本发明属于环保设备技术领域，更具体地，属于大气污染控制技术领域，并涉及一种船用尾气在线监测系统。
背景技术
中国是一个内河航运资源比较丰富的国家。截至2013年底，中国拥有水上运输船舶17.26万艘，净载重量2.44亿吨。全球十大港口，中国占据八席，吞吐量约占全球四分之一。船舶运输所带来的环境污染问题日益突出。据测算，2013年全国船舶二氧化硫排放量约占全国排放总量的8.4％，氮氧化物排放量占11.3％。受船舶污染影响最大的是港口城市，其次是江河沿岸城市。在这个大背景下，更清洁环保的发动机设计、使用低硫油和尾气处理系统成为未来的发展方向。而与之相关的尾气排放和监测系统需求也相继提出。
控制船舶烟气中污染物排放的前提是要知道污染物的成份及含量，而船舶烟气排放在线分析系统能实时在线的测量，其检测结果可及时发现船舶烟气排放过程中出现的问题，以便及时采取措施，以减少重大污染事件的发生。目前针对岸上污染物排放的尾气监测系统已经在电力、石化、柴油机出厂测试等行业开始使用，但是岸基使用的尾气排放在线监测系统往往采取机柜式，体积大，重量重，抗震性能相对较弱。但是船上空间相对岸基环境而言要狭小很多；同时由于船机功率大，使得船上的振动非常强烈，温度变化剧烈，尾气不稳定。
所以，小型化的、适合船用柴油机尾气的在线监测系统，由于面临船用柴油机尾气温度变化大、尾气不稳定、空间狭小、振动强烈等原因，一直未能使用。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种船用尾气在线监测系统，本系统能够模块化、减小体积、减振效果好，并能在船上进行高精度测试。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种船用尾气在线监测系统，所述系统包括依次连接的取样器、伴热管、气体处理柜、减震气体分析柜和控制主机；
所述取样器连接烟道，用来对烟道中尾气进行取样；
所述伴热管用于将取样器采集到的尾气样品保温并维持在一定温度范围内；
所述气体处理柜用于将气体中的水蒸气冷凝和粉尘过滤，包括水蒸气冷凝器、过滤器和监控装置；所述气体处理柜连接控制柜，所述控制柜通过监控装置监测并反馈的气体处理柜中的实时物理参数来控制气体处理柜中各电控单元；
所述减震气体分析柜用于对经过气体处理柜处理后的气体进行测试，并将测试结果发送到控制主机；所述减震气体分析柜包括分析柜外壳、分析仪和减震装置；所述减震装置用于气体分析柜整体和分析仪减震；所述分析仪包括向监测气体发出紫外光的紫外监测通道和向监测气体发出红外光的红外监测通道；
所述控制主机用于接收减震分析柜对尾气的测试结果，并分析此船舶尾气测试结果是否处于排放达标范围内。
进一步地，所述取样器包括采样探头、流量计、压力传感器和温度传感器；所述流量计、压力传感器和温度传感器均设置在采样探头的输出端，压力传感器和温度传感器连接控制柜。
进一步地，所述系统还包括吹扫单元，所述吹扫单元连接气体处理柜，用于在关机时维持管道压力，防止取样器端口堵塞；所述吹扫单元包括磁助式电接点压力表、吹扫气源、吹扫气路、过滤器和二位二通电磁阀。
进一步地，所述气体处理柜还包括取样泵，所述取样泵设置在冷凝器和过滤器之间，用于在整个气路中保持气体流量。
进一步地，所述控制柜还连接有输入设备和输出设备，所述输入设备用于向控制柜输入信息，所述输出设备用于输出控制柜的结果。
进一步地，所述系统还包括温控单元，所述温控单元连接减震气体分析柜，所述温控单元用于监控减震气体分析柜内部的温度。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的船用尾气在线监测系统，设置简单合理，模块化程度高，集成度高，拼装方便，易于装配和满足不同使用空间，可满足大多数船用场景。
(2)本发明的取样器能实时控制流量，采样器后的伴热管能调控尾气样品温度，使进入的气体可以维持在合适流量和温度，使得本发明不仅具有装配简单的特性，而且使得进入测试区的气体更均匀，温度变化更小，确保测试结果更准确。
(3)本发明的监测系统引入高精度红外和紫外两个通道来监测尾气中相应气体成分的含量，整个监测系统具有在线校准、测量准确的特点；本发明适用范围广，不仅适用于船用尾气在线监测，还可用于其他需要抗振动、高精度测试场景，和易受温度影响的气体检测。
