CN206671185U - 一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪 - Google Patents

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张华军
张希成
李楠
周成
潘齐
康志强
李瑞红
杨秀芹
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Qingdao Bo Rui Optoelectronics Technology Co., Ltd.
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Abstract

一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,包括恒温加热原位气体监测单元、手持式气体分析仪主机,恒温加热原位气体监测单元为长筒状结构,手持式气体分析仪主机为方形盒状结构,恒温加热原位气体监测单元固定连接设置在手持式气体分析仪主机的一侧面。

Description

一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪
技术领域
[0001] 本实用新型涉及气体监测技术领域,具体地说,是涉及一种手持式原位热湿法烟 道气体检测仪,用于锅炉或炉窑超低排放烟气中S02/N0/N02/NH3/CS2/C0S等气体的浓度监 测。
背景技术
[0002] 国内目前的便携式烟气测试仪多采取电化学传感器或非分散红外光学传感器测 量方法,由于:
[0003] 1、电化学传感器的使用条件一传感器的气室温度不能超过40度,水分影响S〇2、N〇2 的测试结果,大部分的国内外生产厂家都采取加热保温110度-快速冷凝除水等措施来提高 测试准确度。这种方法部分解决了水蒸气冷凝吸收S02、N〇2而导致的二氧化硫\二氧化氮气 体测试不准确的问题,但冷凝水还是要吸收二氧化硫\二氧化氮,使测量结果偏低。
[0004] 2、非分散红外传感器的工作原理是气体的分子键之间的振转光谱信号吸收同频 率的红外光,其产生的红外光谱吸收信号要比紫外-可见光谱低1-2个数量级,因此市面上 的主流S02、NO传感器量程多为0-1000ppm,零点漂移为1 % FS约lOppm,不能适用目前国内的 超低排放监测。
[0005] 3、紫外可见光谱吸收法烟气分析仪的不足:
[0006] a、使用光束对穿式的紫外-可见光谱吸收法烟气分析仪,由于分析仪仪器体积的 限制,光程一般设计为20-30cm,该类型仪器的气体最低检测限(DML)多为2PPm。
[0007] b、使用怀特池或好瑞特气体吸收池的紫外-可见光谱吸收法烟气分析仪,虽说光 程加大了,但由于镀膜材料反射率的限制,是的21 Onm之前的紫外光经过多次反射后强度大 大衰减,无法测量NH3等气体,而且怀特池的体积要大于折返道威棱镜式吸收池,使得仪器 的T9Q和T1Q加大。
[0008] c、使用便携式的仪器体积庞大,不便于携带,而且主机与检测器或预处理器之间 的连线特别多,现场操作复杂。 实用新型内容
[0009]为了解决现有技术存在的上述缺陷,本实用新型提供了一种手持式原位热湿法烟 道气体检测仪。
[0010]为了解决上述技术问题,本实用新型通过下述技术方案得以解决:
