CN108801964A - 一种直接测量式气态污染物排放监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接测量式气态污染物排放监测装置，包括检测机构、隔离机构、抽气机构、标定机构、吹扫机构和中央处理模块，检测机构包括光谱检测模块和检测室，隔离机构包括进气管道和烟气阀，进气管道和烟气阀设置在烟道内，进气管道入口外套设有烟气过滤罩，进气管道内设有过滤器，进气管道管身连通有标气管道，烟气过滤罩内连通有吹扫管道，抽气管道内设有气体流量控制器；本发明能够气态污染物检测准确度，且有效解决传统直接测量式检测装置存在的现场标定结果超差、环保监测比对时超差等问题，且操作便捷，占用空间小，同时，还能够准确测量、计算出烟气的气态污染物基准含氧排放浓度。
Description
技术领域
本发明涉及气态污染物测量设备技术领域，尤其涉及一种直接测量式气态污染物排放监测装置。
背景技术
目前，随着我国对环境无环境污染治理力度的加大，国家有关部门制定了严格的大气污染物排放标准,在最新的环境保护标准《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测***技术要求及检测方法》（HJ 76-2017）中，明确了气体污染物CEMS（烟气排放连续监测***）的类型包括完全抽取法、直接测量法和稀释抽取法三种。由于当前检测技术的局限性，特别是含有固态颗粒物的气态污染物排放浓度的检测技术的制约，目前我国现有的CEMS不能快速地检测出固定污染源烟气排放状况，主要存在以下几点问题：
一、完全抽取法和稀释抽取法均为抽取式CEMS，抽取式CEMS为现在最为常用的一种检测方法，能够准确地检测出固定污染源烟气排放状况，但是，抽取式CEMS滞后时间长，例如，火电厂脱硝CEMS为例，烟气从喷氨装置到脱硝出口的反应时长为8秒左右，实际运行中、测量结果比取样点的实际烟气污染物状态参数滞后大约220S，甚至更长，而我国最新的环境保护标准《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）中也只能明确要求标准气体校验时的气体污染物CEMS的***响应时间≤200秒。因滞后时间太长，目前国内火力发电厂的现有的环保设备无法实现自动调节，只能采用人工调节方式，而由于滞后长的缘故人工调节并不可靠、效果较差，造成环保参数频繁超标、喷氨过剩，致使脱硝后面的设备不能正常工作，造成空气预热器堵塞、除尘器故障引起机组停机，既不环保，也不节能，且安全隐患极大。
基于目前现有CEMS技术，环保设备的调整、控制基本上靠人工操作完成，环保部门也只能规定一个小时内NOx平均值不能超标, 而电力环保检测部门规定一小时内环保参数不能超过15次，即使处于该“放宽”的标准下，气态污染源监测的单位的环保参数也经常频繁超出这个标准要求。
二、直接测量式的CEMS是在排污场所直接测量的一种方法，光谱检测装置直接安装到测点处，对烟气直接检测，检测速度快，利于调节环保设备，有利于控制预防气态污染物的环保参数不超标。但是，目前现有的直接测量式测量技术及装置不能满足环保检测要求，根据按环保相关要求，对现有的直接测量技术的CEMS进行现场检测比对时频繁超差，对现有的直接测量技术的CEMS进行校准时常常超差，不符合环保检测要求。目前随着环保监查的力度加大，各个火电厂及固态颗粒物的含量较高的气态污染源监测单位，已经全部淘汰了直接测量式的CEMS,用抽取式和稀释采样式的CEMS取代，进口品牌的CEMS生产厂家也提供不出符合环保检测要求的直接测量式的CEMS。
现有的直接测量式气体污染物测量技术由于存在难以克服的技术瓶颈，导致现有的直接测量式气体污染物测量装置的基本功能不符合环保检测要求，而技术瓶颈主要包括以下几方面：
