排放连续监测系统是原位式监测系统，一测量探头被插入到被测管道内，监测系统的光发射装置发出的光被安装在测量探头末端的光反射装置反射后又被监测系统的光接收装置接收，接收信号送信号处理装置分析得到被测烟气中各组分的浓度。尽管该系统避免了使用伴热管线，但仍然存在如下不足：1)标定麻烦，通常需要把安装在被测烟囱高处的监测系统的测量探头从被测烟囱中移出来后再进行标定，由于国家和行业标准规定需要对烟气排放连续监测系统进行经常性的标定，这给用户带来了较大不便；2)该类监测系统的拓展性较差，测量气体种类受限于监测系统采用的光学测量原理，如紫外差分方法无法测量一氧化碳和二氧化碳，此时需要增加新的监测系统来分析这些气体种类；3)测量精度低，测量探头需要插入到被测管道内，被测环境往往很恶劣，温度高，粉尘多，气流波动大等，这些因素降低了测量的准确性；4)维护工作量大，由于测量探头需要插入到被测管道内，测量探头易被一些腐蚀性气体腐蚀，同时气体中的粉尘、焦油也会污染光反射装置，需要定期清洁光学元件，加大了维护工作量。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服上述缺陷，提供了一种成本低、测量误差小、可靠性高、测量响应快、标定容易、可维护性好的烟气排放连续监测方法及其系统。
本发明的目的是通过下述技术方案得以实现的：
一种烟气排放连续监测方法，具体步骤为：a.管道内的烟气通过取样探头取样；b.取样后的烟气送入一加热装置内，烟气在加热装置内先经加热预处理装置处理，之后通入加热测量池内；c.使用光谱分析技术测量出加热测量池内至少一种被测气体或常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质或化合物的浓度。
所述预处理装置和测量池是一起被加热或各自独立加热。
所述光谱分析技术是差分光学吸收光谱技术。
进一步，所述步骤c中还测量出所述加热测量池内氧气浓度或水分浓度或温度或压力。
所述监测方法还包括如下步骤：d.除去从所述加热测量池排出的气态组分中的水分；e.最后测量出除水后气态组分中至少一种被测气体的浓度。
一种烟气排放连续监测系统，包括取样探头和第一测量装置，所述监测系统还设置有一加热装置，所述取样探头与加热装置连接，所述加热装置内安装有预处理装置和测量池，所述预处理装置与测量池连接且都被加热；第一测量装置发出的光穿过所述加热测量池，进而测量出所述加热测量池内至少一种被测气体或常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质或化合物的浓度。
所述预处理装置和测量池是一起被加热或各自独立加热。
所述第一测量装置包括差分光学吸收光谱分析装置。
所述监测系统还包括除水装置和第二测量装置；用于除去从所述加热测量池排出的气态组分中水分的除水装置与所述加热测量池连接，用于测量经除水装置除水后的气态组分中的至少一种被测气体的浓度的第二测量装置安装在所述除水装置下游的气路上。
所述第二测量装置包括吸收光谱或拉曼光谱或荧光光谱或电化学或顺磁分析装置。
所述第一测量装置还包括氧气传感器或湿度传感器或压力传感器或温度传感器，所述第二测量装置包括氧气传感器或温度传感器或压力传感器。
与现有技术相比，本发明的优点为：1)系统成本低，省掉了价格昂贵的伴热管线和多个温控装置，降低了成本；2)精度高，由于是把被测管道内的烟气经取样后直接传输到加热测量池，加热测量池内的气态组分与管道内的成分非常接近，同时，被测气体经预处理装置处理过，没有粉尘等颗粒物；3)响应速度快，省去了伴热管线，减小了测量延迟时间；4)可拓展性好，可较容易地扩展其他测量装置，被测烟气从测量池内排出后可通过扩展的其他测量装置来分析更多气体成分；5)标定容易，把标气瓶连接到测量池的前面或后面，通过测量装置内的软件设计可实现自动地、经常性地对监测系统进行原位标定；6)可靠性高，维护工作量小，省掉了易出现故障的伴热管线，也不需要经常清洁光学元件，同时可以使用较小流量的采样气体，采样和预处理装置负荷小。
附图说明
图1是本发明的一种烟气排放连续监测系统的结构示意图；
图2是本发明的第二种烟气排放连续监测系统的结构示意图；
图3是第一测量装置的结构示意图；
图4是第二测量装置的结构示意图；
图5是本发明的一种烟气排放连续监测方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
第一实施例：
如图1、图3所示，一种烟气排放连续监测系统，包括取样探头2，加热装置6、第一测量装置、抽气泵8、标气瓶17和阀门4，15，16。所述取样探头2安装在被测管道1上并与加热装置6连接。加热装置6内安装有预处理装置3如过滤器、阀门4和测量池5，预处理装置3依次连接阀门4、测量池5。加热装置6的外缘安装有电加热板(未示出)，这样预处理装置3和测量池5一起被加热，从而使加热测量池5内的气态成分与被测管道1内的成分很接近。所述阀门15安装在预处理装置3后的气管上，阀门16和标气瓶17安装在加热测量池5下游的气路上。
