CN205538888U - 一种污染气体排放连续监测设备 - Google Patents

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王新全
潘冬宁
齐敏珺
于翠荣
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Abstract

本实用新型公开一种污染气体排放连续监测设备,包括控制与信号处理模块、样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块;控制与信号处理模块的输出端分别与气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块连接;气路选通模块与样气采样模块连接,气体预处理模块与气路选通模块连接,气体分析模块与气体预处理模块连接。本实用新型所述的一种污染气体排放连续监测设备,可实现污染气体排放的连续监测,解决国家对船舶污染的监控及管理难题,帮助控制船舶对港口及内河区域的污染,提高国家环保监管及应急处置能力。同时,系统采用模块化设计,灵活性大,易于根据需求变化扩充系统功能。

Description

一种污染气体排放连续监测设备
技术领域
[0001]本实用新型是一种污染气体排放连续监测设备,特别涉及一种船舶污染气体排放连续监测设备,属于环境监测技术领域。
背景技术
[0002]近几十年来,随着航运经济的快速发展,以柴油机为主推进动力的船舶数量和吨位均大幅增加。然而,由于长期使用高硫含量的廉价重质残渣油作为燃料,以及对发动机没有严格控制,使得船舶排放废气中含有大量的硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳等,造成严重的大气污染,对人类生命财产造成严重伤害,引发了国际社会的高度关注。国外和国内船舶污染气体排放相关规定的相继出台,要求船舶污染气体排放必须控制在一定的范围之内。目前国内还没有能够有效在线监控船舶污染气体排放的相关设备。为此,有必要开发船舶污染气体排放连续监测设备,能够对船舶排放废气中的硫氧化物、氮氧化物等进行连续监测,使执法部门能够有效监控运行船舶的污染气体排放,确认船舶污染气体排放是否控制在合法范围之内。
实用新型内容
[0003]为了克服上述缺乏有效监控污染气体排放手段的技术问题,本实用新型提供一种污染气体排放连续监测设备,可实现污染气体排放的连续监测,为污染气体排放监管提供技术手段。
[0004]本实用新型的目的通过以下技术方案来具体实现:
[0005] —种污染气体排放连续监测设备,包括控制与信号处理模块、样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块;
[0006]所述控制与信号处理模块的输出端分别与气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块连接;
[0007]所述气路选通模块与所述样气采样模块连接,用于通过所述控制与信号处理模块控制定时选择所述样气采集模块采集的一路管道中的样气通过;
[0008]所述气体预处理模块与所述气路选通模块连接,用于处理所述气路选通模块传输的样气达到预设值;
[0009]所述气体分析模块与所述气体预处理模块连接,用于对所述气体预处理模块输出的处理后样气进行分析,通过所述控制与信号处理模块输出分析结果。
[0010]进一步的,所述样气采样模块包括多个采样器,每个所述采样器的采样头深入待测的污染气体烟道采集样气。
[0011]更进一步的,所述采样头内置加热器和过滤器,所述加热器的加热温度至少为150°C;所述采样头与过滤器清洗装置连接,用于对所述采样头过滤器定时吹洗。
[0012]进一步的,所述气路选通模块包括多个入口和一个出口,每个所述入口通过样气加热输送管线与所述样气采样模块的一路管道连接;所述出口通过样气加热输送管线与所述气体预处理模块连接。
[0013]更进一步的,所述样气加热输送管线保持样气的传输温度为110°C-12(TC。
[0014]更进一步的,所述气路选通模块还设有恒流栗,所述恒流栗产生吸力,用于使被选通的所述样气采样模块的一路管道以固定流量抽取样气。
[0015]进一步的,所述气体分析模块由多个单一气体分析仪串联连接组成或由一个多组分气体分析仪组成。
[0016] 进一步的,所述控制与信号处理模块包括PLC控制器、嵌入式信号处理器和定位器,所述PLC控制器与所述嵌入式信号处理器连接组成核心处理器;
