專利名稱：煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙氣的在線監(jiān)測(cè)方法和裝置，特別是基于差分吸收光譜分析方法的煙
氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線檢測(cè)的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在燃煤和燃油過(guò)程排放的高濃度二氧化硫(S02)、氮氧化物(N0X)及顆粒物等對(duì)環(huán) 境和人類健康造成了嚴(yán)重危害。各國(guó)都制訂了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和法規(guī)對(duì)煙氣的排放進(jìn)行 監(jiān)測(cè)、控制和治理。 當(dāng)前的固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Continuous Emission Monitoring Systems, CEMS)，對(duì)煙氣排放中的氣態(tài)污染物(S02、 N0X、中環(huán)芳烴等)和顆粒物分別采用不 同的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。顆粒物的在線光學(xué)監(jiān)測(cè)方法有不透明度(濁度)法、光散射法、光閃爍 法。不透明度法適合于高濃度顆粒物(如污染源排放)的監(jiān)測(cè)，為了避免污染氣體吸收對(duì) 測(cè)量精度的影響，要選擇在煙氣主要成分沒(méi)有強(qiáng)吸收的波長(zhǎng)；光散射法基于煙塵顆粒的光 散射效應(yīng)， 一般適合于低濃度顆粒物的測(cè)量；光閃爍法基于運(yùn)動(dòng)顆粒物對(duì)入射光的幅度調(diào) 制作用，調(diào)制信號(hào)的幅度與顆粒物的濃度成正比。其它測(cè)量方法還有P射線吸收法和電荷 法。光學(xué)方法具有非接觸、無(wú)須取樣、精度較高、測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)。 對(duì)煙氣中氣體污染物的在線監(jiān)測(cè)采用抽取式或插入式，1)抽取式(稀釋法)煙 道中的煙氣經(jīng)抽取、過(guò)濾、稀釋、干燥后，被分別送入紫外熒光分析儀(so》、化學(xué)發(fā)光分析 儀(N0X)和非分散紅外分析儀(CO》，煙氣稀釋的目的在于解決S(^濃度較高時(shí)的熒光淬滅 現(xiàn)象。2)插入式在線連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用紫外差分吸收光譜(D0AS)方法，D0AS可以測(cè)量的 氣體包括S02，N02，N0等污染氣體，D0AS利用被測(cè)氣體吸收截面中隨波長(zhǎng)的快速變化成分， 通過(guò)數(shù)學(xué)手段對(duì)被測(cè)的光譜信號(hào)進(jìn)行快變化的提取，用于氣體成分的檢測(cè)和濃度的在線計(jì) 算，而氣體吸收的慢變化與測(cè)量光路中的顆粒物消光、儀器漂移、光源和檢測(cè)器特性等混雜 在一起，不加區(qū)分的完全剔除掉了 。 按照國(guó)家環(huán)保部"固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法"(HJ/T 76-2007)的要求，CEMS系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括氣態(tài)污染物(S02， N02， NO)、顆粒物及煙氣排放 參數(shù)(溫度、壓力、流量、濕度、02、0)2)，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)氣態(tài)污染物和顆粒物分別采用不同的測(cè) 量單元。如發(fā)明專利[CN200810050862](東北電力大學(xué)李少華等)所提出的方法，對(duì)污染 氣體(N0x、S02、C0、C02)采用非分散紅外技術(shù)，對(duì)煙氣中的顆粒物采用激光通過(guò)煙氣的衰減 系數(shù)進(jìn)行測(cè)量，污染氣體和顆粒物的測(cè)量采用不同的測(cè)量單元和各自獨(dú)立安裝，僅是共用 同一套數(shù)據(jù)采集控制器分別進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算。這種所謂的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)方法的實(shí)質(zhì) 是不同設(shè)備的集成化。 現(xiàn)有煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，污染氣體和顆粒物分別采用不同的設(shè)備測(cè) 量，并需要分別在煙道開孔安裝探頭(或取樣頭)，系統(tǒng)的成本高、安裝調(diào)試繁瑣，且維護(hù)費(fèi) 用高，不具有經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種煙氣顆粒物和污染氣體的 同時(shí)在線監(jiān)測(cè)方法和裝置。 