（1）直接测量式的CEMS装置进行气态污染物连续监测时测点所处的环境极为恶劣，例如，火电厂脱硝CEMS测点的烟气的温度高达370多度，且含尘较大，例如，采用湿法脱硫的烟气湿度较大，CEMS装置受环境影响。直接测量式的CEMS装置的检测探头直接安装到烟气管道内，采用标气对CEMS装置标定时，标气进入烟气检测通道，标气与烟气混合，标定时进入检测通道的气体是混合比例不确定的标气与烟气的混合气体而不是标气，标定出的结果是不确定的，直接导致环保现场标定时，标定结果超差，不符合环保监督烟要求；因此直接测量式的CEMS装置一般采用以下方法标定：在光路中***与污染物吸收特性相近的滤光镜片或“实物”镜片，再经过运算，计算出标定结果，因镜片和实物镜片与标气检测状况不一致造成环保现场对比监测结果超差。
（2）现有的直接测量式测量技术及装置在环保现场对比检测试验时，新进的微量烟气与在过滤器内部迟滞空间内的上一时段的烟气混合，混合后的烟气进入样气检测室，结果不能表征气态污染物的瞬时及实时浓度，不能检测出气态污染物的最大值；与环保对比监测的标准仪表检测结果比对时超差，不能满足环保检测要求。
（3）目前国家要求环保超低排放，CEMS的检测精度要能满足超低排放要求；现有的直接测量式气体污染物测量技术及装置的量程都较大，不能满足超低排放检测精度要求。光谱分析所发射的光线在检测室内的行程越长，则光谱分析的精确性越高，增加光线在检测室内的行程才能满足超低排放检测要求，但如果直接增加样气检测室的长度，在长期高温的工作环境下，检测室发生自然蠕变而下垂弯曲，影响光线的正常光路，仪表的稳定性较差；同时，直接测量式测量装置需在现场进行测试，检测室长度的增加会造成体积的增大，不便于现场操作。
（4）根据《火电厂大气污染物排放标准》气态污染物的排放浓度需根据实测含氧量折算成基准氧含量浓度，环保部门按气态污染物的基准含氧量浓度进行考核；目前直接测量型气态污染物排放监测装置的测点、含氧量浓度检测装置的测点设置在不同的位置，且独立检测，且由于目前现有的直接测量式气态污染物排放监测装置、含氧量检测装置本身的基本功能就不符合环保检测要求，造成检测到的的气态污染物的含量与气态污染物氧量值在同一时段内，不能准确计算出样品气的气态污染物的基准含氧排放浓度。
综上所述，虽然直接测量式的CEMS具有诸多优点，但是存在上述基本功能方面的问题，造成无法达到环保检测要求，因此，如何解决现有的已经淘汰的直接测量式气体污染物测量技术的技术瓶颈，设计出符合环保检测要求的直接测量式气体污染物监测装置CEMS，满足环保设备运行自动调整需要，实现环保监测与环保设备运行的自动控制的完美结合，对污染排放物检测、控制领域具有重大意义，且会对该领域的检测技术带来重大进步。
发明内容
本发明的目的是提供一种直接测量式气态污染物排放监测装置，能够气态污染物检测准确度，且有效解决传统直接测量式检测装置存在的超差大和样气纯度低的问题，提高检测精度，且操作便捷，占用空间小，同时，还能够准确计算出样气的气态污染物基准含氧排放浓度。
本发明采用的技术方案为：
一种直接测量式气态污染物排放监测装置，包括检测机构、隔离机构、抽气机构、标定机构、吹扫机构和中央处理模块；
检测机构包括检测室，检测室左侧设有与检测室内部连通的光谱检测模块，检测室内设有主反射镜，光谱检测模块与主反射镜相对设置；所述光谱检测模块包括光源模块和光谱接收分析模块；
隔离机构包括连通检测室右端的进气管道和设置在进气管道入口处的烟气阀，进气管道和烟气阀设置在烟道内，进气管道入口外套设有烟气过滤罩，进气管道内设有过滤器；
抽气机构包括抽气管道、抽气阀和抽气泵，抽气管道入口连通检测室左端部，抽气管道出口连接抽气泵，抽气阀设置在抽气管道内；
标定机构包括标气管道和设置在标气管道上的标气进气阀，标气管道进气端连通外部标准气源，标气管道出气端连通进气管道，标气管道出气端位于烟气阀和过滤器之间；
吹扫机构包括吹扫管道、吹扫进气阀和气体流量控制器，吹扫管道进气端连通外部标准气源，吹扫管道出气端伸入烟道并连通烟气过滤罩内部，吹扫进气阀设置在吹扫管道上，气体流量控制器设置在抽气管道上；
光源模块受控端连接中央处理模块的光源控制端，光谱接收分析模块的通讯端连接中央处理模块的光谱分析通讯端，气体流量控制器通讯端连接中央处理模块流量通讯端，中央处理模块抽气控制端连接抽气泵受控端。
