山西烟尘低排放在线监测系统

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山西烟尘低排放在线监测系统

公司主要经营：CEMS烟气在线监测分析仪、脱硫/脱销烟气在线分析仪、锅炉烟气在线分析仪、SO2烟气分析仪、NOX烟气分析仪、紫外光烟气在线监测分析仪、高温烟气在线监测分析仪、常温烟气在线分析仪、氧分析仪系列、红外线分析仪系列、热导分析仪系列、露点仪系列、气体检测报警仪系列、焦炉煤气氧含量在线分析系统、转炉煤气、高炉煤气在线分析系统、烟气在线监测系统、各行业煤气分析仪系统及煤气热值分析仪系统等。
公司依托多年来从事气体分析行业的经验和强大的技术优势，经过多年研制开发和应用实践，在监测技术方面，成功的研制出拥有自主知识产权的在线分析监测系统和新型氧分析仪系列；微量水(露点) 分析仪系列；红外分析仪系列；热导分析仪系列等；部分产品被空军列为装备。
烟尘监测的方法总的来说分重量法和非重量（等效）法。非重量（等效）法。又有射线法，光学法，静电法等多种方法。
西安聚能生产的TR-9300系列应用于各个行业，秉承客户在我心中，我在客户声辩的理念服务于各行各业.
非重量（等效）法大都具有结构简单，满足连续监测的要求等特点，但所有非重量（等效）法都具有溯源性不好的特点，难以满足监督/监管监测的要求。
滤膜称重法为国家标准分析方法，适合作为满足监督/监管监测。但目前滤膜称重法都是采用人工捕集的采样方式，操作复杂，不易实现自动连续监测。
随着低排放的实施，烟尘浓度的准确在线监督/监管监测的需求日益迫切，由于涉及监督/监管监测，具有溯源性好，满足量值传递的要求，基于这些要求，的方法应当是基于重量法。
基于重量法进行烟尘浓度监测又可以分为烟道内采样、烟道外采样。烟道内采样通过特定的采样抢直接在烟道内完成烟气颗粒物截获至滤膜的过程，采样前需将滤膜烘干、称重，然后标记、保存，采样后仍需将含尘滤膜烘干、称重，然后求差其可得到采样时间内的尘量。这种方法采样精度和置信度较高，但由于烟道内环境恶劣，无法放置测量的仪器设备，因此，烟道内采样的方法无法实现自动化烟尘浓度测量。通常，基于重量法的的烟气颗粒物浓度在线自动监测系统只能采用烟道外采样的方法。
欲实现基于重量法的烟道外采样的烟气颗粒物浓度在线自动监测，至少应解决以下问题：
具有稳定可靠、可连续工作的采样、称重装置。
可连续可控的进行烟道气抽取。
解决烟气含湿量对测量的影响。
解决烟气颗粒物在采样管壁上的沉降。
根据国家发改委、能源局、环保部联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划》([2014]2093号)的要求，指出到2020年现役燃煤发电机组大气污染物中烟尘排放限值要低于5mg/Nm（低排放）。若安装传统的人工监测采样，采样流量一般为20-50升./分(1.2-3M3/小时)，按尘浓度5mg/Nm计算，采样时间若设定为30分，滤膜截获的尘量只有3-7.5mg，这对于空膜重量1g左右，膜的承载结构20-30g，处于振动大、温湿度变化大、电磁干扰严重的现场在线测量而言，有比较大的难度。其解决的方法一是设计的承重机构，二是增大采样流量。
根据低排放的要求，SO2排放浓度小于35mg/m3。为了达到这以要求，普遍需要湿法脱硫，这导致烟气含湿量较大，有些电厂的烟气甚至处于过饱和的状态。湿度较大对各种烟尘监测的方法都造成了影响，对目前普遍采用的光散射法，水汽会对光的散射造成较大的影响，从而影响测量的准确性，对重量法，含湿量对测量的影响包括：