所述第一测量装置包括安装在仪表柜中的一套紫外差分光学吸收光谱分析装置7和安装在加热测量池5上的第一氧气传感器、湿度传感器、温度传感器和压力传感器(均未示出)。所述分析装置7包括光源70、光纤71，72、光接收装置73和信号处理器74，所述分析装置7的工作方式如下：紫外光源70如氙灯发出的光通过光纤71连接到加热测量池5的一端，穿过加热测量池5内的气态组分后再通过另一光纤72与光接收装置73连接，所述光接收装置73包括分光器件和光电转换器，该光接收装置73接收到的光被分光器件如光栅分光，之后由光电转换器转换为电信号并送信号处理器74分析并考虑到加热测量池5内的温度和压力，从而分析得到加热测量池5内的至少一种气态物质的浓度。所述气态物质包括气体、常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质或化合物。该第一测量装置能准确地测量易溶和能溶于水的气体以及常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质或化合物的浓度。抽气泵8安装在加热测量池5后，用于抽出被测管道1内的烟气。当然，也可以用射流装置来替代所述的抽气泵8。被测烟气最后通回被测管道1内。
本实施例还公开了一种烟气排放连续监测方法，也即上述烟气排放连续监测系统的工作过程，具体步骤为：a.被测管道1内的烟气通过取样探头2采样；b.被测烟气被通入加热装置6，加热装置6内的预处理装置3、阀门4和测量池5一起被加热如150℃，烟气在加热装置6内先由加热的预处理装置3过滤，之后通过阀门4通到加热测量池5内。c.所述温度和压力传感器测得此时加热测量池5内的温度和压力；仪表柜中的分析装置7测量出加热测量池5内至少一种气态物质的浓度，如一些易溶于水的气体如氨气、二氧化硫、氯化氢、氟化氢，和氮氧化物如一氧化氮、二氧化氮，和常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质如汞和化合物如二硫化碳的浓度；安装在加热测量池上的氧传感器和湿度传感器测量出烟气中氧气浓度和水分浓度；烟气从加热测量池5排出后被送回被测管道1内。
当所述监测系统使用一段时间后，取样探头2和预处理装置3可能会被堵塞，这时关闭阀门4和抽气泵8、打开阀门15并反吹取样探头2和预处理装置3，把取样探头2和预处理装置3内沉积的尘等杂物吹到被测管道1内，使监测系统得以正常工作。
当所述监测系统需要标定时，监测系统自动关闭抽气泵8，打开阀门16，使标气瓶17内的标气通到加热测量池5内，从而实现对第一测量装置的标定，标气最后流进被测管道1内。
第二实施例：
如图2、图4所示，一种烟气排放连续监测系统，与第一实施例不同的是：所述加热测量池5上不再安装湿度传感器和压力传感器。加热装置6的外缘不再安装加热板，而是在预处理装置3和测量池5的外缘分别安装加热件(未示出)，从而可使预处理装置3和测量池5保持不同温度。被测烟气从预处理装置3如过滤器排出后经过气管通到加热测量池5，所述气管的一部分暴露在加热装置6外面，并在气管的暴露部分上安装阀门4。所述监测系统还包括除水装置、第二测量装置，加热测量池5通过气管连接所述除水装置如冷却装置9，水罐10、排水罐11和过滤器12，其中冷却装置9与过滤器12相连接；从过滤器12排出的气体通过气管连接到仪表柜中。
所述第二测量装置包括一套安装在仪表柜中的半导体激光吸收光谱分析装置14，分析装置14包括光源140、光电转换器141、信号处理器142和气体室143；所述分析装置14的工作方式如下：光源140如激光器发出的光穿过气体室143中的被测气体，之后被光电转换器141接收并转换为电信号，然后将电信号送信号处理器142分析，从而得到除水后的气态组分中气体的浓度。第二测量装置还包括第二氧气传感器(未示出)和压力传感器13；第二氧气传感器(未示出)安装在仪表柜中的气管上，所述压力传感器13与所述冷却装置9相连接。抽气泵8安装在所述过滤器12和分析装置14之间的气路上，用于抽出管道1内的烟气。烟气从仪表柜排出后可以再通入被测管道1内或其他分析设备。
