一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪的制作方法

本发明涉及一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，应用于固定污染源烟气超低排放监测领域。

背景技术：

随着空气污染的日益严重，国家对于污染源排放的控制力度也在逐渐加大。2014年9月，国家发改委、环境保护部、国家能源联合发布《煤电节能减排升级改造行动计划（2014-2020年）》，提出到2020年，东部地区现役的机组通过改造基本达到燃气轮机组排放限限值的要求，其中SO₂和NO_x的排放浓度分别不高于35mg/m³、50mg/m³，超低排放对监测仪器提出了极高的要求。

目前国内现有的常规烟气分析仪主要以冷干抽取法为主，其采用的主要技术原理包括非分散红外（NDIR）、紫外差分（DOAS）以及非分散紫外（NDUV）等。各技术都具有本身的优势和特点，其中紫外差分吸收光谱技术，抗干扰能力强，可以有效的避免水汽或其他气体的交叉干扰。现有的常规烟气分析仪量程基本在200ppm以上，甚至达到2000ppm，其监测指标远不能满足针对超低排放监测的需求。为了提高仪器的检测灵敏度满足超低排放的监测需求，需要对仪器进行技术改进。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪。

本发明采用的具体方案如下：

一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：包括分析仪机箱，所述分析仪机箱的后面板上设有样气入口、零气入口，分析仪机箱的前面板上设有转子流量计、触摸显示屏，分析仪机箱上设有排空口，分析仪机箱内设有滤膜过滤器、气态污染物检测模块、温控光谱分析模块、两位三通阀、氧传感器、电源模块、隔膜泵、主控制模块；气态污染物检测模块与温控光谱分析模块通过石英光纤连接；

所述主控制模块与电源模块、隔膜泵、两位三通阀、气态污染物检测模块、温控光谱分析模块、氧传感器、触摸显示屏电连接；

零气通过零气入口传输至滤膜过滤器，经滤膜过滤器过滤，再由隔膜泵将零气抽取至两位三通阀的一个接口；样气通过样气入口直接连接至两位三通阀的另一个接口，两位三通阀的出口通过管路连接至转子流量计，转子流量计出口连接气体污染物检测模块的进气口，气体污染物检测模块的出气口连接至氧量传感器，氧量传感器连接至排空口。

所述的一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：所述气态污染物检测模块包括脉冲氙灯紫外光源、检测室，脉冲氙灯紫外光源与主控制模块电连接，检测室内设有多次反射池，检测室的两端内壁上分别固定多次反射池主镜、多次反射池次镜，检测室的一端设有光路入口、光路出口，光路入口处设有窗片，光路出口处设有聚焦透镜、石英光纤，脉冲氙灯紫外光源的前方光路上依次设置有准直透镜、反射镜，脉冲氙灯紫外光源发出的光束被准直后，经反射镜反射再经窗片由检测室的一端进入多次反射池，反射光在多次反射池中进行多次反射后，由检测室一端的光路出口出射，经聚焦透镜耦合至石英光纤。

所述的一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：所述温控光谱分析模块包括有壳体以及位于壳体内的光谱仪、PTC加热片、散热片、PT100温度传感器；光谱仪、PTC加热片、PT100温度传感器与主控制模块电连接，气态污染物检测模块通过石英光纤与光谱仪连接。

所述的一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：所述气态污染物检测模块中的检测室表面喷涂有黑色特氟龙涂层，加强检测室的防腐蚀性，同时防止检测室内壁对样气的吸附。

所述的一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：所述气态污染物检测模块中多次反射池次镜采用四拉三顶的调节方式，用于调节次镜的俯仰和偏摆角度及距多次反射池主镜的距离。

所述的一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：所述气态污染物检测模块中反射镜、多次反射池主镜、多次反射池次镜均镀紫外介质膜，要求在210-250nm波段的反射率大于90%。

所述的一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：通过对多次反射池次镜的调节，可以改变多次反射池反射次数，进而改变检测光路的光程；所述气态污染物检测模块中检测室内多次反射池的基长为25cm，反射次数的调节范围为4～22次，检测光路的光程为1～5.5m。

所述的一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，其特征在于：所述温控光谱分析模块中壳体为铝型材盒，铝型材盒内壁贴有保温棉，通过PTC加热片和散热片结合对铝型材盒内空气加热，PT100温度传感器用于探测环境温度，主控模块控制铝型材盒内环境在38℃±0.1℃波动。

所述滤膜过滤器过滤孔为0.2um，从零气入口进入的零气要经过滤膜过滤器过滤再进入气态污染物检测模块。

本发明的基本原理在于：

基于紫外差分吸收光谱技术检测烟气中的SO2、NOx，测量波段位于210-250nm之间，光谱分辨率达到0.4nm。紫外差分吸收光谱技术利用待测目标污染物在紫外区域的特征吸收结构即指纹吸收，通过有效的数字滤波提取污染物的浓度信息。其工作过程是光源（脉冲氙灯）发出的光经过准直透镜、反射镜进入气态污染物检测室，经多次反射池反射，被流经气体室的待测样气所吸收，携带待测样气吸收信息的光经透镜汇聚后耦合入石英光纤，经石英光纤传输送入温控光谱分析模块进行分光处理，即可得到气体的吸收光谱，通过对光谱进行差分分析，并结合化学计量学算法，可以分析获得污染气体浓度。待测样气最终通过氧传感器从分析仪机箱上的排空口排出。