附图说明
图1为本发明提供的船用尾气在线监测系统的架构原理图；
图2为实施例1中用尾气在线监测系统的结构示意图；
图3为实施例1中气体处理柜的结构示意图；
图4为实施例1中减震气体分析柜的结构示意图。
具体实施方式
展示一下实例来具体说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本发明的的精神和范围之内。
图1示出了本发明提供的船用尾气在线监测系统的架构原理。如图1所示，该系统包括依次连接的取样器、伴热管、气体处理柜、减震气体分析柜和控制主机；所述取样器连接烟道，用来对烟道中尾气进行取样，取样器的输出端连接伴热管；所述伴热管用于将取样器采集到的尾气样品保温并维持在一定温度范围内，伴热管的输出端将气体引入气体处理柜；所述气体处理柜用于将尾气样品中的水蒸气冷凝和粉尘过滤，包括水蒸气冷凝器、过滤器和监控装置；所述气体处理柜连接控制柜，控制柜通过监控装置监测并反馈的气体处理柜中的实时物理参数来控制气体处理柜中各电控单元，气体处理柜输出端的气体引入减震气体分析柜；减震气体分析柜用于对经过气体处理柜处理后的气体进行测试，并将测试结果发送到控制主机；所述减震气体分析柜包括分析柜外壳、分析仪和减震装置；所述减震装置用于气体分析柜整体和分析仪减震；所述分析仪包括向监测气体发出紫外光的紫外监测通道和向监测气体发出红外光的红外监测通道；所述控制主机用于接收减震分析柜对尾气的测试结果，并分析此船舶尾气测试结果是否处于达标范围内。
实施例1：
图2给出了一个具体的船用尾气在线监测系统，其中，取样器1的一端通过法兰接口与船舶尾气排放烟道紧密相接，取样器另一端连接带有加热丝的伴热管2，在伴热管2后设置有气体处理柜3，气体处理柜3由冷凝器、取样泵、过滤器和监控装置组成。气体处理柜3与吹扫单元4连接，吹扫单元可以在关机时维持管道压力，防止取样器端口堵塞。气体处理柜3同时与控制柜5相接，控制柜5读取监控装置的数据，通过显示设备6显示，通过输入设备7控制管路和电源的开关。气体处理柜3后设置有减震气体分析柜8，尾气样品经气体处理柜3冷凝过滤后引入减震气体分析柜8；减震气体分析柜包括分析柜外壳、分析仪和减震装置；其中，分析仪采用向监测气体发出紫外光的紫外监测通道和向监测气体发出红外光的红外监测通道。减震气体分析柜分析结果通过数据线传输给船上控制主机10，测试完成的气体经排出口排出。减震气体分析柜8内的温度由控温单元9进行监控，超过设置温度会进行报警，保护分析设备。船上控制主机10通过存储读取分析仪测试结果，确认船舶尾气排放数据是否在排放达标范围内，超标即可报警。
其中图2中的取样器包括采样探头、流量计、压力传感器和温度传感器；流量计、压力传感器和温度传感器均设置在采样探头的输出端，压力传感器和温度传感器均连接控制柜。采样探头为防腐不锈钢取样探头，由取样管、电热过滤腔两部分组成；电热过滤腔内装微孔陶瓷过滤器，外装电加热器组成，其功能是完成被测气体的取样及第一级粗过滤，其过滤精度5um，是整个取样预处理系统前级过滤器；电加热器是对整个过渡腔进行温度调节，包括法兰盘上的温度最高可达180℃，这就保证了外操作区的温度不会降至露点以下，以防水汽、蒸汽凝结，吸附硫化物、堵塞管道。流量计、压力传感器和温度传感器分别是测量尾气样品在进入样品处理柜之前的流量、压强和温度，便于下一步的冷凝、过滤的控制。其中流量可以直接从流量计上读数，压强和温度可以在控制柜的显示设备上显示。
气体处理柜的具体结构如图3所示，所述气体处理柜3包括水蒸气冷凝器31、取样泵32、过滤器33和监控装置34，水蒸气冷凝器31与伴热管2的输出端相接，水蒸汽冷凝器31设有冷凝水排口将冷凝水排出。尾气样品经水蒸汽冷凝器31冷凝后，引入取样泵32，取样泵用于在整个气路中保持气体流量。取样泵32与过滤器33相接，过滤器采用精密过滤芯，经过监控单元34监测流量和湿度后将尾气引入减震气体分析柜。监控单元34与控制柜5相接，将监测到的数据传入控制柜，控制柜根据数据确认是继续工作、报警还是断电操作。控制柜还连接有输入设备和输出设备，所述输入设备用于向控制柜输入信息，所述输出设备用于输出控制柜的结果。本实施方式中，输入设备采用按键实现，显示设备采用显示器实现。