请一并参阅图5，本实施例也揭示了一种烟气排放连续监测方法，也即上述烟气排放连续监测系统的工作过程，具体步骤为：a.被测管道1内的烟气通过取样探头2采样；b.之后烟气被通入加热装置6，加热装置6内的预处理装置3和测量池5各自被独立加热，比如，预处理装置温度为200℃，加热测量池温度为150℃；烟气在加热装置6内先由加热的预处理装置3过滤，之后通过阀门4通到加热测量池5内。c.加热测量池5内的温度传感器测得此时测量池5内的温度；仪表柜中的分析装置7测量出加热测量池5内至少一种被测气体或常态下是非气态但在加热测量池5内是气态的单质或化合物的浓度。具体到本实施例，所述被测气体可包括易溶于水的气体如氨气、二氧化硫、氯化氢、氟化氢，和氮氧化物如一氧化氮、二氧化氮，所述气态单质如汞，所述气态化合物如二硫化碳；同时加热测量池5内的第一氧气传感器测得此时烟气中氧的含量；d.之后通过除水装置如冷却装置9，水罐10、排水罐11冷凝除掉从加热测量池5排出的烟气中的水分，在冷凝除水过程中也除掉了一些易溶于水的气体如氨气、二氧化硫、氯化氢、氟化氢等，那些常态下是非气态的单质和化合物也冷却为固态/液态。压力传感器13测得冷却装置9内烟气的压力，该压力与加热气体池中的压力几乎相同；烟气从冷却装置9排出后通过过滤器12过滤掉固态/液态颗粒物；之后通过气管通到仪表柜中。e.仪表柜中的气管上的第二氧气传感器测得除水后气体中的氧含量；最后仪表柜中的所述分析装置14测量出除水后的气态组分中一些气体组分如一氧化碳等的浓度。
当所述监测系统的取样探头2和预处理装置3内沉积尘等杂物时、需要标定时，相应的处理方式和第一实施例相同。
根据国家标准，一套在加热条件下测量烟气成分的烟气排放连续监测系统还要测出加热烟气中水的含量，这里可以通过加热测量池5内的第一氧气传感器和仪表柜中的气管上的第二氧气传感器的读数来计算得到烟气中水的含量，简单快捷。
需要指出的是，上述实施例不应理解为对本发明保护范围的限制。比如在上述实施例中，所述分析装置7通过光纤与加热测量池连接，当然还可以把第一测量装置安装在加热测量池的一侧或两侧，从而使所述分析装置7发出的光穿过加热测量池内的被测成分。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明作出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1、一种烟气排放连续监测方法，具体步骤为：a.管道内的烟气通过取样探头取样；b.取样后的烟气送入一加热装置内，烟气在加热装置内先经加热预处理装置处理，之后通入加热测量池内；c.使用光谱分析技术测量出加热测量池内至少一种被测气体或常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质或化合物的浓度。
2、根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：所述预处理装置和测量池是一起被加热或各自独立加热。
3、根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：所述光谱分析技术是差分光学吸收光谱分析技术。
4、根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于：所述步骤c中还测量出所述加热测量池内氧气浓度或水分浓度或温度或压力。
5、根据权利要求1至4任一项所述的监测方法，其特征在于：还包括如下步骤，d.除去从所述加热测量池排出的气态组分中的水分；e.最后测量出除水后气态组分中至少一种被测气体的浓度。
6、一种烟气排放连续监测系统，包括取样探头和第一测量装置，其特征在于：所述烟气排放连续监测系统还设置有一加热装置，所述取样探头与加热装置连接，所述加热装置内安装有预处理装置和测量池，所述预处理装置与测量池连接且都被加热；第一测量装置发出的光穿过所述加热测量池，进而测量出所述加热测量池内至少一种被测气体或常态下是非气态但在加热测量池内是气态的单质或化合物的浓度。
7、根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于：所述预处理装置和测量池是一起被加热或各自独立加热。
8、根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于：所述第一测量装置包括差分光学吸收光谱分析装置。
9、根据权利要求6所述的监测系统，其特征在于：所述监测系统还包括除水装置和第二测量装置；用于除去从所述加热测量池排出的气态组分中的水分的除水装置与所述加热测量池连接；用于测量经除水装置除水后的气态组分中至少一种被测气体的浓度的第二测量装置安装在所述除水装置下游的气路上。
10、根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于：所述的第二测量装置包括吸收光谱或拉曼光谱或荧光光谱或电化学或顺磁分析装置。
11、根据权利要求9所述的监测系统，其特征在于：所述的第一测量装置还包括氧气传感器或湿度传感器或压力传感器或温度传感器，所述的第二测量装置还包括氧气传感器或温度传感器或压力传感器。
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