CN1409115A - 烟尘、烟气排放监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烟尘、烟气排放监测装置装置，其特点是它包括烟尘、烟气排放的区域内的两侧置有光发射器和光接收器、光谱仪、计算机和气源，光接收器的输出经光谱仪和计算机连接，由光谱仪分析并将信号传输到计算机进行数据分析处理。供给保护气体的气源通过管路和光发射器和光接收器连接。用一套装置可同时进行烟尘、烟气的在线监测，装置结构紧凑、成本低、安装方便、操作简单、测量精度高，可实现远距离、实时、在线和连续测量，有固定式和便携式两种。

Description

烟尘、烟气排放监测装置

技术领域：

本发明涉及环保监测领域中一种对污染源排放进行监测的烟尘、烟气排放监测装置装置。

背景技术：

工业生产的高速发展对环境造成了严重污染，大气质量明显恶化。许多城市大气中的总污染物居高不下，一定程度上制约了经济的持续发展。在治理和控制环境污染中，实现对大气污染源排放的烟尘、烟气排放浓度和排放总量的监控和测量是十分重要的。通常烟尘、烟气排放监测***由烟尘(固态污染物)监测子***；气态污染物监测子***；烟气参数监测子***和数据采集处理与通讯子***等组成。这样的监测***结构复杂庞大、安装困难，且造价高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种利用一个装置能够同时监测烟尘、气态污染物的浓度和排放总量及烟气流速，从而在线实时得到大气污染源排放的烟尘、烟气的浓度和排放总量的方法。烟尘的测量采用光散射法，采用光谱特定谱线或波段吸收法测量气态污染物，并用双光束的光学法测量烟气的流速和排放量。

本发明基于以下的工作原理：

1.应用光的散射原理测量颗粒系的粒径大小和浓度，由于光的透视性，易于实现光电之间的转换，当光束照射到测量区内时，由于颗粒对光的散射和吸收，透射过测量区的光的光强将会衰减。由Lambert-Beer定律： $\ln {\left(\frac{I}{I_0}\right)}_j=-\frac{\mathrm{\π}}{4}L\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i{D_i}^{2}E(\mathrm{\λ}{,}_{j,}m,D_i)j=\mathrm{1,2},...M.....\left(1\right)$ 式中：I是透射光强，I₀是入射光强，L是测量光束在测量区内的行程，N_i是颗粒相体积浓度，D_i是颗粒的平均粒径，E是消光系数。

求解这个方程组后可得到各个粒径下的颗粒相体积浓度N_i值，这时，单位体积中的颗粒重量(浓度)即可按下式求得： $c=\frac{\mathrm{\ρ}}{6}\mathrm{\π}\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i^3{N}_i.......\left(2\right)$

2.运用光学吸收光谱技术中的浓度反演方法对烟气进行分析测量，光学吸收光谱方法是利用吸收分子在自外到可见波段的特征吸收来分析气体成分(CH₄、NO_x、SO₂、O₃等)，从而实现对有害气体的监测。该方法也是基于Lambert-Beer定律：

I(λ)＝I₀(λ)F(λ)exp(-LCσ(λ))    (3)

式中：I(λ)是透射光强，I₀(λ)是入射光强，C表示吸收成分的浓度，σ(λ)为相应的吸收截面，F(λ)代表了由于大气分子散射，光学***透过率等引起的强度下降，λ为波长。

引入差分密度D`(λ)，则(3)式可改写为：

D′(λ)＝ln[I₀′(λ)/I(λ)]＝LCσ′(λ)      (4)式中：I`<sub>0</sub>(λ)＝I<sub>0</sub>(λ)F(λ)是人为定义的基线，σ`(λ)既是除去宽带结构的所谓差分截面，因此，吸收分子的浓度C有

C＝D′(λ)/[Lσ′(λ)]                       (5)由相关测速原理知，若能测得流场中2点间与颗粒速度有关的某些物理量随时间变化的序列，并假定颗粒在这2点间运动速度不变，则用相关分析法得到这2个时间序列的互相关函数，就可求得颗粒的速度：v＝l/τ..............(6)这里l是2个测点间的距离。

在上述原理的基础上，烟尘的测量采用光散射法，采用光谱特定谱线或波段吸收法测量气态污染物，并用双光束的光学法测量烟气的流速和排放量，因此本发明的方案是采用光学探测，光谱分析，具体的烟尘、烟气排放监测装置装置，其特点是，它包括烟尘、烟气排放的区域内的两侧置有光发射器和光接收器、光谱仪、计算机和气源，光接收器的输出经光谱仪和计算机连接，供给保护气体的气源通过管路和光发射器和光接收器连接。