[0011] —种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,包括恒温加热原位气体监测单元丨、手持 式气体分析仪主机2,恒温加热原位气体监测单元1为长筒状结构,手持式气体分析仪主机2 为方形盒状结构,恒温加热原位气体监测单元1固定连接设置在手持式气体分析仪主机2的 一侧面。进一步地,所述恒温加热原位气体监测单元1包括粉末冶金过滤器、夹持器1-1、加 热及温度检测器1-2、折返式长光路检测气室1-3、光源会聚及传输光纤1-4、与主机连接固 定盘1-6,粉末冶金过滤器设置在长筒状结构的端部,一端与检测气室端盖44连接;粉末冶 金过滤器依靠夹持器1-1固定在长筒状结构的端部;折返式长光路检测气室1-3、加热及温 度检测器1-2依次设置在长筒状结构的内部,折返式长光路检测气室1-3与金属粉末冶金滤 筒43连接,加热及温度检测器1-2与折返式长光路检测气室1-3连接,在加热及温度检测器 1- 2—侧设置有光源会聚及传输光纤1-4,光源会聚及传输光纤1-4与主机2连接,长筒状结 构通过与主机连接固定盘1-6与主机2进行连接。优选地,粉末冶金过滤器包括校准气嘴41、 金属粉末冶金滤筒端盖42、金属粉末冶金滤筒43,校准气嘴41设置在金属粉末冶金滤筒端 盖42的外侧,金属粉末冶金滤筒43固定在金属粉末冶金滤筒端盖42的内侧,金属粉末冶金 滤筒43的一端与检测气室端盖44连接。
[0012]进一步地,所述手持式气体分析仪主机2包括光源发射及准直单元2-1、微型分光 光谱仪2-2、烟气冷凝排水单元2-3、嵌入式单板机单元2-4、采样泵及流量控制单元2-5、加 热温控器2-6、氧气\ 一氧化碳测试模块2-7。
[0013]进一步地,所述折返式长光路检测气室1-3包括检测气室1-3-3、窗片1-3-7、道威 棱镜1-3-2、聚四氟乙烯内管1-3-4、进气嘴1-3-5、出气嘴1-3-6,温度传感器、压力传感器, 折返式长光路检测气室1-3分别与粉末冶金过滤器、加热及温度检测器1-2密封旋接;紫外 光束经过穿过石英玻璃窗片进入检测气室1-3-3,由道威棱镜1-3-2折返后,到达光源会聚 及传输光纤1-4;同时测量被测气体的温度和压力并将温度压力参数传输至主机内嵌入式 单板机单元2-4。
[0014]进一步地,所述光源会聚及传输光纤1-4包括会聚透镜1-4-2、会聚透镜固定座1 -4-1、耐高温光纤1-4-4,由折返式长光程检测气室1-3出来的紫外光经汇聚透镜1-4-2汇聚 后通过耐高温光纤将光谱导入微型分光光谱仪2-2。
[0015]进一步地,所述光源发射及准直单元2-1包括光源及控制装置、准直透镜或抛物面 准直镜2_1-1,光源发出的光经过准直后,穿过折返式长光路检测气室1-3的窗片进入检测 气室。
[0016]进一步地,所述微型分光光谱仪2-2包括微型光谱仪及USB传输线,窗片或狭缝、分 光光栅、光信号探测器及光谱信号输出,通过USB线或485接口与嵌入式单板机2-4相连接。 [0017]进一步地,所述烟气冷凝排水单元2-3包括进气嘴2-3-1、电子制冷器2-3-2、排水 蠕动泵2-3-3、排水计量杯2-3-6及出气嘴2-3-4、温度检测传感器2-3-5,其进气嘴2-3-1与 折返式长光路检测气室1-3的出气嘴通过导气管连接,并根据冷凝水量的多少及冷凝温度, 直接计算烟气湿度。
[0018]进一步地,所述嵌入式单板机单元2-4包括单板机主板2-4-3、电子硬盘及显示屏 2- 4-1、数据采集板2-4-4,通过USB或485或232接口接收来自微型分光光谱仪2-2的光谱信 号、通过数据采集板采集折返式长光程检测气室1-3的温度、压力信号并控制其加热温度, 进行气体浓度的运算、修正及输出。
[0019]进一步地,所述采样栗及流量控制单元2-5包括气容2-5-2、流量计量装置2-5-1及 米样栗2-5-3,保持采集的样品气流流量恒定,减少测量误差;所述加热温控器包括2-6包括 温控器及固态继电器。优选地,所述的氧气\一氧化碳测试模块包括氧气和一氧化碳传感 器,被测气体经过烟气冷凝排水单元2_3制冷除水后再进行氧气及一氧化碳测量,保证测量 精度。