为了降低光线传输时的衰减，提高光谱检测精度，进一步地，所述光源模块通过发射光纤单元连通检测室，所述光谱接收分析模块通过反射光纤单元连通检测室，发射光纤单元设置在光源模块和主反射镜之间，反射光纤单元设置在主反射镜和光谱接收分析模块之间；发射光纤单元包括发射透镜和发射导光光纤，发射透镜和发射导光光纤沿光源模块发射向主反射镜的光路方向依次设置，反射光纤单元包括反射透镜和反射导光光纤，反射透镜和反射导光光纤沿主反射镜反射向光谱接收分析模块的光路方向依次设置。
为了在不加长检测室长度的情况下增加光线在检测室内的路程，进一步地，所述检测室内还设有副反射镜，副反射镜位于主反射镜左侧并与主反射镜相对设置。
为了在光谱分析时综合考虑温度和压力影响，提高分析准确度，进一步地，所述检测机构还包括设置在检测室内的温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器的输出端分别连接光谱接收分析模块信号输入端。
为了能够在同一套设备上实现样气中氧气浓度的检测，进一步地，还包括设置在抽气管道上的氧气检测模块，氧气检测模块输出端连接中央处理模块的检测信号输入端；检测机构对高温样气中的气体污染物含量进行检测时，氧气检测模块对同一样气的含氧量进行直接检测，检测机构进行标气标定时，标气同时进入氧气检测模块对氧气检测模块进行标定。
进一步地，所述进气管道上设有NOX转换器，NOX转换器设置在标气管道出气端和过滤器之间。
进一步地，所述烟气阀采用止回阀或长杆控制阀门。
进一步地，所述抽气泵采用射气抽气器，射气抽气器上设有压缩空气入口、样气抽吸口和样气出口，压缩空气入口连通外部气源，样气抽吸口连通抽气管，样气出口连通出气管道，出气管道连通烟道内部。
进一步地，所述光源模块发射的光线为紫外光线。
根进一步地，用标气进行标定时，标气进气阀打开，烟气阀关闭，标气与过滤罩内的烟气隔离，烟气不能进入进气管道与标气混合，标气也不会从进气管道泄漏进入烟道。
本发明具有以下有益效果：
（1）通过设置隔离机构，在样气由进气管道进入检测室时烟气阀打开，保证烟气流通正常，在进行标气标定时检测室烟气阀关闭，实现了标气标定时，标准气体与烟气的完全隔离，避了免样气混入标气中造成标定不准确，保证标定结果的准确性，使环保现场进行样气标定时标定结果的准确和唯一，进而保证本发明能够满足环保检测的使用要求；
（2）通过将烟气过滤罩设置在烟道内并将进气管道伸入样气过滤罩的结构，在保障增大过滤流量的同时，防止阻力对样气流量产生影响，同时，将进气管道设置在烟气过滤罩内，压缩了过滤罩内部气体迟滞空间；
（3）通过设置吹扫机构，在气体流量控制器检测到抽气管道的气体流量小于限定阈值时及时对烟气过滤罩进行反吹清扫，避免烟气过滤罩在长期使用下被堵塞进而影响样气流量，进一步保障样气检测精度，同时，吹扫机构配合烟气阀的使用，能够避免吹扫时气体流入检测室使检测室内气体混合造成样气检测结果不准确；
（4）通过在光谱检测模块和检测室之间设置光纤连接模块，不仅将光谱检测模块与检测室之间进行隔离，避免检测室内高温气体损坏光谱检测模块，保障设备安全使用并提高设备使用寿命，同时降低光线传输中的衰减，保证光谱分析结果的准确性；
（5）通过设置副反射镜，使光源模块发射出的光源在反射镜和副反射镜之间经过多次反射之后再进入光谱接收分析模块，在不增加检测室长度的前提下，增加光线在检测室样气中的光程，提高本发明的检测精度；
（6）通过设置耐高温的氧气检测模块，使样气不进行降温等处理就直接进行含氧量测量，使检测的气态污染物含量与参与基准含氧排放浓度折算的实际氧量值在同一时段内，且能够实现对气态污染物检测装置功能校准时同步对氧传感器校准，便于更准确地计算样气中污染物的基准含氧排放浓度。
附图说明
图1为实施例一的结构示意图；
图2为实施例一在使用状态下的结构示意图；
图3为实施例二的结构示意图；
图4为实施例二在使用状态下的结构示意图；
图5为实施例三的结构示意图
图6为实施例三在使用状态下的结构示意图；
图7实施例四的结构示意图；
图8为实施例四在使用状态下的结构示意图。