滤膜对水的吸收。滤膜通常由纤维交织在一起形成微孔，通常具有较强的吸水性据实验，一张90mm的滤膜吸水量都可以达到g的量级。在烟气条件下，膜的吸湿量随烟气的湿度变化。在人工采样时，膜的吸湿量这一干扰因素可以通过称重前后都进行烘干解决，在线自动称重时，采用另外的措施。
水溶性尘的溶解。电厂烟尘中的硫酸钙，二氧化硅、氧化铝等均有一定的水溶性。当烟尘的水汽处于饱和状态时，会有水滴析出，这些水滴会溶解部分水溶性尘，当采样时间较长，水以完全浸润膜的情况下，这些水溶性尘会随着水滴穿透滤膜，造成测量误差。这种影响，只能通过加热烟气，使其温度对应压力下的水汽饱和温度。
关于低排放的烟尘浓度监测，目前已有许多方法，例如：中国发明专利《测量低浓度烟尘的粒径分布和质量浓度的装置及方法》，该专利采用了光学法，其解决的问题“大幅度的减少了现有平均粒径测量方法中由于用索太尔平均直径代替粒径分布带来的系统误差，同时也减少了平均粒径测量方法中由于消光偏差使确定下来的索太尔平均直径产生不可预测的偏差而造成的结果失真”
中国发明专利“一种低浓度湿烟气烟尘在线测量装置及其在线测量方法”公开了一种低排放下烟尘浓度测量的装置及方法，其采用的方法为光学法。其解决的问题是“样气先后经过冷凝烟气测量单元和干烟气光学测量单元，将烟尘浓度分两部分进行测量，可定量的分析出饱和水蒸气和小液滴中的烟尘含量和干烟气中的烟尘含量，以便更深入的研究烟尘的分布情况。”
中国发明专利“一种取样与称重一体式β射线烟尘质量称重仪”公开了一种低排放下烟尘浓度测量的装置及方法，其采用的方法为射线法。
中国发明专利“一种烟尘采样的设备及烟尘浓度的计算方法”公开了一种低排放下烟尘浓度测量的装置及方法，根据其描述，应当是采用了静电法。
中国发明专利“一种湿烟气在线监测系统”公开了一种针对湿烟气颗粒物的测量系统，该专利采用的测量原理是光散射法，针对湿烟气，该专利采用了高温干净烟气稀释的方法。


技术实现要素：
本发明为解决针对低排放情况下烟尘含量低，烟气湿度大，烟气颗粒物在采样管壁上的沉降导致烟尘监测结果不准确的技术问题，提供一种低排放烟气颗粒物浓度在线监测装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种低排放烟气颗粒物浓度在线监测装置，包括置于烟道中的采样抢，采样枪内设有加热器，所述采样抢通过伴热管线连接有烟尘快速测量装置，采样抢与烟尘快速测量装置之间的伴热管线上连接有关断阀S1，所述烟尘快速测量装置的出气端通过管线还连接有基于重量法的烟尘浓度测量装置，所述烟尘浓度测量装置的出气端还顺次串接有级冷凝器、第二级冷凝器、抽气泵、过滤器；所述抽气泵还连接有用于控制其工作的变频器，所述过滤器的出气端还分别通过管路连接有储气罐和精密过滤器；所述过滤器与储气罐之间的管路上连接有关断阀S4，过滤器与精密过滤器之间的管路上连接有关断阀S5；所述精密过滤器的出气端通过管路连接在关断阀S1与烟尘快速测量装置之间的伴热管线上，精密过滤器的出气端的管路上连接有关断阀S3；所述储气罐的出气端通过管路连接在采样抢与关断阀S1之间的伴热管线上，储气罐的出气端管路上连接有关断阀S2；所述储气罐还连接有被压调节阀，所述加热器、烟尘快速测量装置、烟尘浓度测量装置、关断阀S1-S5、抽气泵、变频器均共同连接有控制器。
