一种智能化烟气成份检测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能化烟气成份检测系统，其包括采样探头、前处理装置和检测装置，所述采样探头的一端位于排烟管道内的被测气体中，采样探头的另一端与前处理装置的输入端连接，所述检测装置包含数路检测通道，每一检测通道包括气路切换装置、传感器和传感器处理模块；每路检测通道的传感器处理模块均输出连接至一分析模块，所述分析模块包含用于逻辑运算被测气体成分浓度和计算被测气体检测频率的计算器，分析模块还包含根据所述计算器的计算结果控制气路切换装置内部气路切换状态的控制器。本发明还涉及一种智能化烟气成份检测方法。本方案能够解决现有烟气成份在线检测系统中电化学方式检测原理的传感器使用寿命短的问题。
【专利说明】
一种智能化烟气成份检测系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及工业燃烧装置的排放气体成份检测，具体是一种智能化烟气成份检测系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着环保排放要求日益严格，环保部门对各工业、企业的排放监管也越来越严，尤其是对工业窑炉、锅炉等燃烧装置的排放气体，要求配置在线连续监测系统进行检测，且数据必须发送至环保局，考核企业的排放是否持续达标。
[0003]针对该情况，对于燃烧排放气体的检测多采用连续烟气成份在线检测系统(CEMS)进行监测，目前市面上该系统大多采用光学分析方法，但是此方法所用传感器价格高昂，且光学仪器对烟气要求很高，包括湿度、粉尘量等，维护工作对专业能力要求较高。对于一般的工业锅炉并不适用。但是，若采用普通的电化学方式检测，直接成本较光学检测偏低，但是由于传感器使用寿命很短，需要频繁更换，总体成本也很高。
[0004]基于以上原因，现在的烟气成份检测方式亟待改进，确保检测的可靠性以及准确性的同时，尽可能的延长传感器的使用寿命，降低检测系统的成本。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种智能化烟气成份检测系统及方法，其能够解决现有烟气成份在线检测系统中电化学方式检测原理的传感器使用寿命短的问题。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]—种智能化烟气成份检测系统，其包括采样探头、前处理装置和检测装置，所述采样探头的一端位于排烟管道内的被测气体中，采样探头的另一端与前处理装置的输入端连接，所述检测装置包含数路检测通道，每一检测通道包括气路切换装置、传感器和传感器处理模块;所述气路切换装置的一端与前处理装置的输出端气路连接，气路切换装置的另一端与其所在检测通道中传感器的输入端气路连接，气路切换装置包含用于控制其内部气路切换的切换部件;所述传感器的输出端与其所在检测通道中的传感器处理模块电连接，传感器处理模块包含用于计算被测气体成分浓度的处理电路;每路检测通道的传感器处理模块均输出连接至一分析模块，所述分析模块包含用于逻辑运算被测气体成分浓度和计算被测气体检测频率的计算器，分析模块还包含根据所述计算器的计算结果控制气路切换装置内部气路切换状态的控制器。
[0008]进一步的，所述气路切换装置具有用于连接零气的气路接口，其切换部件具有零气接通以及被测气体气路的通、断三种工作状态。
[0009]进一步的，所述分析模块电连接有交互模块，所述交互模块包含用于设置系统参数和显示分析模块计算结果的人机交互界面。
[0010]进一步的，所述检测装置包含至少两路检测通道。
[0011]本方案通过在系统的前处理装置后分别引出数路检测通道，其优化了系统对多种气体检测的布局结构，对排烟管道而言，只需通过一个采样探头编能够实现多种气体成份的检测。另一方面，每路检测通道的传感器对应检测相应气体的成份浓度，分析模块根据该检测通道检测到的气体成分浓度来控制检测通道中被测气体气路的通断状态，减少传感器与被测气体不必要的接触，降低传感器的使用频率，提高电化学方式检测原理的传感器的使用寿命。同时，由于各检测通道是分离控制的，确保了某路检测通道在切断情况下，其他检测通道的工作不受影响。