[0020]本实用新型的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,克服了原有电化学传感器 法、NDIR红外吸收法及光束对穿式、怀特池检测气室1-3-3等测试仪之多项不足,采用折返 式道威棱镜检测气室1-3-3,加大测量光程,提高仪器的最低检测限DML,适用超低排放工矿 监测;加热原位热湿法式的结构设计,有效避免烟气中水蒸气冷凝导致的冷凝水吸收二氧 化硫、二氧化氮、氨气等气体,大大提高烟气中二氧化硫、二氧化氮、氨气等气体测量准确 度;真空保温技术的实施,降低能耗并减少现场预热时间;对测量后的气体进行冷凝除水, 既保护了出、〇)、〇)2等传感器,又保护了质量流量计及烟气采样泵等器件;电子制冷器及冷 凝水杯的使用,可直接计算烟气的湿度,便于计算干基排放浓度,符合国家行业标准,降低 仪器购置成本。
[0021] 本实用新型的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪中,粉末冶金过滤器、采样 管恒温加热装置的使用,可过滤烟尘并避免水蒸气冷凝;折返式长光程检测气室1-3-3(道 威棱镜)的使用,使得检测器在不改变检测气室1-3-3容积的前提下,延长2倍以上光程,大 大提高检测器的DML水平;折返式折返式长光程检测气室1-3的使用,使气室中的烟气温度 恒定在120-220°C,避免水蒸气冷凝及焦油、铵盐等物质析出,降低上述气体对窗片1-3-7、 道威棱镜的附着,减少清洗气体窗片1-3-7、到位棱镜的次数。
[0022] 为实现本实用新型的上述目的,主要基于以下技术的实施:
[0023] 1.粉末冶金过滤器、采样管恒温加热装置的使用,可过滤烟尘并避免水蒸气冷凝; [0024] 2.折返式长光程检测气室(道威棱镜)的使用,使得检测器在不改变检测气室容积 的前提下,延长2倍以上光程,大大提高检测器的DML水平;
[0025] 3.折返式折返式长光程检测气室1-3的使用,使气室中的烟气温度恒定在120-220 °C,避免水蒸气冷凝及焦油、铵盐等物质析出,降低上述气体对窗片、道威棱镜的附着,减少 清洗气体窗片、到位棱镜的次数。
[0026]与现有技术相比,本实用新型的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪具有以下 有益效果: t〇〇27] 1.测量光程的延长,解决了固定污染源超低排放气态污染物的监测问题,DML可达 至IJ0 • l-lmg/m3,完全满足市场需求;
[0028] 2.手持式一体化结构设计使得便携式仪器现场携带便利性凸显,减轻工作人员现 场工作强度。
[0029] 3.为环境监测、监管部门提供一款实时在线标定CEMS的便携式仪器;
[0030] 4.填补氨法脱硝后氨逃逸的检测方法,一机多用,降低顾客购置使用成本。
附图说明
[0031]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解,构成本申请的一部分, 本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的不当 限定。在附图中:
[0032]图1是本实用新型金属粉末冶金滤筒43及其夹持器1-1示意图。
[0033]图2是加热及温度检测器1-2示意图。
[0034]图3是折返式长光路检测气室1-3示意图。
[0035]图4是光源会聚及传输光纤1-4示意图。
[0036]图5是真空保温层1-5示意图。
[0037]图6是与主机连接固定单元1-6示意图。
[0038]图7是恒温加热原位气体监测单元1示意图。
[0039]图8是光源发射及准直单元2-1示意图。
[0040]图9是微型分光光谱仪2-2示意图。
[0041]图10是烟气冷凝排水单元2-3示意图。
[0042]图11是嵌入式单板机2-4示意图。
[0043]图12是采样泵及流量控制单元2-5示意图。
[0044]图13是手持式气体分析仪主机2示意图。
[0045]图14是整机示意图。
具体实施方式