上述装置的工作原理为：在烟气采样部分采用了大流量原位加热的方式的采样抢，烟气采样流量大于100升/分，烟气采样抢在烟道内的部分包含有大功率加热器，确保流出采样抢的烟气温度大于120℃加热器由主控制器控制。流出采样抢的烟气采用伴热管线输送，伴热管线的功率不低于100W，烟气浓度测量采用了烟尘快速测量装置，该装置可采用光学法、静电法等各种满足快速连续测量的装置，测量信号送主控制器。烟尘快速测量装置之后设置基于重量法的烟尘浓度测量装置，该装置在采样间隔小于30分，入口流量小于100升/分时的精度应优于0.1mg。完成测量后的烟气采用两级冷凝，级冷凝器与空气换热自然冷却，第二级冷凝器为强制冷却，装置由抽气泵作为抽取烟气的动力，抽气泵优选旋片泵，泵的转速由变频器控制，控制指令由主控制器发出，控制的依据是采样抢的采样嘴入口的流速与烟道内的烟气流速相同。抽气泵出口气体经过滤器后分为两路，一路经过关断阀S4进入储气罐，一路经过关断阀S5进入精密过滤器。储气罐采用被压调节阀自动维持罐内压力；进入储气罐的气体用于反吹。进入精密过滤器的气体用为烟尘浓度测量装置提供干净空气用于滤膜烘干。
进一步的，采样抢内设置测量烟道内迎风面的烟气压力正压变送器PT101，用于测量烟道内背风面的烟气压力的负压变送器PT102，用于测量烟道内温度的温度变送器TT101，温度控制器TIC102；所有变送器和温度控制器的输出均送至控制器。
进一步的，所述采样抢出口与关断阀S1之间设置有分别用于测量加热后的烟气温度、湿度、含氧量的温度变送器TT102，湿度变送器MT101，氧量变送器AT101，所有变送器的输出均送至控制器14。
进一步的，伴热管线的烟气出口端设置有温度变送器TT103，温度控制器TIC103、流量变送器FT101，所有变送器和控制器均送至控制器。
进一步的，所述第二级冷凝器的出口端安装氧量变送器AT201、温度变送器TT201，压力变送器PT201，流量计FT201，所有变送器和流量计均送至控制器。
进一步的，所述储气罐还连接有安全阀。安全阀用于储气罐安全，罐内压力为5-8kg。
本发明的另一目的，提供一种低排放烟气颗粒物浓度在线监测方法，采用上述的装置来实现，包括以下步骤：
烟气采样流程为：烟气—采样抢1—S1打开/S2,S3关闭—伴热传输—快速测量—基于重量法测量—冷凝—抽气泵等速跟踪—S4打开/S5关闭—储气罐11；
控制器控制抽气泵等速跟踪，烟气经采样抢经伴热管线至烟尘快速测量装置和烟尘浓度测量装置后，并将称重结果发送到控制器，烟气经过级冷凝器和第二级冷凝器冷凝后经S进入储气罐，进入储气罐的气体用于反吹，即进行管路吹扫；
管路吹扫流程为：抽气泵全速运行—S4打开/S5关闭—储气罐11—S2打开/S1,S3关闭—采样抢—烟道；
控制器控制抽气泵全速运行，储气罐内的气体经S2进入烟道内，进行烟道管路吹扫 ；
滤膜烘干流程为：抽气泵半速运行—S5打开/S4关闭—精密过滤器—S3打开/S1,S2关闭—快速测量—基于重量法测量—冷凝—抽气泵；
当S5打开/S4关闭时，从过滤器流出的气体进入精密过滤器，然后再经过S3为烟尘浓度测量装置提供干净空气用于滤膜烘干。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
采用大流量原位加热等速采样，高温伴热传输，重量法测量尘重，热空气干燥滤膜等方法，测量精度高，结构简单，能够在线准确监测烟气中颗粒物浓度值。装置能够有效的消除烟气中的水分对颗粒物浓度检测的影响，能够连续、在线、准确检测烟气颗粒物浓度值。该装置适用于火力电厂等工业排放烟尘的场合。