本發(fā)明是一種插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征是光譜 儀(16)通過(guò)法蘭(18)與煙道(17)固定，煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)通過(guò)法蘭(18)與煙 道(17)固定；煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)的測(cè)量信號(hào)和光譜儀的測(cè)量信號(hào)通過(guò)電纜線連 接到AD轉(zhuǎn)換器(13)，并送到計(jì)算機(jī)(15)。 所述的光譜儀(16)是由光源驅(qū)動(dòng)器(1)、光源(2)、透鏡(3)、光分束器(4)、檢測(cè) 器(5)、前置放大器(6)、光準(zhǔn)直器(7)、光學(xué)窗(8)、單色器(11)、陣列檢測(cè)器(12)組成； 以電路連接或光的傳輸方向依次為光源驅(qū)動(dòng)器(1);光源(2)發(fā)出的光穿過(guò)透鏡(3)到 光分束器(4);光分束器分為兩路，一路經(jīng)過(guò)檢測(cè)器(5)到前置放大器(6)連接到AD轉(zhuǎn)換 器(13);另一路經(jīng)過(guò)光準(zhǔn)直器(7)到光學(xué)窗(8)經(jīng)過(guò)探頭(9)到光反射器(10);光反射器 (10)反射回的光經(jīng)光分束器(4)經(jīng)透鏡(3)和單色器(11)、陣列檢測(cè)器(12)連接到AD轉(zhuǎn) 換器(13);煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)連接到AD轉(zhuǎn)換器(13)。 本發(fā)明的一種插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)方法，光源(2)發(fā)出 的光經(jīng)透鏡(3)壓縮發(fā)散角，由分束鏡(4)分為兩束光，其中的反射光由參考路檢測(cè)器(5) 轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)參考路前置放大器(6)放大后送AD轉(zhuǎn)換器，對(duì)測(cè)量光強(qiáng)的變化進(jìn)行監(jiān) 測(cè)和校正；分束鏡的透射光經(jīng)準(zhǔn)直鏡(7)準(zhǔn)直、通過(guò)光學(xué)窗(8)入射到煙道(17)作為入射 光，經(jīng)探頭(9)中的反射器(10)將光反射回，測(cè)量光經(jīng)光分束器(4)的反射光由透鏡(3) 會(huì)聚到單色器(11);光譜信號(hào)經(jīng)測(cè)量路前置放大器(19)放大濾波后，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器(13)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，在計(jì)算機(jī)(15)中做數(shù)據(jù)的預(yù)處理和光譜分析；計(jì)算煙氣中的顆粒物和污染 氣體的濃度；再依據(jù)煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)獲得的煙氣排放參數(shù)進(jìn)行顆粒物和各種 污染氣體的排放量的計(jì)算。
具體檢測(cè)方法如下 1)光源(2)發(fā)出的光經(jīng)分束鏡(4)、準(zhǔn)直鏡(7)、光學(xué)窗(8)入射到煙道(19)的入 射光1。(A)，經(jīng)探頭(9)中的反射器(10)將光反射回測(cè)量光I(A)，經(jīng)分束鏡反射(4)、透 鏡(11)聚焦到單色器(12); 2)測(cè)量光經(jīng)單色器中的色散裝置分光，由檢測(cè)器(12)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)前置放 大器(19)放大濾波； 3)放大后的信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器(13)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，有計(jì)算機(jī)(15)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù) 處理和光譜分析； 4)測(cè)量數(shù)據(jù)分析的機(jī)理在于朗伯_比爾定律，采用差分吸收光譜方法，通過(guò)數(shù)字
濾波的方法分離吸收光譜中的慢變化成分I' 。(A)作為等效入射光強(qiáng)，分別由快、慢變化
計(jì)算污染氣體的濃度(Ci)和顆粒物的濃度(Cm)。 ln(I'。(入)/I(入))=L E (o ' i(入)c》 ln(I。(入)/T 。(入))-L E (o i。(入)Ci) = Lp c邁+z。。