[0046]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新 型实施例的附图,对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的 实施例是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的 实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属 于本实用新型保护的范围。
[0047]请参阅图1-14,为本实用新型的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪优选实施 例的结构示意图,具体为一种手持式锅炉或炉窑超低排放的烟气中S02、N0、N02、NH3、CS2、 COS等气体的紫外差分吸收法光学烟气测试仪,它包括恒温加热原位气体监测单元1、手持 式气体分析仪主机2两部分,恒温加热原位气体监测单元1为长筒状结构,手持式气体分析 仪主机2为方形盒状结构,恒温加热原位气体监测单元1固定连接设置在手持式气体分析伩 主机2的一侧面。所述恒温加热原位气体监测单元1包括粉末冶金过滤器、夹持器1-1、加热 及温度检测器1-2、折返式长光路检测气室1-3、光源会聚及传输光纤1-4、与主机连接固定 盘1_6,粉末冶金过滤器设置在长筒状结构的端部,粉末冶金过滤器包括校准气嘴41、金属 粉末冶金滤筒端盖42、金属粉末冶金滤筒43,校准气嘴41设置在金属粉末冶金滤筒端盖42 的外侧,金属粉末冶金滤筒43固定在金属粉末冶金滤筒端盖42的内侧,金属粉末冶金滤筒 43的一端与检测气室端盖44连接。粉末冶金过滤器依靠夹持器1-1固定在长筒状结构的端 部。折返式长光路检测气室1-3、加热及温度检测器1-2依次设置在长筒状结构的内部,折返 式长光路检测气室1-3与金属粉末冶金滤筒43连接,加热及温度检测器1-2与折返式长光路 检测气室1-3连接,在加热及温度检测器1-2—侧设置有光源会聚及传输光纤1-4,光源会聚 及传输光纤1-4与主机2连接,长筒状结构通过与主机连接固定盘1-6与主机2进行连接。采 集的烟气先经过加热的粉末冶金过滤器过滤烟尘后,直接进入加热的折返式长光程检测气 室I-3,经加热汽化的被测气体被紫外光吸收后经导气管进入手持式气体分析仪主机2。 [0048]进一步地,真空保温层1-5设置在长筒状结构外侧。所述手持式气体分析仪主机2 包括光源发射及准直单元2-1、微型分光光谱仪2-2、烟气冷凝排水单元2-3、嵌入式单板机 2-4、采样泵及流量控制单元2-5、加热温控器2-6、氧气\ 一氧化碳测试模块2-7。
[0049] 进一步地,如图3所示,所述折返式长光路检测气室1-3包括检测气室1-3-3、窗片 1-3-7、道威棱镜1-3-2、聚四氟乙烯内管1-3-4、进气嘴1-3-5、出气嘴1-3-6,温度传感器、压 力传感器。折返式长光路检测气室1-3分别与粉末冶金过滤器、加热及温度检测器1-2密封 旋接;紫外光束经过穿过石英玻璃窗片进入检测气室1-3-3,由道威棱镜1-3-2折返后,到达 光源会聚及传输光纤1-4;同时测量被测气体的温度和压力并将温度压力参数传输至主机 内嵌入式单板机单元2-4。
[0050]如图4所示,所述光源会聚及传输光纤1-4包括会聚透镜1-4-2、会聚透镜固定座1 - 4-1、耐高温光纤1-4-4。由折返式长光程检测气室1-3出来的紫外光经汇聚透镜卜4-2汇聚 后通过耐高温光纤将光谱导入微型分光光谱仪2-2。
[0051]在一种实施方式中,如图8所示,所述光源发射及准直单元2-1包括光源及控制装 置、准直透镜(或抛物面准直镜)2-1-1,光源发出的光经过准直后,穿过折返式长光路检测 气室1-3的窗片进入检测气室。
[0052]如图9所示,所述微型分光光谱仪2-2包括微型光谱仪及USB传输线,窗片或狭缝、 分光光栅、光信号探测器及光谱信号输出,通过USB线或485接口与嵌入式单板机2-4相连 接。