本发明的优点：

1、可以用一套装置同时进行烟尘、烟气的在线监测，装置结构紧凑、成本低、安装方便。

2、本装置可以实现对高大排放源的远距离、实时、在线和连续测量，直接给出烟气中以mg·m^-3表示的烟尘排放浓度，无需标定。

3、本装置可以有两种不同的应用方式，一是固定式，即将整个装置安装到烟道上；另一种应用形式是将整个测量装置设计为细长杆式的便携式，供环保管理部门对任一大气污染排放源的不定期监测。

4、根据测量结果可以对烟道上游所使用的分离设备的性能和运行状态进行监测和评价，还可及时发现热力设备运行中的一些不正常因素。

5、测量精度高，操作简单、方便。

将整个测量***安装在烟道或其他污染源排放管道上，所有信号均可传到集控室内，由计算机处理所有数据得到烟尘、气态污染物的浓度和排放总量及烟气流速，将测量结果打印记录并储存在计算机内，从而实现了对大气污染源排放的烟尘、烟气的浓度和排放总量的实时、在线、远距离、连续和定量的监测。

附图说明：

图1是本发明的一个实施方案组成示意图；

图2是本发明的另一个实施例结构示意图。

具体实施方式：

实施例1

由图1所示，本实施例包括光发射器、光接收器、光谱仪、计算机和气源，光发射器包括光源1、耦合透镜2、光纤3、准直透镜4，光接收器包括接收透镜8、光纤9，光源1所发出的光经过耦合透镜2后，经光纤3传输到安装在污染源排放管道上的准直透镜4，由准直透镜4准直后射入排污管道6内，光束穿过排污管道6后进入安装在管道另一侧的接收透镜8，由接收透镜8接收后经光纤9送到多元光谱仪10进行分析并将信号传输到计算机5内进行数据分析处理，由气源12供给的保护气体通过气体管路输送到探测器的空气入口7、11上，送入探测器内。

实施例2：

它是如图2所示的细长杆式的便携式烟尘、烟气排放监测装置，它亦由光发射器、光接收器、光谱仪、计算机和气源组成，光发射器包括光源16、耦合透镜17、光纤18、透镜19，光接收器包括接收反射镜22、接收光纤27，光发射器和光接收器置于一个细长的壳体28内测量区24两侧，测量区24两侧对应透镜19，反射镜22开有小孔20、21，光接收器经光谱仪14和计算机13相连接，光源16所发出的光经耦合透镜17耦合后进入光纤18内，光束经透镜19后通过测量孔20射入测量区24内，穿过测量区经小孔21到达反射镜22反射后沿原路返回，经透镜19后进入接收光纤27送入光谱仪14进行信号分析并送入计算机13中处理计算。该装置可供环保管理部门对任一排放源的不定期监测，使用时将测量头直接由烟气管道的开口处***即可测量。

Claims (3)

1、一种烟尘、烟气排放监测装置装置，其特征在于，它包括在烟尘、烟气排放的区域内的两侧置有光发射器和光接收器、光谱仪、计算机和气源，光接收器的输出经光谱仪和计算机连接，供给保护气体的气源通过管路和光发射器和光接收器连接。

2、根据权利要求1所述的烟尘、烟气排放监测装置装置，其特征在于，所述的光发射器包括光源(1)、耦合透镜(2)、光纤(3)、准直透镜(4)，光接收器包括接收透镜(8)、光纤(9)，光源(1)所发出的光经过耦合透镜(2)后，经光纤(3)传输到安装在污染源排放管道上的准直透镜(4)，由准直透镜(4)准直后射入排污管道(6)内，光束穿过排污管道(6)后进入安装在管道另一侧的收透镜(8)，由接收透镜(8)接收后经光纤(9)送到多元光谱仪(10)进行分析并将信号传输到计算机(5)内进行数据分析处理。

3、根据权利要求1所述的烟尘、烟气排放监测装置装置，其特征在于，所述的光发射器包括光源(16)、耦合透镜(17)、光纤(18)、透镜(19)，光接收器包括接收反射镜(22)、接收光纤(27)，光发射器和光接收器置于一个细长的壳体(28)内测量区(24)两侧，测量区(24)两侧对应透镜(19)，反射镜(22)开有小孔(20、21)，光接收器经光谱仪(14)和计算机(13)相连接，光源(16)所发出的光经耦合透镜(17)耦合后进入光纤(18)内，光束经透镜(19)后通过测量孔(20)射入测量区(24)内，穿过测量区经小孔(21)到达反射镜(22)反射后沿原路返回，经透镜(19)后进入接收光纤(27)送入光谱仪(14)进行信号分析并送入计算机(13)中处理计算。

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