[0012]所述气路切换装置处于零气接入时，用于对传感器进行校准。所述交互模块用于适应检测要求的变化，根据不同要求设置系统参数;其还向工作人员显示分析模块的计算结果，如检测结果、报警信息等。本系统进行多种气体成份检测时，效果尤为显著。
[0013]对应本方案的系统，本发明还提出了一种智能化烟气成份检测方法，其包括如下过程:
[0014]被测气体采集过程:实时采集排烟管道中的含有被测气体的烟气。
[0015]被测气体前处理过程:将采集到的烟气进行前处理，得到被测气体。
[0016]被测气体检测过程:对被测气体分检测通道进行检测，其中，检测通道的数量与需要检测的气体种类数相同，各检测通道对应需要检测的气体种类布置所需的传感器，各检测通道与被测气体之间的连接气路上通过布置气路切换装置来控制其通断状态，传感器检测被测气体的传感信号通过传感器处理模块转换成代表气体成份浓度的数字信号，这些数字信号经分析模块处理后通过交互模块得到对应气体种类的成份浓度信息显示。
[0017]被测气体检测频率控制过程:分析模块根据气体成份浓度的变化，调节对应检测通道上气路切换装置的通断频率以及通断周期，达到控制对应检测通道中气体成份浓度的检测频率。
[0018]进一步的，所述被测气体检测频率控制过程中，对于每路检测通道，对应其检测的气体设三个气体成份浓度阀值A、B、C，有A〈B〈C。
[0019]当分析模块判断该检测通道检测的气体成份浓度值小于A时，该检测通道的气体检测按正常频率进行检测。
[0020]当分析模块判断该检测通道检测的气体成份浓度值在设定时期内大于A而小于B时，该检测通道的气体检测频率小于正常频率。
[0021]当分析模块判断该检测通道检测的气体成份浓度值大于C时，该检测通道的气体检测频率较气体成份浓度值在设定时期内大于A而小于B时的检测频率小，并发出报警。
[0022]进一步的，对于每路检测通道所检测到的气体成份浓度，自动计算并调整检测频率，其中:设其传感器需要的使用寿命为L，分析模块根据传感器单次检测气体浓度值的单次消耗量Xd以及基础检测频率Fl确定传感器的典型周期消耗量X;再根据传感器的剩余量
S、完整周期的工作时长T以及所需的使用寿命L，计算需调整的检测频率。
[0023]该方法中，检测通道检测气体成份浓度的频率是受控调节变化的，当气体浓度较高时，采用电化学方式的传感器检测气体，其单次检测对于传感器的消耗量就会增加，为保证传感器需要的使用寿命，调节传感器的检测频率以保证使用寿命。本方法减少传感器与被测气体不必要的接触，降低传感器的使用频率，提高电化学方式检测原理的传感器的使用寿命。
【附图说明】
[0024]图1是本发明检测系统的结构示意图；
[0025]图2是本发明检测系统的一种具体实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
[0027]—种智能化烟气成份检测系统，如图1所示，其包括采样探头2、前处理装置3和检测装置4，所述采样探头2的一端位于排烟管道I内的被测气体中，采样探头2的另一端与前处理装置3的输入端连接，所述前处理装置3的输出端与检测装置4连接。在此基础上，所述检测装置4对待检测气体采用单独通道检测的方式，其包含数路检测通道，每一检测通道包括气路切换装置、传感器和传感器处理模块。每路检测通道对应检测一种气体的成份浓度，各检测通道的传感器对应为相应待检测气体。
[0028]本系统具体结构为:气路切换装置的一端与前处理装置3的输出端气路连接，气路切换装置的另一端与其所在检测通道中传感器的输入端气路连接，气路切换装置包含用于控制其内部气路切换的切换部件。所述传感器的输出端与其所在检测通道中的传感器处理模块电连接，传感器处理模块包含用于计算被测气体成分浓度的处理电路。每路检测通道的传感器处理模块均输出连接至一分析模块5，所述分析模块5包含用于逻辑运算被测气体成分浓度和计算被测气体检测频率的计算器，分析模块5还包含根据所述计算器的计算结果控制气路切换装置内部气路切换状态的控制器。