測(cè)量數(shù)據(jù)的分析采用差分吸收光譜方法，基于朗伯_比爾定律 I(入)=1。(入)exp[-Lo (入)c] (1) D(A) = ln(I。(入)/I(入))=Lo (A)c (2),(入)為物質(zhì)吸收 t光中提取其中的
(4) 其中I。(A)為入射光強(qiáng)；I(A)為測(cè)量光強(qiáng)；L為光程長(zhǎng)(cm) ;c為氣體濃度 (mol/cm3) ;o ("為吸收截面(cm7mo1) ;D(入)為光學(xué)厚度。 為了消除煙氣中顆粒物的光散射對(duì)污染氣體測(cè)量精度的影響，將物質(zhì)的吸收截面
分解為隨波長(zhǎng)的快變化和慢變化兩個(gè)部分
<formula>formula see original document page 5</formula> (3)
其中，o' 為物質(zhì)吸收截面中隨波長(zhǎng)的快速變化部分，0
截面中隨波長(zhǎng)的慢變化部分。對(duì)式(1)采用數(shù)字濾波的方法，可以從測(cè)3 慢變化成分 <formula>formula see original document page 5</formula>
<formula>formula see original document page 5</formula> <formula>formula see original document page 5</formula> <formula>formula see original document page 5</formula>(5)
其中，和eM(A)分別表示瑞利散射和米散射消光吸收，A(A)是與光譜 系統(tǒng)傳輸函數(shù)相關(guān)的系數(shù)。式(5)的I' 。(A)描述了氣體吸收的慢變化和散射的影響。
基于等效入射光強(qiáng)I' 。(A)和被測(cè)物質(zhì)吸收截面的快變化部分o ' i(A)來(lái)計(jì) 算物質(zhì)的濃度 <formula>formula see original document page 5</formula> (6) 煙氣吸收光譜中的慢變化來(lái)源于氣體吸收中的慢變化成分、共存干擾成分的吸
收、顆粒物的散射和吸收、儀器的漂移等。通過(guò)入射光強(qiáng)I。(入)和等效入射光強(qiáng)I'。(入)，
并扣除主要污染物氣體吸收的慢變化后，剩余的煙氣吸收光譜慢變化將取決于煙氣中的顆
粒物的濃度和粒徑分布，可以計(jì)算煙氣中顆粒物的濃度 <formula>formula see original document page 5</formula> (7)
式中，Dm是等效的顆粒物消光光學(xué)厚度；cm是煙氣中顆粒物的濃度；P 、 z。為煙
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的測(cè)J 這樣，在光譜儀的工作波段內(nèi)，通過(guò)消除儀器漂移、扣除吸收光譜中的氣體吸收等 措施，可以構(gòu)成不透明度法的顆粒物濃度測(cè)量系統(tǒng)。 通過(guò)對(duì)式(6)和(7)選擇多個(gè)不同波長(zhǎng)處的光學(xué)厚度，可以構(gòu)成線性方程組
<formula>formula see original document page 5</formula>
(8) 式中，m為選擇波長(zhǎng)的序號(hào)，通常m大于待測(cè)成分的數(shù)量。使用最小二乘法對(duì)線性 方程(8)求解，可以同時(shí)得到煙氣中氣體污染物(N02，S02和N0)和顆粒物的濃度。
5)分束鏡(4)出射的另一束光由檢測(cè)器(5)檢測(cè)，并經(jīng)前置放大器(6)、AD轉(zhuǎn)換器 (15)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用作入射光強(qiáng)信號(hào)1。(A)的在線校正，所述校正方法是依據(jù)式(9) 對(duì)測(cè)量路的輸出進(jìn)行校正 Ic ( A ， t) = (Iro/Ir (t)) I。(入，t) +b (入) (9)
Ir。是系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)，參考路的輸出；
Ir(t)是在線測(cè)量時(shí)，參考路的輸出；
I。(A ， t)是在線測(cè)量時(shí)，測(cè)量路的輸出；
b ( A )是與系統(tǒng)傳遞函數(shù)相關(guān)的校正常數(shù)； 以校正后的I。( A ， t)代替I。( A ， t)按照上式計(jì)算煙氣中的氣體污染物和顆粒物