附图标记说明：
1、检测室；2、光谱接收分析模块；3、光源模块；4、抽气阀；5、抽气管道；6、气体流量控制器；7、抽气泵；8、吹扫进气阀；9、吹扫管道；10、标气管道；11、标气进气阀；12、烟气过滤罩；13、主反射镜；14、止回阀；15、进气管道；16、过滤器；17、固定法兰；18、烟道壁；19、NOx转换器；20、副反射镜；21、温度传感器；22、压力传感器；23、发射光纤单元；24、长杆控制阀门；25、发射光纤单元；26、密封套管；27、出气管道；28、氧气检测模块。
具体实施方式
本发明包括检测机构、隔离机构、抽气机构、标定机构、吹扫机构和中央处理模块；
检测机构包括检测室1，检测室1左侧设有与检测室1内部连通的光谱检测模块，检测室1内设有主反射镜13，光谱检测模块与主反射镜13相对设置；所述光谱检测模块包括光源模块3和光谱接收分析模块2；
隔离机构包括连通检测室1右端的进气管道15，进气管道15伸入烟道壁18设置在烟道内，且进气管道15入口处套设有烟气过滤罩12，进气管道15内沿气流流动方向依次设有烟气阀和过滤器16，过滤器16采用非平面的凸凹结构，增大过气量；所述烟气阀采用止回阀14或长杆控制阀门24；
抽气机构包括抽气管道5，抽气管道5入口连通检测室1左端部，抽气管道5出口设有抽气泵7，抽气管道5内设有抽气阀4；
标定机构包括标气管道10和设置在标气管道10上的标气进气阀11，标气管道10进气端连通外部标准气源，标气管道10出气端连通进气管道15，标气管道10出气端位于烟气阀和过滤器16之间；
吹扫机构包括吹扫管道9、吹扫进气阀8和气体流量控制器6，吹扫管道9进气端连通外部标准气源，吹扫管道9出气端伸入烟道并连通烟气过滤罩12内部，吹扫进气阀8设置在吹扫管道9上，气体流量控制器6设置在抽气管道5上；
光源模块3受控端连接中央处理模块的光源控制端，光谱接收分析模块2的通讯端连接中央处理模块的光谱分析通讯端，气体流量控制器6通讯端连接中央处理模块流量通讯端，中央处理模块抽气控制端连接抽气泵7受控端。
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例一：
如图1和图2所示，本实施例包括检测机构、隔离机构、抽气机构、标定机构、吹扫机构和中央处理模块；
检测机构包括检测室1，检测室1右端伸入烟道内且检测室1通过固定法兰17固定在烟道壁18上，检测室1左端连通抽气机构，检测室1右端分别连通隔离机构和标定机构。检测室1左侧设有与检测室1内部连通的光谱检测模块，光谱检测模块包括光源模块3和光谱接收分析模块2，检测室1内设有主反射镜13，主反射镜13位于检测室1右端并与光谱检测模块相对设置，主反射镜13优选采用三角镜。其中，光谱接收分析模块2包括用于接收反射光线的激光接收模块和用于进行光谱分析的分析仪。
隔离机构设置在烟道内并用于对样气进行过滤，隔离机构包括连通检测室1右端的进气管道15，进气管道15入口处套设有烟气过滤罩12，位于最右端的进气管道15入口设有烟气发，烟气阀采用电控阀或者具有单向流通功能的止回阀14，本实施例优选采用止回阀14，止回阀14的流通方向为从右到左，即与样气流通方向一致，位于止回阀14左侧的进气管道15内设有过滤器16。
烟气过滤罩12优选采用径向截面为椭圆形的金属粉末烧结滤芯，同样体积下椭圆型柱状结构具有更大的表面积，因此能够有效增加烟气过滤罩12的过滤面积，使烟气过滤罩12的通气量可达到0.8L/min，这样可在不增大阻力前提下，增大烟气过滤罩12的表面积、增大通流量，同时，还能减小过滤器16内部气体迟滞空间。
通过采用金属粉末烧结滤芯制成的烟气过滤罩12，并将烟气过滤罩12沿径向的截面设置为非圆形，在不增大烟气过滤罩12内部体积的的前提下，就可增大烟气过滤罩12表面积，增大样气流通量，保证新进的大量烟气能够迅速将迟滞空间内的气体全部置换出来，使检测室1内气体全部为新进的烟气，进而保证检测结果能够准确表征气态污染物的瞬时和实时浓度，使本发明在进行环保对比监测时能够与标准仪表检测结果保持一致，满足环保检测的要求；