本发明的优点是：

本发明利用多次反射池技术，有效的增加气体吸光程，从而有效的提高仪器的检测灵敏度；同时通过对光谱仪进行温度控制，以保障光谱长期测量的稳定性和可靠性，温度控制精度达到±0.1℃；本发明在经过国家相应的技术检测规范检验后即可作为超低排放监测的烟气分析仪器；本发明结构紧凑、操作简单、稳定可靠，可实现超低浓度烟气的在线分析。

附图说明

图1是本发明的烟气分析仪结构布局图。

图2是本发明的烟气分析仪中多次反射池结构图。

图3是本发明的烟气分析仪内气路示意图。

具体实施方式

如图1-3所示，一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪，包括分析仪机箱1，分析仪机箱1的后面板上设有样气入口11、零气入口12，分析仪机箱1的前面板上设有转子流量计7、触摸显示屏6，分析仪机箱1上设有排空口14，分析仪机箱1内设有滤膜过滤器13、气态污染物检测模块10、温控光谱分析模块5、两位三通阀4、氧传感器9、电源模块2、隔膜泵3、主控制模块8；气态污染物检测模块10与温控光谱分析模块5通过石英光纤17连接；

气态污染物检测模块包括脉冲氙灯紫外光源21、检测室23，脉冲氙灯紫外光源21与主控制模块8电连接，检测室23内设有多次反射池，多次反射池的两端内壁上分别设有多次反射池主镜16、多次反射池次镜22，检测室23的一端设有光路入口、光路出口，光路入口处设有窗片18，光路出口处设有聚焦透镜15、石英光纤17，脉冲氙灯紫外光源21的前方光路上依次设置有准直透镜20、反射镜19，脉冲氙灯紫外光源21发出的光束被准直后，经反射镜19反射再经窗片18由检测室23的一端进入多次反射池，反射光在多次反射池中进行多次反射后，由检测室23一端的光路出口出射，并耦合至石英光纤17；

温控光谱分析模块5包括有壳体以及位于壳体内的光谱仪、PTC加热片、散热片、PT100温度传感器；光谱仪、PTC加热片、PT100温度传感器与主控制模块8电连接，气态污染物检测模块5通过石英光纤17与光谱仪连接；

零气通过零气入口12传输至滤膜过滤器13，经滤膜过滤器13过滤，再由隔膜泵3将零气抽取至两位三通阀4的一个接口；样气通过样气入口11直接连接至两位三通阀4的另一个接口，两位三通阀4的出口通过管路连接至转子流量计7，转子流量计7出口连接气体污染物检测模块10的进气口，气体污染物检测模块10的出气口连接至氧量传感器9，氧量传感器9连接至排空口；

主控制模块8与电源模块2、隔膜泵3、两位三通阀4、氧传感器9、触摸显示屏6电连接。

气态污染物检测模块10中的检测室23表面喷涂有黑色特氟龙涂层，加强检测室的防腐蚀性，同时防止检测室内壁对样气的吸附。

气态污染物检测模块10中多次反射池次镜22采用四拉三顶的调节方式，用于调节次镜的俯仰和偏摆角度及距多次反射池主镜的距离。

气态污染物检测模块10中反射镜19、多次反射池主镜16、多次反射池次镜22均镀紫外介质膜，要求在210-250nm波段的反射率大于90%。

通过对多次反射池次镜22的调节，可以改变多次反射池反射22次数，进而改变检测光路的光程；所述气态污染物检测模块10中检测室23内多次反射池的基长为25cm，反射次数的调节范围为4～22次，检测光路的光程为1～5.5m。

温控光谱分析模块5中壳体为铝型材盒，铝型材盒内壁贴有保温棉，通过PTC加热片和散热片结合对铝型材盒内空气加热，PT100温度传感器用于探测环境温度，主控模块控制铝型材盒内环境在38℃±0.1℃波动。

滤膜过滤器13过滤孔为0.2um，从零气入口12进入的零气要经过滤膜过滤器13过滤再进入气态污染物检测模块10。

本发明一种基于紫外多次反射池技术的超低排放烟气分析仪的气态污染物浓度测试步骤如下：

步骤1、调节气态污染物检测模块10中多次反射池的反射镜，多次反射池主镜16、多次反射池次镜22的固定调节结构（即三顶四拉调节结构），达到要求的反射次数，并且脉冲光源输出光束经多次反射池反射后出射的光斑光强经石英光纤17传输到光谱仪满足光强需求；

步骤2、向超低排放烟气分析仪中通入零气，主控制模块8控制两位三通阀4使零气进入气态污染物检测模块10），直至零气充满气态污染物检测室检测模块10，进行零点校准；

步骤3、通过样气入口11向超低排放烟气分析仪中通入80%-100%量程的标气，主控制模块8控制两位三通阀4使标气进入气态污染物检测模块10，直至标气充满气态污染物检测模块10检测室23，进行跨度校准；

步骤4、通过样气入口11向超低排放烟气分析仪中通入待测样气，主控制模块8控制两位三通阀4使样气进入气态污染物检测模块10，直至样气充满气态污染物检测模块10的检测室23；经多次反射池反射，被流经检测室23的待测样气所吸收，携带待测样气吸收信息的光经聚焦透镜15汇聚后耦合入石英光纤17，经石英光纤17传输送入温控光谱分析模块5进行分光处理，得到气体的吸收光谱。通过对光谱进行差分分析，可以分析获得污染气体浓度。