附图说明
图1为本发明低排放烟气颗粒物浓度在线监测装置的示意图。
图2为三级减震系统示意图。
图3为烟尘浓度测量装置的结构示意图。
图中标记如下：
1-采样抢，2-加热器，3-烟尘快速测量装置，4-烟尘浓度测量装置，5-级冷凝器，6-伴热管线，7-变频器，8-抽气泵,9-过滤器，10-精密过滤器，11-储气罐，12-被压调节阀，13-安全阀，14-控制器，15-伴热管线，16-气垫式空气弹簧减振器，17-机柜，18-空气阻尼减振器，19-烟尘浓度测量装置底板，20-吊式阻尼弹簧减振器，21-称重传感器固定底板。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-3所示，本发明低排放烟气颗粒物浓度在线监测装置主要由大流量原位加热跟踪采样系统、伴热传输管路，烟尘快速测量装置3，烟尘浓度测量装置4，冷凝及分水系统，烟气有效流量测量系统，抽放及气体供应系统，仪表及控制系统、三级减振装置等构成。
大流量原位加热跟踪采样系统包括：大流量原位加热采样枪1及附属仪表组、抽气泵8、变频器7、控制器14等组成。大流量原位加热采样枪内集成了皮托管、烟道温度变送器，采样烟气温湿度变松器、氧含量变送器等。
采样抢1总长2m，采样嘴直径18mm，当烟道烟气流速为10m/秒时，采样流量为9.2m3/小时。
其中皮托管的全压（迎风测压力）由变送器PT101测量变送，皮托管的静压（背风测压力）由变送器PT102测量变送，控制器14根据这两个信号计算出烟道内烟气流速Vyd。控制器14通过变频器7控制抽气泵的转速，进而控制采样气体的流量，等速采样跟踪用流量Qcy由流量变送器FT101测得，根据采样嘴的直径可以计算出采样流量Qcy与采样嘴处的烟气流速Vcy的关系。通过控制Qcy的大小，可以确保在采样嘴处的烟气流速Vcy等于烟道烟气流速Vyd。抽气泵8采用旋片泵，20Hz时，泵的流量为15M3/小时，通过变频器控制，可跟踪的烟道烟气流速大约为7-17m/秒。排气压力>60Kpa，满足吹扫的要求。
烟道内温度由TT101测量。采样烟气由采样抢内的大功率电加热器2（功率大于2Kw）完成，采样抢1烟气出口温度由TT102测量，出口湿度度由MT102测量，温湿度测量信号送至控制器（14），主控制器根据温度测量信号，通过TIC102控制电加热器，使烟气出口温度维持在120℃以上。
采样抢1出口的氧含量由AT101测量。该氧量传感器应耐高温，优选氧化锆氧量计。
伴热管线15用于输送加热后的烟气。为了保持的采样烟气的温度，伴热功率不低于100W，伴热管烟气出口温度不低于120℃。伴热管气烟气出口。温度变送器为TT103，温度控制器为TIC103。温度采用闭环控制。伴热管的内壁应光滑，可采用铜、不锈钢、尼龙等材质，优选尼龙。
烟尘快速测量装置3用于弥补称重法测量不够及时的不足。伴热管流出的高温采样气体首入烟尘快速测量装置3，该装置可采用光学法、静电法等各种满足快速连续测量的装置，例如可选用如背景技术中介绍的申请号为2.2的中国发明专利“测量低浓度烟尘的粒径分布和质量浓度的装置及方法”和申请号为2.6的中国发明专利“一种低浓度湿烟气烟尘在线测量装置及其在线测量方法”等中的烟尘烟尘快速测量装置。测量输出为浓度信号Cx，信号送控制器14。该装置送入控制器14的信号需经过Cx需过补偿运算后作为瞬时浓度C，C=A+B*Cx，其中系数A,B由控制器14根据称重法测量数据自动拟合而来，称重法的每个测量周期自动计算一次，因此，该装置的精度要求不高，优选前向光散射法的测量装置。