[0053] 如图10所示,所述烟气冷凝排水单元2-3包括进气嘴2-3-1、电子制冷器2-3-2、排 水蠕动栗2-3-3、排水计量杯2-3-6及出气嘴2-3-4、温度检测传感器2-3-5,其进气嘴2-3-1 与折返式长光路检测气室1-3的出气嘴通过导气管连接,并根据冷凝水量的多少及冷凝温 度,直接计算烟气湿度。
[0054] 如图11所示,所述嵌入式单板机单元2-4包括单板机主板2-4-3、电子硬盘及显示 屏2-4-1、数据采集板2-4-4,通过USB或485或232接口接收来自微型分光光谱仪2-2的光谱 信号、通过数据采集板采集折返式长光程检测气室1-3的温度、压力信号并控制其加热温 度,进行气体浓度的运算、修正及输出。
[0055]如图12所示,所述采样泵及流量控制单元2-5包括气容2-5-2、流量计量装置2-5-1 及采样栗2-5-3,保持采集的样品气流流量恒定,减少测量误差;所述加热温控器包括2-6包 括温控器及固态继电器。所述的氧气\ 一氧化碳测试模块包括氧气和一氧化碳传感器,被测 气体经过烟气冷凝排水单元2-3制冷除水后再进行氧气及一氧化碳测量,保证测量精度。 [0056] 本实用新型的手持式原位热湿烟道气气体检测仪,可有效避免锅炉或炉窑烟气测 试时,由于高湿烟气冷凝而致的水分吸收S02、N02、NH3等气体,提高监测数据的准确性。通 过真空保温层的使用,增强保温效果,降低能耗;手持式的设计模式减轻整机重量,便于携 带并降低成本;DOVE棱镜长光程检测气室1-3-3的使用,加大气体监测光程,大大提高仪器 对上述气体的检测限,满足超低排放监测需求;采样管及检测气室1-3-3内衬特氟龙,既减 小监测气室的体积,减少仪器仪器检测T90和T10的时间,又减少气体的吸附,提高检测精 度。
[0057] 本实用新型的一种手持式原位热湿法超低排放烟道气气体检测仪,特点在于:
[0058] A采取加热原位热湿法测量模式,对烟尘过滤恒温加热单元、折返式长光程检测气 室单元进行加热并控制其加热温度,设置130-220°C的控制目标,解决水分冷凝导致的二氧 化硫、二氧化氮、氨气测量结果偏低的问题,同时适用目前国内的超低排放监测。
[0059] B检测气室采用折返式长光程模式,内置道威棱镜可实现折返测量,增大监测光 程,提高仪器的最低检测限,同时缩小气室容积,降低仪器的T90和T10时间,提高仪器整机 性能。
[0060] C检测器出气嘴连接电子制冷器,将已经完成烟气302、冊、如2、腿3监测的高温烟 气制冷除水,以保护监测仪主机内的质量流量计或孔板流量计、采样泵以及02、⑶、c〇2传感 器。 、
[0061] D计量冷凝水杯及烟气冷凝后的温度检测可直接计算烟气湿度。
[0062] E真空保温层的使用,降低仪器整机功耗,缩短现场预热时间。
[0063] F样品输送流路采样耐腐蚀、低吸附的特氟龙,延长仪器使用寿命,尤其是减少对 气体的吸附,提高监测结果的准确度。
[0064] 应该理解,尽管参考其示例性的实施方案,已经对本实用新型进行具体地显示和 描述,但是本领域的普通技术人员应该理解,在不背离由权利要求书所定义的本实用新型 的精神和范围的条件下,可以在其中进行各种形式和细节的变化,可以进行各种实施方案 的任意组合。

Claims (10)

  1. 」•一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:包括恒温加热原位气体监测 单元、手持式气体分析仪主机,恒温加热原位气体监测单元为长筒状结构,手持式气体分析 仪主机为方形盒状结构,恒温加热原位气体监测单元固定连接设置在手持式气体分析仪主 机的一侧面;所述恒温加热原位气体监测单元包括粉末冶金过滤器、夹持器、加热及温度检 测器、折返式长光路检测气室、光源会聚及传输光纤、与主机连接固定盘,粉末冶金过滤器 设置在长筒状结构的端部,一端与检测气室端盖连接;粉末冶金过滤器依靠夹持器固定在 长筒状结构的端部;折返式长光路检测气室、加热及温度检测器依次设置在长筒状结构的 内部,折返式长光路检测气室与金属粉末冶金滤筒连接,加热及温度检测器与折返式长光 路检测气室连接,在加热及温度检测器一侧设置有光源会聚及传输光纤,光源会聚及传输 光纤与主机连接,长筒状结构通过与主机连接固定盘与主机进行连接;粉末冶金过滤器包 括校准气嘴、金属粉末冶金滤筒端盖、金属粉末冶金滤筒,校准气嘴设置在金属粉末冶金滤 筒端盖的外侧,金属粉末冶金滤筒固定在金属粉末冶金滤筒端盖的内侧,金属粉末冶金滤 筒的一端与检测气室端盖连接。