抽气机构包括抽气管道5，抽气管道5入口连通检测室1左端部，抽气管道5出口设有抽气泵7，抽气管道5内设有抽气阀4；
标定机构包括标气管道10和设置在标气管道10上的标气进气阀11，标气管道10进气端连通外部标准气源，标气管道10出气端连通进气管道15，标气管道10出气端位于止回阀14和过滤器16之间；
吹扫机构包括吹扫管道9、吹扫进气阀8和气体流量控制器6，吹扫管道9进气端连通外部标准气源，吹扫管道9出气端伸入烟道并连通烟气过滤罩12内部，吹扫进气阀8设置在吹扫管道9上，气体流量控制器6设置在抽气管道5上。
光源模块3受控端连接中央处理模块的光源控制端，光谱接收分析模块2的通讯端连接中央处理模块的光谱分析通讯端，气体流量控制器6通讯端连接中央处理模块流量通讯端，中央处理模块抽气控制端连接抽气泵7受控端。
实施例一的工作原理为：
样气检测时，抽气阀4和抽气泵7打开，标气进气阀11和吹扫进气阀8关闭，烟气过滤罩12内产生负压吸力，烟道内的样气进入烟气过滤罩12，滤除烟气中的固体颗粒物后依次经过回阀14、进气管道15和过滤器16后，洁净的含有气体污染物SO2、NOX的样气通过检测室1进入检测室1进行光谱检测，然后进入抽气管道5、气体流量控制器6，并被抽气泵7排出。
本实施例的光谱分析过程为：光源模块3发出紫外波段的光线进入检测室1，光线经过主反射镜13反射后进入光谱接收检测模块，由于样气中的SO2、NOX会吸收检测室1光线中的特征波段，光谱接收分析模块2对被气体污染物吸收后的光线的光谱进行分析获得气体污染物浓度。
光谱检测模块优选采用集成的光谱接收模块和光谱分析仪，光谱接收模块接收反射光束，通过光谱仪进行气态污染物分析。
标气标定时，抽气阀4和标气进气阀11打开，抽气泵7、吹扫进气阀8关闭，在标气压力作用下，标气进入标气管道10，由于烟气阀采用止回阀14，在标气压力作用下止回阀14关闭，标气不会从进气管道15泄漏进入烟道，烟气由于止回阀14关闭而不能进入进气管道15；标气经过滤器16后进入检测室1，光谱检测模块进行光谱分析并进行参数标定，标气最后流经抽气管道5和气体流量控制器6排出。标定间隔时间根据《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范》（HJ 75-2017）要求设定，每24h内至少自动标定校准一次。
光谱分析并进行参数标定的过程为：光源模块3发出的紫外波段光线进入检测室1，经过主反射镜13反射后进入光谱检测模块，标准气体中的SO2、NOX吸收检测室1光线中的特征波段，光谱检测模块对被气体污染物吸收后的光线的光谱进行分析，获得标准气体的污染物浓度，然后调校光谱接收分析模块2的示值，使光谱接收分析模块2示值与标准值一致，完成标定过程。
在上述样气检测和过程中，气体流量控制器6实时检测抽气管道5内的气体流量，当流量值小于限定阈值时，证明烟气过滤罩12出现堵塞情况，此时，抽气阀4、抽气泵7、标气进气阀11均关闭，吹扫进气阀8打开，外部压缩气源经由吹扫管道9进入烟气过滤罩12内部，并由内向外吹扫烟气过滤罩12，去除烟气过滤罩12表面灰尘。流量限定阈值的取值需确保通过监测装置的烟气流量稳定，同时满足《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测***技术要求及检测方法》（HJ 76-2017）的“进样流量变化影响”技术指标符合要求。
实施例二：
如图3和图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：
检测室1内设有温度传感器21和压力传感器22，检测室1内在右端部设有主反射镜13，检测室1左端部设有与主反射镜13对应的副反射镜20，检测室1右端连通的进气管道15上自右至左依次设有止回阀14、NOx转换器19和过滤器16，NOx转换器19位于标气管道10出气端和过滤器16之间。