烟尘浓度测量装置4为设置于烟尘快速测量装置3之后。可以选用现有的基于重量法的烟尘称重装置，例如，如图3所示的装置。该装置接受控制器14的命令，自主进行采样、称重，并将称重结果发送到控制器14，主控制器根据这一称重值，结合采样间隔，烟气流量测量值，烟气温度、压力、含湿量、含氧量等其他参数，计算出烟尘浓度测量值，标况下的折算值等测量结果。该装置在采样间隔小于30分，入口流量小于100升/分时，测量精度的精度应优于0.2mg。
冷凝及分水系统。从采样系统出来的烟气温度仍在100℃以上，无法满足精密流量计、抽气泵工作的需要，因此，在采用完成后设置冷凝及分水系统。完成测量后的烟气采用两级冷凝，级冷凝器5与空气换热自然冷却，第二级冷凝器6为强制冷却，优选半导体制冷器，确保出口气体冷却到露点温度以下。
烟气有效流量测量系统用于产生计算浓度时需要的流量标准值，该系统由流量计FT201，流量温压补偿用的温度、压力测量变送器PT201、TT201，氧量变送器AT201等组成。氧量计采用电化学法测量。根据这些参数，及称重装置的测量值，主控制器可以计算烟尘工况含量，标况含量及折算量。
抽放及气体供应系统用于产生烟气抽放的动力，并产生管路吹扫用高压空气及滤膜烘干用干净空气。该系统由变频器7抽气泵8，过滤器9，储气罐10，精密过滤器11以及关断阀S1-S5组成。该部分有三种工作状态：采样，吹送，滤膜烘干。这三种工作状态均由一台抽气泵完成。
采样时，抽气泵8为采样抽气的动力来源，采样的同时，泵的出口气体同时送往储气罐，以供吹扫时使用，滤膜烘干时，气泵与称重采样装置构成一个循环，气体不断被脱湿、加热，完成滤膜的烘干。
烟气抽放、管路吹、滤膜烘干用干净空气具有旋片式无油吹吸抽气泵8完成，采样时该泵在控制器14、变频器7的控制下，跟踪烟道烟气的流速，并将排出的气体存储于储气罐11，供吹扫时使用。烘干滤膜时，该泵在控制器4、变频器7的控制下，定速运行，气体经过精密过滤器10、伴热管15，置于烟尘浓度测量装置4采样缸加热后用于滤膜烘干。
这三种状态气体的流程分别是：
烟气采样流程为：烟气—原位加热采样抢1（120℃。50—200升/分）S1打开（S2,S3关闭）—伴热传输（120℃）—快速测量—基于重量法测量—冷凝—抽气泵8（等速跟踪）—S4打开（S5关闭）—储气罐11。
管路吹扫流程为：抽气泵8（全速运行）—S4打开（S5关闭）—储气罐—S2打开（S1,S3关闭）—原位加热采样抢1—烟道。
滤膜烘干流程为：抽气泵8（半速运行）—S5打开（S4关闭）—精密过滤器10—S3打开（S1,S2关闭）—快速测量—基于重量法测量—冷凝—抽气泵8。
控制器14是本装置信息处理和控制的核心，所有测量信号均进入控制器14，所有控制均有控制器14完成，控制器14还要协调采样称重装置的工作，需要把测量结构及设备的状态送到的地方。控制器14可以由PLC、单片机、工控机等做成，优选PLC。
减震系统用于减少现场震动对测量的影响。本装置采用了三级减振，如图2所示，
所述监测装置还包括三级减震系统，级减震为安装于放置整个装置的机柜17底板上的四个气垫式空气弹簧减振器16；第二级减震为安装在烟尘浓度测量装置4的底板19上的四个空气阻尼减振器18；第三级减震为安装在烟尘浓度测量装置4的称重传感器固定底板21上的四个吊式阻尼弹簧减振器20。