为了在关机时维持管道压力或清洗吹扫堵塞的取样管道，本发明的系统中还设置了吹扫单元，吹扫单元连接气体处理柜。吹扫单元包括磁助式电接点压力表、吹扫气源、吹扫气路、过滤器和二位二通电磁阀，磁助式电接点压力表设置在尾气气路气体处理柜段，二位二通电磁阀安装在吹扫气路段，吹扫气路输入端连接吹扫气源，吹扫气路输出端连接气体处理柜，过滤器设置在吹扫气路输入端。当关机或取样器管道堵塞时，压力小于电接点负压表设定值，显示报警、输出报警信号，此时抽气泵停止工作，系统停止工作，以保证抽气泵不被烧坏。二位二通电磁阀开启，吹扫气进入尾气气路气体处理柜段，一方面可以维持管道压力，另一方面对取样器进行清洗、吹扫，防止取样器端口堵塞。
减震气体分析柜的具体结构如图4所示，气体分析柜8包括分析柜外壳81、分析仪82和用于对气体分析柜整体和分析仪减震的减震装置；分析仪82包括向监测气体发出紫外光的紫外监测通道和向监测气体发出红外光的红外监测通道。由于不同气体的吸收谱是不一样的，因此通过光路中各波段波长的光的光强变化可以演算出各气体成分的含量。本监测系统中紫外监测通道和红外监测通道分别用于监测尾气样品对紫外光和红外光的吸收程度，获取尾气样品吸收过的红外光信号和紫外信号，根据获取的光信号计算尾气样品各成分含量。减震装置包括将分析仪82紧密包覆的橡胶减震夹层83，橡胶减震夹层83设置在减震托架84上，减震托架84与分析柜外壳81之间还有二级减震脚85，二级减震脚85可以是弹簧减震脚或橡皮减震脚。气体分析柜外有一级减震脚86，一级减震脚86可以是弹簧减震脚或橡皮减震脚。气体分析柜还接有控温单元87。控温单元87含有温度传感报警器，温度传感报警器实时测试减震气体分析柜8中的温度，超温会报警并输出关机信号。
在本实施例的船用尾气在线监测系统在检测尾气样品之前，需要测量背景光谱从而校准仪器消除环境变化对测量精度的影响、需要测量紫外通道参考光谱和红外通道参考光谱分别作为两个通道的标准光谱。
测量背景光谱：启动监测系统，用采样器采集纯的氮气作为样气作为背景测量，保存紫外、红外通道此时测量的光谱信号，作为背景光谱。
测量紫外通道参考光谱：以对so2、no气体进行标定，启动监测系统，用采样器采集纯的so2、no气体作为标定气体进行标定，持续采集一段时间，待控制主机上显示的数据稳定后，保存紫外通道的吸收光谱作为紫外通道的标准光谱。
测量红外通道参考光谱：以对co、co2和碳氢化合物气体进行标定，启动监测系统，用采样器采集标准浓度的co、co2和碳氢化合物气体，持续采集一段时间，待控制主机上显示的数据稳定后，保存红外通道的吸收光谱作为红外通道的标准光谱。
在背景光谱和标准光谱测量完成后，再通过采样器向整个监测系统的气路中充氮气，氮气对气体吸光度没有影响。分析仪检测到尾气样品吸收过的紫外光信号和红外光信号，并根据预存的背景光谱、紫外通道参考光谱、红外通道参考光谱计算尾气成分。
所以，本发明的工作过程如下：
(1)测量背景光谱从而校准仪器消除环境变化对测量精度的影响、测量紫外通道参考光谱和红外通道参考光谱分别作为两个通道的标准光谱。
(2)采样检测：
样气首先由采样器从烟道内采出，经采样器一次过滤后进入伴热管控温后进入气体处理柜，分别将样气中的水蒸气冷凝排出、将样气中的粉尘等固体颗粒物过滤掉。经气体处理柜处理后的样气引入减震气体分析柜，对样气中的硫氧化物、氮氧化物进行紫外光谱分析、co、co2和碳氢化合物进行红外光谱分析，并根据预存的背景光谱、紫外通道参考光谱、红外通道参考光谱计算尾气成分。
因此，本发明的在线监测系统设置简单合理，模块化程度高，集成度高，拼装方便，易于装配和满足不同使用空间，可满足大多数船用场景；采用取样器和伴热管，使进入的气体温度可以维持在合适流量和温度，使得本发明不仅具有装配简单的特性，而且使得进入测试区的气体更均匀，温度变化更小，确保测试结果更准确；引入高精度红外和紫外气体分析仪可实现更准确的测量；本发明适用范围广，不仅适用于船用尾气在线监测，还可用于其他需要抗振动、高精度测试场景，和易受温度影响的气体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。