主反射镜13包括x个并列设置的三角镜，副反射镜20包括x-1个并列设置的三角镜，主反射镜13的三角镜朝左设置，副反射镜20的三角镜朝右设置，副反射镜20的第i个三角镜下半部与主反射镜13的第i个三角镜上半部相对设置，i=1,2，……，x-1；光线在主反射镜13和副反射镜20之间的传递过程为：光源模块3发出的光线射入主反射镜13的第1个三角镜，主反射镜13的第1个三角镜将光线反射至副反射镜20的第1个三角镜，然后由副反射镜20的的第1个三角镜反射至主反射镜13的第2个三角镜，直至光线由副反射镜20的第x-1个三角镜20反射至主反射镜13的第x个三角镜后，光线最终由主反射镜13的第x个三角镜反射至左侧的光谱接收分析模块2。
光源模块3通过发射光纤单元23连通检测室1，光谱接收分析模块2通过反射光纤单元25连通检测室1，发射光纤单元23设置在光源模块3和主反射镜13之间，反射光纤单元25设置在主反射镜13和光谱接收分析模块2之间；发射光纤单元23包括发射透镜和发射导光光纤，发射透镜和发射导光光纤沿光源模块3发射向主反射镜13的光路方向依次设置，反射光纤单元25包括反射透镜和反射导光光纤，反射透镜和反射导光光纤沿主反射镜13反射向光谱接收分析模块2的光路方向依次设置。
实施例二的工作原理为：
样气检测时，抽气阀4和抽气泵7打开，标气进气阀11和吹扫进气阀8关闭，烟气过滤罩12内产生负压吸力，烟道内的样气进入烟气过滤罩12，滤除烟气中的固体颗粒物后依次经过进气管道15、NOx转换器19和过滤器16后，洁净的含有气体污染物SO2、NOX的样气通过检测室1进入检测室1进行光谱检测，然后进入抽气管道5并被抽气泵7排出。
本实施例的光谱分析过程为：光源模块3发出紫外波段的光线，紫外波段的光线经由发射光线单元通过检测室1并传播至主反射镜13上，然后在主反射镜13和副反射镜20之间进行多次反射后，最终紫外波段的光线经由反射光纤单元25进入光谱接收检测模块，由于样气中的SO2、NOX会吸收检测室1光线中的特征波段，光谱接收分析模块2对被气体污染物吸收后的光线的光谱进行分析，并根据温度传感器21检测的温度信号和压力传感器22检测的压力信号，经由光谱分析仪分析并获得气体污染物浓度。
标气标定时，抽气阀4和标气进气阀11打开，抽气泵7和吹扫进气阀8关闭，止回阀14由于止回作用，标气无法从进气管道15泄漏进入烟道，烟气也不能进入进气管道15；在标气压力作用下，外部标气气源依次经由标气管道10和过滤器16后进入检测室1，光谱检测模块进行光谱分析并进行参数标定，标气最后流经抽气管道5和气体流量控制器6后排出。
实施例三：
如图5和图6所示，本实施例与实施例一的区别在于：
检测室1外圆周套设有密封套管26，密封套管26外径不小于烟气过滤罩12最大外径；检测室1内设有温度传感器21和压力传感器22，温度传感器21和压力传感器22位于检测室1左端，分别用于检测检测室1内样气的温度和压力。
本实施例中的烟气阀采用长杆控制阀门24，长杆控制阀门24包括阀体、阀杆和执行器，进气管道15入口向下延伸，阀体设置在进气管道15入口处，执行器位于烟道壁18外，阀体和执行器通过阀杆转动连接，实现执行器长距离控制阀体，抽气泵7的出气端通过出气管道27连通烟道内部。
光源模块3通过发射光纤单元23连通检测室1，光谱接收分析模块2通过反射光纤单元25连通检测室1，发射光纤单元23设置在光源模块3和主反射镜13之间，反射光纤单元25设置在主反射镜13和光谱接收分析模块2之间；发射光纤单元23包括发射透镜和发射导光光纤，发射透镜和发射导光光纤沿光源模块3发射向主反射镜13的光路方向依次设置，反射光纤单元25包括反射透镜和反射导光光纤，反射透镜和反射导光光纤沿主反射镜13反射向光谱接收分析模块2的光路方向依次设置。
实施例三的工作原理为：
样气检测时，长杆控制阀门24、抽气阀4和抽气泵7打开，标气进气阀11和吹扫进气阀8关闭，烟气过滤罩12内产生负压吸力，烟道内的样气进入烟气过滤罩12，滤除固体颗粒物后的样气依次经过长杆控制阀门24、进气管道15和过滤器16，然后，洁净的含有气体污染物SO2、NOX的样气通过检测室1进入检测室1进行光谱检测，然后进入抽气管道5、气体流量控制器6并被抽气泵7抽出排入烟道，避免污染空气。