濃度，可以有效去除光源波動(dòng)、系統(tǒng)漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于 上述顆粒物和污染氣體的同時(shí)在線監(jiān)測(cè)方法是基于同一套光學(xué)測(cè)量裝置，即同一 套光源、測(cè)量光路、反射器、檢測(cè)器、信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集單元。 上述顆粒物和污染氣態(tài)同時(shí)在線監(jiān)測(cè)的方法是D0AS方法的拓展，即吸收光譜中 的快變化成分用于污染氣體的在線分析，吸收光譜中的快變化成分扣除污染氣體的慢變化 吸收后用于顆粒物的在線分析； 上述顆粒物的在線監(jiān)測(cè)方法是不透明度方法的拓展，即通過(guò)扣除污染氣體吸收的 方法，解決污染氣體濃度變化對(duì)顆粒物監(jiān)測(cè)精度的影響，從而解決不透明度方法中對(duì)工作 波長(zhǎng)選擇的局限性。 上述顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)的方法，分束器分出的非測(cè)量光由檢測(cè)器拾 取、放大、AD采集，用作測(cè)量光強(qiáng)的監(jiān)測(cè)和校正。 綜上所述，本發(fā)明解決了使用同一套光路同時(shí)在線監(jiān)測(cè)污染氣體和顆粒物的技術(shù) 難題，降低了系統(tǒng)的成本；同時(shí)減少在煙道上開鑿的探頭(或采用)插入孔，可減輕現(xiàn)場(chǎng)安 裝、調(diào)試以及日后系統(tǒng)維護(hù)的工作量。


圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(光柵+陣列檢測(cè)器)； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖(光柵掃描+點(diǎn)檢測(cè)器)； 圖3是測(cè)量光譜數(shù)據(jù)1 ; 圖4是測(cè)量光譜數(shù)據(jù)2。 1-光源驅(qū)動(dòng)器、2-光源、3-透鏡、4-光分束器、5-參考路檢測(cè)器、6_參考路前置放 大器、7-光準(zhǔn)直器、8-光學(xué)窗、9-探頭、10-光反射器、11-單色器、12-陣列檢測(cè)器、13-AD 轉(zhuǎn)換器、14-煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元、15-計(jì)算機(jī)、16-光譜儀外殼、17-煙道、18-連接法蘭、 19-測(cè)量路前置放大器、20-測(cè)量路檢測(cè)器、21-微型電機(jī)、22-微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)通過(guò)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明如下
實(shí)施例1 : 如圖1所示，本發(fā)明是一種插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置， 光譜儀外殼(16)通過(guò)法蘭(18)與煙道(17)固定，煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)通過(guò)法蘭 (18)與煙道(17)固定。煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)的測(cè)量信號(hào)和光譜儀的測(cè)量信號(hào)通過(guò) 電纜線連接到AD轉(zhuǎn)換器(13)，并送到計(jì)算機(jī)(15)。 光源(2)發(fā)出的光經(jīng)透鏡(3)壓縮發(fā)散角，由分束鏡(4)分為兩束光，其中的反射光由參考路檢測(cè)器(5)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)參考路前置放大器(6)放大后送AD轉(zhuǎn)換器，對(duì) 測(cè)量光強(qiáng)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和校正。分束鏡的透射光經(jīng)準(zhǔn)直鏡(7)準(zhǔn)直、通過(guò)光學(xué)窗(8)入 射到煙道(17)作為入射光，經(jīng)探頭(9)中的反射器(10)將光反射回(也稱為測(cè)量光)，測(cè) 量光經(jīng)光分束器(4)的反射光由透鏡(3)會(huì)聚到單色器(11)。 單色器采用光柵或其它色散元件，本實(shí)施例中采用平象場(chǎng)凹面光柵作為色散元 件，并使用陣列檢測(cè)器(12)做多通道信號(hào)同時(shí)檢測(cè)，所述陣列檢測(cè)器可以是光電二極管陣 列、CCD、 CMOS圖像傳感器中的一種。陣列檢測(cè)器的輸出是在不同波長(zhǎng)上的測(cè)量光強(qiáng)，即光 譜信號(hào)。 光譜信號(hào)經(jīng)測(cè)量路前置放大器(19)放大濾波后，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器(13)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)，在計(jì)算機(jī)(15)中做數(shù)據(jù)的預(yù)處理和光譜分析。光譜分析方法依據(jù)發(fā)明內(nèi)容一節(jié)中的描 述采用差分吸收光譜方法，按照式(6)、 (7)、 (8)計(jì)算煙氣中的顆粒物和污染氣體的濃度。
