适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪的制作方法

本发明适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪，属于颗粒物在线监测技术领域。

背景技术：

常规激光后散射法烟尘仪是常用的烟尘检测仪器，常规激光后散射法烟尘仪测量原理为使用红外激光作为发射光源，当激光照射在粉尘上时，产生光散射。在光学系统和粉尘性质一定的条件下，散射光强度与粉尘浓度成比例，进而经过计算后完成测量。

从工程实践上来看，激光后散法烟尘仪在烟尘排放浓度较高时（大于50mg/m³），是比较好的选择。但是针对国内30mg/m³以下，甚至5mg/m³粉尘排放技术要求，作为在线粉尘测量装置，已经远远不能达到技术要求。原因如下：

（1）粉尘的粒径和浓度同步下降了很多，因此激光反射和折射的机会下降了很多，出现测量不出来，没有反射光信号等现象。

（2）烟气含水量加大，一般要占10%以上，甚至更高，激光照射至微型水滴上，会产生反射和折射，因此受水分干扰因素大，导致测量不准确。

技术实现要素：

本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪，测量精度高。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪，包括机柜、带加热采样探头、测试腔、低浓度粉尘仪传感器和射流泵，所述带加热采样探头设置在烟道内，且所述带加热采样探头通过伴热管线连接在机柜内的测试腔内，所述测试腔上设置有加热模块，所述低浓度粉尘仪传感器设置在测试腔上，用于测量测试腔内采集的烟气颗粒物浓度，所述射流泵设置在机柜内部的底侧，用于将带加热采样探头采集的烟气抽入测试腔内。

所述机柜的内部底侧设置有风机，所述风机位于射流泵下方，且所述风机用于驱动射流泵工作，通过所述风机正反转实现测试腔内吸气与排气。

所述机柜内部侧壁上设置有变频器，所述变频器与风机电连接，用于控制风机的转速。

所述伴热管线上设置有电磁阀，所述电磁阀用于控制气路通断。

所述测试腔与带加热采样探头连接处设置有微压差传感器，所述微压差传感器与变频器之间电连接，与变频器配合控制风机的转速，确保带加热采样探头等速采样。

所述带加热采样探头上设置有烟道连接法兰，所述烟道连接法兰用于将带加热采样探头固定在烟道内。

所述测试腔的加热模块维持测试腔的温度≥100℃。

所述低浓度粉尘仪传感器的激光镜片外侧设置有反吹气接口，所述反吹气接口与风机出风口通过管道连通，为激光镜片提供反吹保护气。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明采用抽取式测量，避免烟道内流速波动对测量产生不利影响，而且采用全程加热，消除水蒸气对测量产生的不利影响，同时采用前向散射技术，实现超低量程颗粒物测量。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的立体示意图。

图中：1为机柜、2为带加热采样探头、3为测试腔、4为低浓度粉尘仪传感器、5为射流泵、6为伴热管线、7为风机、8为变频器、9为电磁阀、10为微压差传感器、11为烟道连接法兰。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明适用于低、湿烟气中的颗粒物浓度测量仪，包括机柜1、带加热采样探头2、测试腔3、低浓度粉尘仪传感器4和射流泵5，所述带加热采样探头2设置在烟道内，且所述带加热采样探头2通过伴热管线6连接在机柜1内的测试腔3内，所述测试腔3上设置有加热模块，所述低浓度粉尘仪传感器4设置在测试腔3上，用于测量测试腔3内采集的烟气颗粒物浓度，所述射流泵5设置在机柜1内部的底侧，用于将带加热采样探头2采集的烟气抽入测试腔3内。

所述机柜1的内部底侧设置有风机7，所述风机7位于射流泵5下方，且所述风机7用于驱动射流泵5工作，通过所述风机7正反转实现测试腔3内吸气与排气。

所述机柜1内部侧壁上设置有变频器8，所述变频器8与风机7电连接，用于控制风机7的转速。

所述伴热管线6上设置有电磁阀9，所述电磁阀9用于控制气路通断。

所述测试腔3与带加热采样探头2连接处设置有微压差传感器10，所述微压差传感器10与变频器8之间电连接，与变频器8配合控制风机7的转速，确保带加热采样探头2等速采样。