在上述样气检测和过程中，气体流量控制器6实时检测抽气管道5内的气体流量，当流量值小于限定阈值时，证明烟气过滤罩12出现堵塞情况，此时，将长杆控制阀门24和标气进气阀11关闭，吹扫进气阀8打开，外部压缩气源经由吹扫管道9进入烟气过滤罩12内部，并由内向外吹扫烟气过滤罩12，去除烟气过滤罩12表面灰尘。流量限定阈值的取值需确保通过监测装置的烟气流量稳定，同时满足《固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测***技术要求及检测方法》（HJ 76-2017）的“进样流量变化影响”技术指标符合要求。
本实施例的光谱分析过程为：光源模块3发出紫外波段的光线，紫外波段的光线经过主反射镜13反射后进入光谱接收检测模块，由于样气中的SO2、NOX会吸收检光线中的特征波段，光谱接收分析模块2对被气体污染物吸收后的光线的光谱进行分析，并根据温度传感器21检测的温度信号和压力传感器22检测的压力信号，经由光谱分析仪分析并获得气体污染物浓度。
标气标定时，抽气阀4、抽气泵7和标气进气阀11打开，长杆控制阀门24关闭，烟气阀为长杆控制阀门24处于关闭状态，标气无法从进气管道15泄漏进入烟道，烟气同样不能进入进气管道15；在抽气泵7产生的抽吸作用下，外部标气气源依次经由标气管道10和过滤器16后进入检测室1，光谱检测模块进行光谱分析并进行参数标定，标气最后依次经过抽气管道5、气体流量控制器6和抽气泵7，最后由抽气泵7排入烟道内。
实施例四：
如图7和图8所示，本实施例与实施例三的区别在于：
本实施例中烟气阀采用止回阀14，止回阀14设置在进气管道15最右端的入口处，进气管道15通过止回阀14与烟气过滤罩12内部连通，止回阀14的流通方向为从右到左，即与样气流通方向一致，位于止回阀14左侧的进气管道15内设有过滤器16。
抽气管道5上设有氧气检测模块28，氧气检测模块28位于抽气阀4和抽气泵7之间并用于实时检测样气中氧气浓度，氧气检测模块28输出端连接中央处理模块的检测信号输入端。
抽气泵7采用射气抽气器，射气抽气器上设有压缩空气入口、样气抽吸口和样气出口，压缩空气入口连通外部压力气源，样气抽吸口连通抽气管，样气出口连通出气管道27。
实施例四的工作原理为：
样气检测时，止回阀14、抽气阀4和抽气泵7打开，标气进气阀11和吹扫进气阀8关闭，烟气过滤罩12内产生负压吸力，烟道内的样气进入烟气过滤罩12，滤除烟气中的固体颗粒物后的样气依次经过止回阀14、进气管道15和过滤器16，然后，洁净的含有气体污染物SO2、NOX的样气进入检测室1进行光谱检测，然后依次流经进入抽气管道5、氧气检测模块28和气体流量控制器6，最后被抽气泵7排入烟道内，避免污染空气。
本实施例的光谱分析过程为：光源模块3发出紫外波段的光线，紫外波段的光线经过主反射镜13反射后进入光谱接收检测模块，由于样气中的SO2、NOX会吸收检测室1光线中的特征波段，光谱接收分析模块2对被气体污染物吸收后的光线的光谱进行分析，并根据温度、压力和含氧量数据，经由光谱分析仪分析并获得气体污染物浓度；与此同时，氧气检测模块28对高温的样气中的含氧量进行分析，获得氧气浓度。
标气标定时，抽气阀4、抽气泵7和标气进气阀11打开，止回阀14和吹扫进气阀8关闭，在止回阀14的单向流通作用下，标气无法从进气管道15泄漏进入烟道，烟气由于没有负压作用同样无法进入进气管道15，保证了样气的纯净；外部标气气源依次经由标气管道10和过滤器16后进入检测室1，光谱检测模块进行光谱分析并进行参数标定，然后，标气进入抽气管道5、氧气检测模块28、气体流量控制器6和抽气泵7，最后经由抽气泵7排入烟道。与此同时，氧气检测模块28进行含氧量分析和标定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：包括检测机构、隔离机构、抽气机构、标定机构、吹扫机构和中央处理模块；