  2. 2.根据权利要求1所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述手 持式气体分析仪主机包括光源发射及准直单元、微型分光光谱仪、烟气冷凝排水单元、嵌入 式单板机单元、采样栗及流量控制单元、加热温控器、氧气\ 一氧化碳测试模块。
  3. 3.根据权利要求1所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述折 返式长光路检测气室包括检测气室、窗片、道威棱镜、聚四氟乙烯内管、进气嘴、出气嘴,温 度传感器、压力传感器,折返式长光路检测气室分别与粉末冶金过滤器、加热及温度检测器 密封旋接;紫外光束经过穿过石英玻璃窗片进入检测气室,由道威棱镜折返后,到达光源会 聚及传输光纤;同时测量被测气体的温度和压力并将温度压力参数传输至主机内嵌入式单 板机单元。
  4. 4. 根据权利要求1所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述光 源会聚及传输光纤包括会聚透镜、会聚透镜固定座、耐高温光纤,由折返式长光程检测气室 出来的紫外光经汇聚透镜汇聚后通过耐高温光纤将光谱导入微型分光光谱仪。
  5. 5. 根据权利要求2所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述光 源发射及准直单元包括光源及控制装置、准直透镜或抛物面准直镜,光源发出的光经过准 直后,穿过折返式长光路检测气室的窗片进入检测气室。
  6. 6. 根据权利要求2所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述微 型分光光谱仪包括微型光谱仪及USB传输线,窗片或狭缝、分光光栅、光信号探测器及光谱 信号输出,通过USB线或接口与嵌入式单板机相连接。
  7. 7. 根据权利要求2所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述烟 气冷凝排水单元包括进气嘴、电子制冷器、排水蠕动栗、排水计量杯及出气嘴、温度检测传 感器,其进气嘴与折返式长光路检测气室的出气嘴通过导气管连接,并根据冷凝水量的多 少及冷凝温度,直接计算烟气湿度。
  8. 8. 根据权利要求2所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述嵌 入式单板机单元包括单板机主板、电子硬盘及显示屏、数据采集板,通过USB或接口接收来 自微型分光光谱仪的光谱信号、通过数据采集板采集折返式长光程检测气室的温度、压力 信号并控制其加热温度,进行气体浓度的运算、修正及输出。
  9. 9. 根据权利要求2所述的一柙于持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述采 样泵及流量控制单元包括气容、流量计量装置及采样泵,保持采集的样品气流流量恒定,减 少测量误差;所述加热温控器包括温控器及固态继电器。
  10. 10. 根据权利要求2所述的一种手持式原位热湿法烟道气体检测仪,其特征在于:所述 的氧气\ 一氧化碳测试検块包括氧气和一氧化碳传感器,被测气体经过烟气冷凝排水单元 制冷除水后再进行氧气及一氧化碳测量,保证测量精度。
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