具體檢測(cè)方法如下 6)光源(2)發(fā)出的光經(jīng)分束鏡(4)、準(zhǔn)直鏡(7)、光學(xué)窗(8)入射到煙道(19)的入 射光1。(A)，經(jīng)探頭(9)中的反射器(10)將光反射回測(cè)量光I(A)，經(jīng)分束鏡反射(4)、透 鏡(11)聚焦到單色器(12); 7)測(cè)量光經(jīng)單色器中的色散裝置分光，由檢測(cè)器(12)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)前置放 大器(19)放大濾波； 8)放大后的信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器(13)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，有計(jì)算機(jī)(15)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù) 處理和光譜分析； 9)測(cè)量數(shù)據(jù)分析的機(jī)理在于朗伯_比爾定律，采用差分吸收光譜方法，通過(guò)數(shù)字
濾波的方法分離吸收光譜中的慢變化成分I' 。(A)作為等效入射光強(qiáng)，分別由快、慢變化
計(jì)算污染氣體的濃度(Ci)和顆粒物的濃度(Cm)。 ln(I'。(入)/I(入))=L E (o ' i (入)c》 ln(Io(入)/T o(入))-L E (o i。(入)c》=LP cm+z0。
測(cè)量數(shù)據(jù)的分析采用差分吸收光譜方法，基于朗伯_比爾定律 I(入)=1。(入)exp[-Lo (入)c] (1) D(A) = ln(I。(入)/I(入))=Lo (A)c (2) 其中I。(A)為入射光強(qiáng)；I(A)為測(cè)量光強(qiáng)；L為光程長(zhǎng)(cm) ;C為氣體濃度 (mol/cm3) ;o ("為吸收截面(cm7mo1) ;D(入)為光學(xué)厚度。 為了消除煙氣中顆粒物的光散射對(duì)污染氣體測(cè)量精度的影響，將物質(zhì)的吸收截面
分解為隨波長(zhǎng)的快變化和慢變化兩個(gè)部分
o i (入)=0 i0 (入)+ 0 ' i (入) (3) 其中，o ' "A)為物質(zhì)吸收截面中隨波長(zhǎng)的快速變化部分，o i。(A)為物質(zhì)吸收 截面中隨波長(zhǎng)的慢變化部分。對(duì)式(1)采用數(shù)字濾波的方法，可以從測(cè)量光中提取其中的 慢變化成分 I(A) = I0(A) exp[-L E (o ' i (入)c》] e鄧[-L( E (。i。(入)Ci)+eR(A)+eM(A))] 'A(A) (4) =1' o(入)exp[-L E (o ' i (入)c》] I' 。(A) = 1。(入).e鄧[-L( E (。i。(入)Ci)+eR(入)+eM(入))]'A(入) (5)
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其中，和eM(A)分別表示瑞利散射和米散射消光吸收，A(A)是與光譜 系統(tǒng)傳輸函數(shù)相關(guān)的系數(shù)。式(5)的I' 。(A)描述了氣體吸收的慢變化和散射的影響。
基于等效入射光強(qiáng)I' 。(A)和被測(cè)物質(zhì)吸收截面的快變化部分o ' i(A)來(lái)計(jì) 算物質(zhì)的濃度 D' =ln(I'。(入)/I(入))=L E (o ' i (入)c》 (6) 煙氣吸收光譜中的慢變化來(lái)源于氣體吸收中的慢變化成分、共存干擾成分的吸
收、顆粒物的散射和吸收、儀器的漂移等。通過(guò)入射光強(qiáng)I。(入)和等效入射光強(qiáng)I'。(入)，
并扣除主要污染物氣體吸收的慢變化后，剩余的煙氣吸收光譜慢變化將取決于煙氣中的顆
粒物的濃度和粒徑分布，可以計(jì)算煙氣中顆粒物的濃度 Dm = ln(Io(入)/T o(入))-L E (o i。(入)c》=LP cm+z。 (7)
式中，Dm是等效的顆粒物消光光學(xué)厚度；cm是煙氣中顆粒物的濃度；P 、 z。為煙
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的測(cè)J 這樣，在光譜儀的工作波段內(nèi)，通過(guò)消除儀器漂移、扣除吸收光譜中的氣體吸收等 措施，可以構(gòu)成不透明度法的顆粒物濃度測(cè)量系統(tǒng)。 通過(guò)對(duì)式(6)和(7)選擇多個(gè)不同波長(zhǎng)處的光學(xué)厚度，可以構(gòu)成線性方程組
一化w _
(8)
丄P^ + z0 式中，m為選擇波長(zhǎng)的序號(hào)，通常m大于待測(cè)成分的數(shù)量。使用最小二乘法對(duì)線性 方程(8)求解，可以同時(shí)得到煙氣中氣體污染物(N02，S02和N0)和顆粒物的濃度。