[0029]以图2所示的两路检测通道为例具体说明，采样探头2采集排烟管道I内的烟气，经前处理装置3除尘、除水等处理后作为待测气体进入两检测通道。第一检测通道中的气路切换装置一 41连通气路，传感器一 42及传感器处理模块一 43用于检测第一种气体成份，分析模块5根据第一检测通道检测出的气体成份浓度，根据气体成份浓度的值以及不同的超标情况发出不同的报警信号，当出现严重超标时，自动切断第一检测通道，自动计算检测频率后按检测频率再次检测。当连续多次检测到严重超标后，分析模块5将持续发出报警，并将再次将检测周期延长。
[0030]第二检测通道中的气路切换装置二 44、传感器二 45及传感器处理模块二 46对第二种气体成份进行检测，其作用机理与上述第一检测通道一致，不再赘述。当检测通道多于两路时，原理与上述两路一致，不再例举。
[0031]所述分析模块5电连接有交互模块6，所述交互模块6包含用于设置系统参数和显示分析模块5计算结果的人机交互界面。人机交互界面能够显示检测结果、报警信息以及设置参数。分析模块5根据所采集的气体成份浓度与对应传感器使用量的比值、传感器工作时长以及传感器消耗量的比值进行计算，根据需要的使用寿命确定间歇采集的频率，该计算出的频率可以是针对单个传感器的采集频率，也可以是针对多个传感器的采集频率。
[0032]所述气路切换装置具有用于连接零气的气路接口，其切换部件具有零气接通以及被测气体气路的通、断三种工作状态。当处于零气接入时，分析模块5自动检测气路切换装置的位置状态，将自动对传感器进行校准。
[0033]本发明对应上述检测系统，提供了一种智能化烟气成份检测方法，其包括如下过程:
[0034]被测气体采集过程:实时采集排烟管道I中的含有被测气体的烟气。
[0035]被测气体前处理过程:将采集到的烟气进行前处理，得到被测气体。
[0036]被测气体检测过程:对被测气体分检测通道进行检测，其中，检测通道的数量与需要检测的气体种类数相同，各检测通道对应需要检测的气体种类布置所需的传感器，各检测通道与被测气体之间的连接气路上通过布置气路切换装置来控制其通断状态，传感器检测被测气体的传感信号通过传感器处理模块转换成代表气体成份浓度的数字信号，这些数字信号经分析模块5处理后通过交互模块6得到对应气体种类的成份浓度信息显示。
[0037]被测气体检测频率控制过程:分析模块5根据气体成份浓度的变化，调节对应检测通道上气路切换装置的通断频率以及通断周期，达到控制对应检测通道中气体成份浓度的检测频率。
[0038]该方法中，检测通道检测气体成份浓度的频率是受控调节变化的，当气体浓度较高时，采用电化学方式的传感器检测气体，其单次检测对于传感器的消耗量就会增加，为保证传感器需要的使用寿命，调节传感器的检测频率以保证使用寿命。
[0039]在实际运用中，检测频率微调的影响并不明显，且对于气体成份浓度的每一个值都进行检测频率的调节也不够实用，因而，我们可以将被测气体的浓度进行阶段划分，每个阶段对应该阶段的检测频率，便于实际操作。将被测气体的浓度划分为三个阶段，对应设三个气体成份浓度阀值A、B、C，有A〈B〈C，其中气体成份浓度值小于A时表示处于正常情况，气体成份浓度值大于A而小于B时表示浓度较正常值偏高，气体成份浓度值大于C时表示严重超标。
[0040]当分析模块5判断该检测通道检测的气体成份浓度值小于A时，该检测通道的气体检测按正常频率不变进行检测。
[0041]当分析模块5判断该检测通道检测的气体成份浓度值在设定时期内大于A而小于B时，该检测通道的气体检测频率小于正常频率，其中的设定时期人为设定，如可以是连续五次检测的时间。
[0042]当分析模块5判断该检测通道检测的气体成份浓度值大于C时，该检测通道的气体检测频率较气体成份浓度值在设定时期内大于A而小于B时的检测频率小，再次降低该气体检测频率，由于此时已经严重超标，发出报警，由于在短期内检测已丧失意义，将检测频率降低最低为宜。
[0043]对于每路检测通道所检测到的气体成份浓度，自动计算并调整检测频率，其中:设其传感器需要的使用寿命为L，分析模块5根据传感器单次检测气体浓度值的单次消耗量Xd以及基础检测频率Fl确定传感器的典型周期消耗量X;再根据传感器的剩余量S、完整周期的工作时长T以及所需的使用寿命L，计算需调整的检测频率。