[0017]所述PLC控制器分别与所述样气采样模块、气路选通模块、气体预处理器模块和气体分析模块通过有线连接,用于分别对所述样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块进行电气控制;
[0018] 所述定位器与嵌入式信号处理器连接,包括位置传感器,所述位置传感器用于通过GPS定位信号或北斗定位信号定位采集样气的位置,并将所述位置信息与废气排放监测数据关联;
[0019]所述嵌入式信号处理器带有掉电不丢失数据存储区,所述数据存储区包括但不限于定标数据存储区、监视参数存储区、排放标准参数存储区和/或位置信息存储区。
[0020]更进一步的,所述嵌入式信号处理器分别通过模拟或数字方式接口与所述PLC控制器和所述气体分析模块连接,获取所述PLC控制器及所述PLC控制器控制终端的状态信息和所述气体分析模块的分析值,将所述状态信息和分析值与排放标准比较后通过外部输出接口输出。
[0021 ]更进一步的,所述气路选通模块由控制与信号处理模块远程控制所述路选通模块的气路选择方式。
[0022]所述气体预处理模块包括烟气除尘,冷凝除湿两个部分。
[0023]所述气体分析模块为气体分析仪,所述气体分析仪选用电化学式气体分析仪或热导式气体分析仪。
[0024]本实用新型所述的一种污染气体排放连续监测设备,可实现污染气体排放的连续监测,解决国家对船舶污染的监控及管理难题,进而帮助控制船舶对港口及内河区域的污染,提高国家环保监管及应急处置能力。同时,系统采用模块化设计,灵活性大,易于根据需求变化扩充系统功能。
附图说明
[0025]下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0026]图1是本实用新型实施例所述一种污染气体排放连续监测设备的结构示意图。
[0027]图2是本实用新型实施例所述一种污染气体排放连续监测设备的实施方案示意图。
[0028]图3是本实用新型实施例所述控制与信号处理模块的结构示意图。
具体实施方式
[0029]以下对本实用新型的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0030] 实施例1
[0031 ]如图1-3所示,本实施例所述一种污染气体排放连续监测设备,以船舶污染气体排放连续监测为例,该设备包括控制与信号处理模块1、样气采样模块2、气路选通模块3、气体预处理模块4和气体分析模块5;所述控制与信号处理模块I的输出端分别与气路选通模块
3、气体预处理模块4和气体分析模块5连接。控制与信号处理模块I实现对气路选通模块3、气体预处理模块4和气体分析模块5的控制,并且与船舶中心控制系统6连接,船舶中心控制系统6可为远程桥接/计算机系统61。
[0032] 所述控制与信号处理模块I以嵌入式信号处理器和PLC控制器为核心。嵌入式信号处理器主要用于运算、接口通信和人机接口,可以选择ARM+LINUX的系统,也可以直接选用PC104主板,掉电不丢失存储区可选用EEPROM或SD卡等存储介质。控制与信号处理模块I包括PLC控制器11、嵌入式信号处理器12和定位器13,所述PLC控制器与所述嵌入式信号处理器连接组成核心处理器。
[0033]所述PLC控制器分别与所述样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块通过有线方式连接,用于分别对所述样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块进行电气控制;可选用西门子S300系列PLC。外部输入/输出接口可连接外部I/O显示面板14,如显示器,触摸屏,键盘等人机接口设备。
[0034] 所述定位器包括位置传感器,所述位置传感器用于通过GPS定位信号或北斗定位信号定位船舶所处的位置,并将所述位置信息与废气排放监测数据关联;
[0035]所述嵌入式信号处理器带有掉电不丢失数据存储区,所述数据存储区包括但不限于定标数据存储区、监视参数存储区、排放标准参数存储区和/或位置信息存储区。
[0036]所述嵌入式信号处理器分别通过模拟或数字方式接口与所述PLC控制器和所述气体分析模块连接,获取所述PLC控制器及所述PLC控制器控制终端的状态信息和所述气体分析模块的分析值,将所述状态信息和分析值与排放标准比较后通过外部输出接口输出。排放标准中的排放值由船舶所在区域的排放标准值确定,阈值由用户设置。
[0037]所述气路选通模块由控制与信号处理模块远程控制所述路选通模块的气路选择方式。