所述带加热采样探头2上设置有烟道连接法兰11，所述烟道连接法兰11用于将带加热采样探头2固定在烟道内。

所述测试腔3的加热模块维持测试腔3的温度可设为100℃或110℃或120℃。

所述低浓度粉尘仪传感器4的激光镜片外侧设置有反吹气接口，所述反吹气接口与风机7出风口通过管道连通，为激光镜片提供反吹保护气。

本发明采用抽取式颗粒物在线监测，针对超低排放机组而言，开发的小量程低浓度湿烟气烟尘仪，将低温含水或者液滴烟气进行原位抽取加热，通过提高烟气温度，进行烟尘测量，同时考虑到超低排放机组的烟尘浓度较低，所以选择小量程测量单元，一般量程低于50mg/m³。

本发明的工作原理是：将含有水滴或者雾滴湿烟气利用射流泵进行抽取，采样探头和测量室均有加热功能，将烟气升温至露点温度以上，然后在测量室安装激光前散射法烟气分析单元，进行测量，采样后烟气直接排入烟道中，即完成整个测量过程。

本发明的工作过程：上电后采样探头和测试腔的加热模块开始加热，由于刚上电加热温度未达到取样的温度，风机先对系统管道进行吹扫，系统监测到加热温度达到设定温度后，电磁阀动作，进入到烟气采样状态，射流泵产生的负压将样气吸入采样探杆，最后到测量单元进行粉尘浓度的测量。自上电开始，风机一直提供光学玻璃窗口的保护气。系统在取样的同时监测过程管路中的压力、温度和流速，以保证系统的测量准确及稳定性。系统设定自动反吹功能，确保管路不会在长时间运行的情况下发生堵塞情况。系统还配备满量程校准功能，方便日常的测量维护。

本发明是为了进一步适应新国标gb13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》而进行的技术升级与产品换代工作，解决了目前后散射粉尘仪由于烟尘湿度、颗粒物粒径等因素导致的测量精度低，测量误差大的技术难点。

本发明采用一体化设计，仅由带加热采样探头和机柜两部分组成，安装便捷。

本发明各主要部件功能如下：

带加热采样探头：伸入烟道内，长度可根据烟道直径定做，自带加热功能，将采入气体加热，使用不锈钢316材质，提高探头在烟道恶劣环境下的防腐性能。

烟道连接法兰：将带加热采样探头固定在烟道上，砖烟道采用膨胀螺栓方式固定，金属烟道采用焊接的方法固定。

机柜：放置风机组件，主传感器，电气组件和管路部分，具备防雨功能，适于户外安装。

伴热管线：进行样气传输，防止样气遇冷凝结，影响测量结果。

电磁阀：控制气路通断，进行采样状态和反吹状态的切换。

微压差传感器：测量管路中的微压差，进而计算出样气流速。

测试腔：为密闭圆形墙体，自带加热功能，法兰接口可固定低浓度粉尘仪传感器。

低浓度粉尘仪传感器：为核心测量单元，激光光源发射投影直径约5mm的激光束，粉尘颗粒经过激光束时产生散射光，光电二极管接收散射光信号，转变成电压信号，再经过一系列计算，得出粉尘颗粒物的浓度值。

变频器：控制风机供电频率，使射流泵产生压强不等的吸力，实现等速采样。

射流泵：采样装置，由风机供气，发生文丘里效应后产生吸力，对烟道内粉尘进行采样。

风机：给射流泵供气，提供反吹气源，提供光学镜片保护气幕气源，功率1.75kw，最大流量3.6m³/min。

本发明中粉尘测量仪传感器是核心测量单元，将含有水滴或雾的湿烟气利用射流泵抽至测试腔，将烟气加热至120度以上，即烟气温度提升至露点以上，在测量室安装有激光前散射法烟气分析单元，激光光源发射投影直径约5mm的激光束，粉尘颗粒经过激光束时产生散射光，光电二极管接受散射光信号，转变成电压信号，再经过一系列计算，得出粉尘颗粒物的浓度值，采样后的烟气直接排入至烟道中，即完成整个测量过程。