10)分束鏡(4)出射的另一束光由檢測(cè)器(5)檢測(cè)，并經(jīng)前置放大器(6)、AD轉(zhuǎn) 換器(15)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用作入射光強(qiáng)信號(hào)I。(A)的在線校正，所述校正方法是依據(jù)式 (9)對(duì)測(cè)量路的輸出進(jìn)行校正 Ic ( A ， t) = (Ir。/Ir (t)) I0 (入，t) +b (入) (9)
Ir。是系統(tǒng)標(biāo)定時(shí)，參考路的輸出；
Ir(t)是在線測(cè)量時(shí)，參考路的輸出； 1。(入，t)是在線測(cè)量時(shí)，測(cè)量路的輸出； b ( A )是與系統(tǒng)傳遞函數(shù)相關(guān)的校正常數(shù)；
以校正后的I。( A ， t)代替I。( A ， t)按照上式計(jì)算煙氣中的氣體污染物和顆粒物 濃度，可以有效去除光源波動(dòng)、系統(tǒng)漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 在如圖3所示測(cè)量的光譜信號(hào)，其按照上述方法計(jì)算的S(^、N0和顆粒物的濃度分 別為512卯m、322卯m、110mg/m3。 在如圖4所示測(cè)量的光譜信號(hào)，其按照上述方法計(jì)算的S0yN0和顆粒物的濃度分 別為469卯m、283ppm、362mg/m3。 再依據(jù)煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)獲得的煙氣排放參數(shù)(溫度、壓力、流量、濕 度、02、0)2)進(jìn)行顆粒物和各種污染氣體的排放量的計(jì)算。具體計(jì)算方法可參見(jiàn)《固定污染


8源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 75-2007)。
實(shí)施例2: 如圖1所示，本發(fā)明是一種插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置。 與實(shí)施例1不同之處在于，本實(shí)施例中采用平面光柵作為色散元件，并使用測(cè)量路檢測(cè)器 (20)做單通道信號(hào)檢測(cè)，通過(guò)微型電機(jī)(21)帶動(dòng)的光柵旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)色散波長(zhǎng)的掃描。所述檢 測(cè)器可以是光電二極管、光電池、光電倍增管中的一種。所述微型電機(jī)(21)由微型電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器(22)驅(qū)動(dòng)。 其它部分與實(shí)施例1相同。 本發(fā)明并不局限于實(shí)例中所描述的技術(shù)，它的描述是說(shuō)明性的，并非限制性的，本 發(fā)明的權(quán)限由權(quán)利要求所限定，基于本技術(shù)領(lǐng)域人員依據(jù)本發(fā)明所能夠變化、重組等方法 得到的與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征是光譜儀(16)通過(guò)法蘭(18)與煙道(17)固定，煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)通過(guò)法蘭(18)與煙道(17)固定；煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)的測(cè)量信號(hào)和光譜儀的測(cè)量信號(hào)通過(guò)電纜線連接到AD轉(zhuǎn)換器(13)，并送到計(jì)算機(jī)(15)。
2. 如權(quán)利要求1所述的插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征是 所述的光譜儀(16)是由光源驅(qū)動(dòng)器(1)、光源(2)、透鏡(3)、光分束器(4)、檢測(cè)器(5)、前 置放大器(6)、光準(zhǔn)直器(7)、光學(xué)窗(8)、單色器(11)、陣列檢測(cè)器(12)組成；以電路連接 或光的傳輸方向依次為光源驅(qū)動(dòng)器(1);光源(2)發(fā)出的光穿過(guò)透鏡(3)到光分束器(4); 光分束器分為兩路，一路經(jīng)過(guò)檢測(cè)器(5)到前置放大器(6)連接到AD轉(zhuǎn)換器(13);另一路 經(jīng)過(guò)光準(zhǔn)直器(7)到光學(xué)窗(8)經(jīng)過(guò)探頭(9)到光反射器(10);光反射器(10)反射回的 光經(jīng)光分束器(4)經(jīng)透鏡(3)和單色器(11)、陣列檢測(cè)器(12)連接到AD轉(zhuǎn)換器(13);煙 氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)連接到AD轉(zhuǎn)換器(13)。