[0044]对于检测频率的控制，最初我们可以以气体成份浓度值长期处于正常状态，少数时期偏离正常值或超标的情况，计算在保证传感器需要的使用寿命L的前提下，气体成份浓度的检测频率。当实际的气体成分浓度为非正常状态时，传感器的使用寿命会受到明显影响，此时就需要调整检测频率。在保证最初的使用寿命L的前提下，以传感器的剩余量，更新计算变化后周期消耗量，从而计算出新的检测频率。
【主权项】
1.一种智能化烟气成份检测系统，包括采样探头、前处理装置和检测装置，所述采样探头的一端位于排烟管道内的被测气体中，采样探头的另一端与前处理装置的输入端连接，其特征在于:所述检测装置包含数路检测通道，每一检测通道包括气路切换装置、传感器和传感器处理模块； 所述气路切换装置的一端与前处理装置的输出端气路连接，气路切换装置的另一端与其所在检测通道中传感器的输入端气路连接，气路切换装置包含用于控制其内部气路切换的切换部件； 所述传感器的输出端与其所在检测通道中的传感器处理模块电连接，传感器处理模块包含用于计算被测气体成分浓度的处理电路； 每路检测通道的传感器处理模块均输出连接至一分析模块，所述分析模块包含用于逻辑运算被测气体成分浓度和计算被测气体检测频率的计算器，分析模块还包含根据所述计算器的计算结果控制气路切换装置内部气路切换状态的控制器。2.根据权利要求1所述的一种智能化烟气成份检测系统，其特征在于:所述气路切换装置具有用于连接零气的气路接口，其切换部件具有零气接通以及被测气体气路的通、断三种工作状态。3.根据权利要求1所述的一种智能化烟气成份检测系统，其特征在于:所述分析模块电连接有交互模块，所述交互模块包含用于设置系统参数和显示分析模块计算结果的人机交互界面。4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种智能化烟气成份检测系统，其特征在于:所述检测装置包含至少两路检测通道。5.一种智能化烟气成份检测方法，其特征在于，包括如下过程: 被测气体采集过程:实时采集排烟管道中的含有被测气体的烟气； 被测气体前处理过程:将采集到的烟气进行前处理，得到被测气体； 被测气体检测过程:对被测气体分检测通道进行检测，其中，检测通道的数量与需要检测的气体种类数相同，各检测通道对应需要检测的气体种类布置所需的传感器，各检测通道与被测气体之间的连接气路上通过布置气路切换装置来控制其通断状态，传感器检测被测气体的传感信号通过传感器处理模块转换成代表气体成份浓度的数字信号，这些数字信号经分析模块处理后通过交互模块得到对应气体种类的成份浓度信息显示； 被测气体检测频率控制过程:分析模块根据气体成份浓度的变化，调节对应检测通道上气路切换装置的通断频率以及通断周期，达到控制对应检测通道中气体成份浓度的检测频率。6.根据权利要求5所述的一种智能化烟气成份检测方法，其特征在于:所述被测气体检测频率控制过程中，对于每路检测通道，对应其检测的气体设三个气体成份浓度阀值A、B、C，有A〈B〈C; 当分析模块判断该检测通道检测的气体成份浓度值小于A时，该检测通道的气体检测按正常频率进行检测； 当分析模块判断该检测通道检测的气体成份浓度值在设定时期内大于A而小于B时，该检测通道的气体检测频率小于正常频率； 当分析模块判断该检测通道检测的气体成份浓度值大于C时，该检测通道的气体检测频率较气体成份浓度值在设定时期内大于A而小于B时的检测频率小，并发出报警。7.根据权利要求5或6所述的一种智能化烟气成份检测方法，其特征在于:对于每路检测通道所检测到的气体成份浓度，自动计算并调整检测频率，其中:设其传感器需要的使用寿命为L，分析模块根据传感器单次检测气体浓度值的单次消耗量Xd以及基础检测频率Fl确定传感器的典型周期消耗量X;再根据传感器的剩余量S、完整周期的工作时长T以及所需的使用寿命L，计算需调整的检测频率。
【文档编号】G01N33/00GK105911118SQ201610503421
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】赵征鹏, 彭俊, 杨钢
【申请人】重庆川然节能技术有限公司