粉尘测量仪传感器中各主要部件功能如下：

激光镜片反吹气接口：接6mm聚四氟乙烯气管，联通风机出气口，为激光镜片提供反吹保护气。

保护罩：保护耦合镜光纤和两根4mm聚四氟乙烯气管，同时预留光陷阱安装孔。

气管和光纤通道：304不锈钢管，内部为两根4mm聚四氟乙烯气管和光纤的通道。

激光通道：在支撑板组件上开有两个长孔，使激光通过，最终直达光陷阱。

满量程校准块：内有两个成90角的反射镜，改变激光传输路径，实现满量程校准。

电气盒：装有参数版，电源板，数字板，模拟板，激光模块，光电二极管模块，4mm聚四氟乙烯气管转接头。

电路板：电源板，数字板，模拟板组成，光电二极管焊接在顶部中心，完成从散射光信号到颗粒物浓度值的一系列计算过程。

光纤耦合镜：收集激光散射信号，聚焦至光纤头部。

反吹气接头：对称布置，连接两根4mm聚四氟乙烯气管，对耦合镜中的双凸镜片进行保护。

光电二极管：完成光信号至电压信号的转换。

电气接口：为电源板提供24v直流电，并传输计算数据至plc控制单元。

原系统有两个风机，大风机为射流泵供气，且提供光学玻璃窗口的保护气，小风机提供系统反吹气，小风机反吹的方案，除了增加成本外，程序控制的复杂程度增加，整机出现故障的概率也变高，经过反复验证，发现为射流泵供气的大风机也可以同时完成反吹工作，随后更改大风机接头设计，取消小风机。

本发明其余各部件功能如下：

风机出气口：连接风机转接头，

风机进气口：连接过滤器，保证反吹气的清洁度。

系统管路反吹气接口：连接12mmpu管，为系统提供反吹气。

风机转接头：下部为2寸螺纹，连接风机，上部有三个安装孔，分别与射流泵，系统管路反吹气接口，光学镜片反吹气接口连通。

光学镜片反吹气接口：连接6mm聚四氟乙烯管，为激光镜片和耦合镜镜片提供反吹气。

本发明中带加热采样探头主要有两个功能，烟气采样功能和烟气预加热功能。普通的采样探头仅有烟气采样功能，针对超低排放的颗粒物测量，低温湿烟气，烟温多在50摄氏度左右，烟气中水蒸气为过饱和状态，含有大量液滴。其液滴成分含有大量的钙镁离子和硫酸根离子和氧化钙固形物。

本发明涉及的颗粒物的浓度低，一般在20mg/m³以下，很多机组在10mg/m³以下。颗粒物的成份和性质复杂，为液态气溶胶和固态气溶胶并存状态，按照我国最新修订的颗粒物测量标准，要求颗粒物测量必须在烟气加热105度以上工况形成的固体颗粒物才可以为排放颗粒物，进而进行测量。

本发明中带加热采样探头由三部分组成，外管，带加热内管和进气管。材质均为316不锈钢，以提高耐腐蚀能力。

进气管：固定在外管上，烟气由进气管进入加热腔，进气管的进气口方向可调，可设置成0°，90°，180°，270°。

带加热内管：管子内壁做红外涂层处理，以提高导热管对内部烟气的加热效率。加热温度200℃，从常温到200℃的加热时间约10分钟，内部预埋温度传感器，进行温度的监测和调控。

外管：一头焊接有法兰盘，与安装法兰对接。另一头安装进气管。带加热内管安装于外管内，外管起到了保护作用。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。