3. —種插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)方法，其特征是光源(2)發(fā)出的 光經(jīng)透鏡(3)壓縮發(fā)散角，由分束鏡(4)分為兩束光，其中的反射光由參考路檢測(cè)器(5)轉(zhuǎn) 換為電信號(hào)，并經(jīng)參考路前置放大器(6)放大后送AD轉(zhuǎn)換器，對(duì)測(cè)量光強(qiáng)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè) 和校正；分束鏡的透射光經(jīng)準(zhǔn)直鏡(7)準(zhǔn)直、通過(guò)光學(xué)窗(8)入射到煙道(17)作為入射光， 經(jīng)探頭(9)中的反射器(10)將光反射回，測(cè)量光經(jīng)光分束器(4)的反射光由透鏡(3)會(huì)聚 到單色器(11);光譜信號(hào)經(jīng)測(cè)量路前置放大器(19)放大濾波后，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器(13)轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)，在計(jì)算機(jī)(15)中做數(shù)據(jù)的預(yù)處理和光譜分析，計(jì)算煙氣中的顆粒物和污染氣體 的濃度；再依據(jù)煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(16)獲得的煙氣排放參數(shù)進(jìn)行顆粒物和各種污染 氣體的排放量的計(jì)算。
4. 如權(quán)利要求3所述的插入式的煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線監(jiān)測(cè)方法，其特征是 檢測(cè)方法如下1) 光源(2)發(fā)出的光經(jīng)分束鏡(4)、準(zhǔn)直鏡(7)、光學(xué)窗(8)入射到煙道(19)的入射 光I。(A)，經(jīng)探頭(9)中的反射器(10)將光反射回測(cè)量光I(A)，經(jīng)分束鏡反射(4)、透鏡 (11)聚焦到單色器(12);2) 分束鏡(4)出射的另一束光由檢測(cè)器(5)檢測(cè)，并經(jīng)前置放大器(6)、AD轉(zhuǎn)換器(15) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用作入射光強(qiáng)信號(hào)1。(A)的在線校正；3) 測(cè)量光經(jīng)單色器中的色散裝置分光，由檢測(cè)器(13)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并經(jīng)前置放大器 (14)放大濾波;4) 放大后的信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器(15)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)(17)進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理 和光譜分析；5) 測(cè)量數(shù)據(jù)分析的機(jī)理在于朗伯_比爾定律，采用差分吸收光譜方法，通過(guò)數(shù)字濾波 的方法分離吸收光譜中的慢變化成分I' 。(A)作為等效入射光強(qiáng)，分別由快、慢變化計(jì)算 污染氣體的濃度(Ci)和顆粒物的濃度(Cm)。ln(I'。(入)/I(入))=L E (o ' i(入)Ci) ln(I。(入)/I'。(入))-LE (。io(入)Ci) =Lpcm+z0。
全文摘要
本發(fā)明涉及煙氣顆粒物和污染氣體同時(shí)在線檢測(cè)的裝置和方法。光譜儀(16)通過(guò)法蘭(18)與煙道(17)固定，煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)通過(guò)法蘭(18)與煙道(17)固定；煙氣排放參數(shù)測(cè)量單元(14)的測(cè)量信號(hào)和光譜儀的測(cè)量信號(hào)通過(guò)電纜線連接到AD轉(zhuǎn)換器(13)，并送到計(jì)算機(jī)(15)。顆粒物和污染氣態(tài)同時(shí)在線監(jiān)測(cè)的方法是DOAS方法的拓展，即吸收光譜中的快變化成分用于污染氣體的在線分析，吸收光譜中的慢變化成分扣除污染氣體的慢變化吸收后用于顆粒物的在線分析；本發(fā)明解決了使用同一套光路同時(shí)在線監(jiān)測(cè)污染氣體和顆粒物的技術(shù)難題，降低了系統(tǒng)的成本；同時(shí)減少在煙道上開鑿的探頭插入孔，可減輕現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試以及日后系統(tǒng)維護(hù)的工作量。
文檔編號(hào)G01N15/06GK101718670SQ20091022910
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者徐可欣, 杜振輝, 陳文亮 申請(qǐng)人:天津同陽(yáng)科技發(fā)展有限公司;天津大學(xué)