[0038]样气采集模块通过多个采样器分别从船舶多个发动机7烟道71中采集污染气体作为被分析的样品气体,简称样气nm,其中m2 I。样气采样模块2包括多个采样器,每个所述采样器的采样头21深入待测的污染气体烟道采集样气。所述采样头内置加热器和过滤器,可对样气进行过滤除尘处理,通过过滤使样气中颗粒物直径控制在Iym以内,实现初级过滤。所述加热器的加热温度至少为150°C;所述采样头与过滤器清洗装置连接,用于对所述采样头过滤器定时吹洗。
[0039]采样头安装的烟道振动幅度尽可能小,安装应密封、不漏风。气路选通器和预处理模块尽量选择在采样点烟道附近的位置,尽量缩短样气传输管线的长度。
[0040]所述气路选通模块与所述样气采样模块连接,用于通过所述控制与信号处理模块控制定时选择所述样气采集模块采集的一路管道中的样气通过。
[0041]气路选择模块选择多个样气采样模块中的一路,并将该路样气通过样气输送管线传输至气体预处理模块。所述气路选通模块包括多个入口和一个出口,每个所述入口通过样气加热输送管线与所述样气采样模块的一路管道连接,每一时刻仅允许一路样气通过,通道的选择通过PLC控制阀门开/关实现;所述出口通过样气加热输送管线与所述气体预处理模块连接,样气输送管线外层包覆有加热电阻丝和保温层,确保样气在传输过程中温度在IlOtC〜120°C之间,确保样气在取样传输全过程中保温在样气露点之上,不会出现冷凝水。
[0042]所述气路选通模块3还设有恒流栗32,所述恒流栗产生吸力,用于使被选通的所述样气采样模块的一路管道以固定流量抽取样气。恒流栗可选隔膜栗,提供抽取动力,从负压或微正压的烟道抽取烟气,向气体分析模块传送。
[0043]所述气体预处理模块与所述气路选通模块连接,用于处理所述气路选通模块传输的样气达到预设值。
[0044]气体预处理模块用于对样气预处理,使预处理后的样气能够达到气体分析模块分析所需的输入要求。气体预处理模块实现高级除尘和冷凝除湿。采用气溶胶过滤器除去烟气中的酸雾滴,再通过精细过滤器实现高精度的除尘,过滤精度能达到0.Ιμπι。然后利用冷凝除湿器将样品露点降至常温以下。冷凝除湿器可选用半导体电子除湿器或压缩机除湿器。
[0045]所述气体分析模块与所述气体预处理模块连接,用于将所述气体预处理模块传输的处理后的样气分析后通过所述控制与信号处理模块输出。
[0046]气体分析模块对预处理后的样气进行污染成分浓度分析。
[0047 ]所述气体分析模块5由多个单一气体分析仪51串联连接组成或由一个多组分气体分析仪组成。单一气体分析仪针对某一种特定气体进行分析,如硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)或二氧化碳(C02)。硫氧化物(SOx)可选用紫外光度法分析仪、紫外吸收光谱法分析仪、紫外荧光法分析仪等进行分析,氮氧化物(NOx)可选用紫外吸收光谱法分析仪、化学发光法分析仪、非分散红外法分析仪等进行分析,二氧化碳(C02)可选用非分散红外法分析仪进行分析。多组分分析仪可同时分析两种以上的气体组分,如可以选用基于紫外吸收光谱的多参数分析仪同时对SOx和NOx进行分析。或者,选用基于红外法的多参数分析仪进行上述多种气体的同时分析。本实用新型的工作原理如下:
[0048]参考图2所示,该设备工作时,由多个采样头从多个被测发动机η,η 2 1,的烟道中抽取样气,由控制与信号处理模块中PLC控制器控制气路选通模块中通道选择器31的阀门开关,使得一个时间段只有一路样气被选通,通过在时序上切换阀门,实现分时对不同采样头采集样气的分析。被选通的样气被送入气体预处理模块进行烟气除尘41和冷凝除湿42等处理得到适合气体分析模块分析的气体,气体分析模块获得的数据传输给控制与信号处理模块的嵌入式信号处理器,经处理得到污染物浓度,同时,嵌入式信号处理器还可从测量烟气参数的其他传感器8获得烟气氧含量、烟气含水分量、流量、压力、温度等参数,综合上述烟气参数和烟气污染物分析结果,最终得到符合国家规范形式的污染物排放浓度、烟气污染物排放率、排放量等参数指标并以报告的形式输出,通过与国家标准排放值进行比较,当排放超标时及时向外发出警报。图2中标定气体9提供不同浓度的标准气体,用于对气体分析模块进行参数标定。
[0049]采用上述一种污染气体排放连续监测设备,可实现污染气体排放的连续监测,解决国家对船舶等污染的监控及管理难题,进而降低船舶对港口及内河区域的污染,提高国家环保监管及应急处置能力。同时,系统采用模块化设计,灵活性大,易于根据需求变化扩充系统功能。