检测机构包括检测室，检测室左侧设有与检测室内部连通的光谱检测模块，检测室内设有主反射镜，光谱检测模块与主反射镜相对设置；所述光谱检测模块包括光源模块和光谱接收分析模块；
隔离机构包括连通检测室右端的进气管道和设置在进气管道入口处的烟气阀，进气管道和烟气阀设置在烟道内，进气管道入口外套设有烟气过滤罩，进气管道内设有过滤器；
抽气机构包括抽气管道、抽气阀和抽气泵，抽气管道入口连通检测室左端部，抽气管道出口连接抽气泵，抽气阀设置在抽气管道内；
标定机构包括标气管道和设置在标气管道上的标气进气阀，标气管道进气端连通外部标准气源，标气管道出气端连通进气管道，标气管道出气端位于烟气阀和过滤器之间；
吹扫机构包括吹扫管道、吹扫进气阀和气体流量控制器，吹扫管道进气端连通外部标准气源，吹扫管道出气端伸入烟道并连通烟气过滤罩内部，吹扫进气阀设置在吹扫管道上，气体流量控制器设置在抽气管道上；
光源模块受控端连接中央处理模块的光源控制端，光谱接收分析模块的通讯端连接中央处理模块的光谱分析通讯端，气体流量控制器通讯端连接中央处理模块流量通讯端，中央处理模块抽气控制端连接抽气泵受控端。
2.根据权利要求1所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：所述光源模块通过发射光纤单元连通检测室，所述光谱接收分析模块通过反射光纤单元连通检测室，发射光纤单元设置在光源模块和主反射镜之间，反射光纤单元设置在主反射镜和光谱接收分析模块之间；发射光纤单元包括发射透镜和发射导光光纤，发射透镜和发射导光光纤沿光源模块发射向主反射镜的光路方向依次设置，反射光纤单元包括反射透镜和反射导光光纤，反射透镜和反射导光光纤沿主反射镜反射向光谱接收分析模块的光路方向依次设置。
3.根据权利要求2所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：所述检测室内还设有副反射镜，副反射镜位于主反射镜左侧并与主反射镜相对设置。
4.根据权利要求1或2所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：所述检测机构还包括设置在检测室内的温度传感器和压力传感器，温度传感器和压力传感器的输出端分别连接光谱接收分析模块信号输入端。
5.根据权利要求1或2所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：还包括设置在抽气管道上的氧气检测模块，氧气检测模块输出端连接中央处理模块的检测信号输入端；检测机构对高温样气中的气体污染物含量进行检测时，氧气检测模块对同一样气的含氧量进行直接检测，检测机构进行标气标定时，标气同时进入氧气检测模块对氧气检测模块进行标定。
6.根据权利要求1或2所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：所述进气管道上设有NOX转换器，NOX转换器设置在标气管道出气端和过滤器之间。
7.根据权利要求1或2所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：所述烟气阀采用止回阀或长杆控制阀门。
8.根据权利要求1或2所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：所述抽气泵采用射气抽气器，射气抽气器上设有压缩空气入口、样气抽吸口和样气出口，压缩空气入口连通外部气源，样气抽吸口连通抽气管，样气出口连通出气管道，出气管道连通烟道内部。
9.根据权利要求1或2所述的直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：所述光源模块发射的光线为紫外光线。
10.根据权利要求1或2所述一种直接测量式气态污染物排放监测装置，其特征在于：用标气进行标定时，标气进气阀打开，烟气阀关闭，标气与过滤罩内的烟气隔离，烟气不能进入进气管道与标气混合，标气也不会从进气管道泄漏进入烟道。
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