[0050]本实用新型的技术内容及技术特征已揭示如上,然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的教示及揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰,因此,本实用新型保护范围应不限于实施例所揭示的内容,而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰,并为本实用新型权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,包括控制与信号处理模块、样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块; 所述控制与信号处理模块的输出端分别与气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块连接; 所述气路选通模块与所述样气采样模块连接,用于通过所述控制与信号处理模块控制定时选择所述样气采集模块采集的一路管道中的样气通过; 所述气体预处理模块与所述气路选通模块连接,用于处理所述气路选通模块传输的样气达到预设值; 所述气体分析模块与所述气体预处理模块连接,用于对所述气体预处理模块输出的处理后样气进行分析,通过所述控制与信号处理模块输出分析结果。
2.如权利要求1所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述样气采样模块包括多个采样器,每个所述采样器的采样头深入待测的污染气体烟道采集样气。
3.如权利要求2所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述采样头内置加热器和过滤器,所述加热器的加热温度至少为150°C;所述采样头与过滤器清洗装置连接,用于对所述采样头过滤器定时吹洗。
4.如权利要求1所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述气路选通模块包括多个入口和一个出口,每个所述入口通过样气加热输送管线与所述样气采样模块的一路管道连接;所述出口通过样气加热输送管线与所述气体预处理模块连接。
5.如权利要求4所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述样气加热输送管线保持样气的传输温度为110°C-120°C。
6.如权利要求4所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述气路选通模块还设有恒流栗,所述恒流栗产生吸力,用于使被选通的所述样气采样模块的一路管道以固定流量抽取样气。
7.如权利要求1所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述气体分析模块由多个单一气体分析仪串联连接组成或由一个多组分气体分析仪组成; 所述气体分析仪选用电化学式气体分析仪或热导式气体分析仪。
8.如权利要求1所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述控制与信号处理模块包括PLC控制器、嵌入式信号处理器和定位器,所述PLC控制器与所述嵌入式信号处理器连接组成核心处理器; 所述PLC控制器分别与所述样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块通过有线方式连接,用于分别对所述样气采样模块、气路选通模块、气体预处理模块和气体分析模块进行电气控制; 所述定位器与嵌入式信号处理器连接,包括位置传感器,所述位置传感器用于通过GPS定位信号或北斗定位信号定位采集样气的位置,并将所述位置信息与废气排放监测数据关联; 所述嵌入式信号处理器带有掉电不丢失数据存储区,所述数据存储区包括但不限于定标数据存储区、监视参数存储区、排放标准参数存储区和/或位置信息存储区。
9.如权利要求8所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述嵌入式信号处理器分别通过模拟或数字方式接口与所述PLC控制器和所述气体分析模块连接,获取所述PLC控制器及所述PLC控制器控制终端的状态信息和所述气体分析模块的分析值,将所述状态信息和分析值与排放标准比较后通过外部输出接口输出。
10.如权利要求8所述的一种污染气体排放连续监测设备,其特征在于,所述气路选通模块通过有线方式与所述控制与信号处理模块连接,由控制与信号处理模块远程控制所述路选通模块的气路选择方式。
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