本發(fā)明涉及一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，應用于固定污染源煙氣超低排放監(jiān)測領域。

背景技術：

隨著空氣污染的日益嚴重，國家對于污染源排放的控制力度也在逐漸加大。2014年9月，國家發(fā)改委、環(huán)境保護部、國家能源聯合發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級改造行動計劃（2014-2020年）》，提出到2020年，東部地區(qū)現役的機組通過改造基本達到燃氣輪機組排放限限值的要求，其中SO₂和NO_x的排放濃度分別不高于35mg/m³、50mg/m³，超低排放對監(jiān)測儀器提出了極高的要求。

目前國內現有的常規(guī)煙氣分析儀主要以冷干抽取法為主，其采用的主要技術原理包括非分散紅外（NDIR）、紫外差分（DOAS）以及非分散紫外（NDUV）等。各技術都具有本身的優(yōu)勢和特點，其中紫外差分吸收光譜技術，抗干擾能力強，可以有效的避免水汽或其他氣體的交叉干擾?，F有的常規(guī)煙氣分析儀量程基本在200ppm以上，甚至達到2000ppm，其監(jiān)測指標遠不能滿足針對超低排放監(jiān)測的需求。為了提高儀器的檢測靈敏度滿足超低排放的監(jiān)測需求，需要對儀器進行技術改進。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀。

本發(fā)明采用的具體方案如下：

一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：包括分析儀機箱，所述分析儀機箱的后面板上設有樣氣入口、零氣入口，分析儀機箱的前面板上設有轉子流量計、觸摸顯示屏，分析儀機箱上設有排空口，分析儀機箱內設有濾膜過濾器、氣態(tài)污染物檢測模塊、溫控光譜分析模塊、兩位三通閥、氧傳感器、電源模塊、隔膜泵、主控制模塊；氣態(tài)污染物檢測模塊與溫控光譜分析模塊通過石英光纖連接；

所述主控制模塊與電源模塊、隔膜泵、兩位三通閥、氣態(tài)污染物檢測模塊、溫控光譜分析模塊、氧傳感器、觸摸顯示屏電連接；

零氣通過零氣入口傳輸至濾膜過濾器，經濾膜過濾器過濾，再由隔膜泵將零氣抽取至兩位三通閥的一個接口；樣氣通過樣氣入口直接連接至兩位三通閥的另一個接口，兩位三通閥的出口通過管路連接至轉子流量計，轉子流量計出口連接氣體污染物檢測模塊的進氣口，氣體污染物檢測模塊的出氣口連接至氧量傳感器，氧量傳感器連接至排空口。

所述的一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：所述氣態(tài)污染物檢測模塊包括脈沖氙燈紫外光源、檢測室，脈沖氙燈紫外光源與主控制模塊電連接，檢測室內設有多次反射池，檢測室的兩端內壁上分別固定多次反射池主鏡、多次反射池次鏡，檢測室的一端設有光路入口、光路出口，光路入口處設有窗片，光路出口處設有聚焦透鏡、石英光纖，脈沖氙燈紫外光源的前方光路上依次設置有準直透鏡、反射鏡，脈沖氙燈紫外光源發(fā)出的光束被準直后，經反射鏡反射再經窗片由檢測室的一端進入多次反射池，反射光在多次反射池中進行多次反射后，由檢測室一端的光路出口出射，經聚焦透鏡耦合至石英光纖。

所述的一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：所述溫控光譜分析模塊包括有殼體以及位于殼體內的光譜儀、PTC加熱片、散熱片、PT100溫度傳感器；光譜儀、PTC加熱片、PT100溫度傳感器與主控制模塊電連接，氣態(tài)污染物檢測模塊通過石英光纖與光譜儀連接。

所述的一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：所述氣態(tài)污染物檢測模塊中的檢測室表面噴涂有黑色特氟龍涂層，加強檢測室的防腐蝕性，同時防止檢測室內壁對樣氣的吸附。

所述的一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：所述氣態(tài)污染物檢測模塊中多次反射池次鏡采用四拉三頂的調節(jié)方式，用于調節(jié)次鏡的俯仰和偏擺角度及距多次反射池主鏡的距離。

所述的一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：所述氣態(tài)污染物檢測模塊中反射鏡、多次反射池主鏡、多次反射池次鏡均鍍紫外介質膜，要求在210-250nm波段的反射率大于90%。

所述的一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：通過對多次反射池次鏡的調節(jié)，可以改變多次反射池反射次數，進而改變檢測光路的光程；所述氣態(tài)污染物檢測模塊中檢測室內多次反射池的基長為25cm，反射次數的調節(jié)范圍為4～22次，檢測光路的光程為1～5.5m。

所述的一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，其特征在于：所述溫控光譜分析模塊中殼體為鋁型材盒，鋁型材盒內壁貼有保溫棉，通過PTC加熱片和散熱片結合對鋁型材盒內空氣加熱，PT100溫度傳感器用于探測環(huán)境溫度，主控模塊控制鋁型材盒內環(huán)境在38℃±0.1℃波動。

所述濾膜過濾器過濾孔為0.2um，從零氣入口進入的零氣要經過濾膜過濾器過濾再進入氣態(tài)污染物檢測模塊。

本發(fā)明的基本原理在于：

基于紫外差分吸收光譜技術檢測煙氣中的SO2、NOx，測量波段位于210-250nm之間，光譜分辨率達到0.4nm。紫外差分吸收光譜技術利用待測目標污染物在紫外區(qū)域的特征吸收結構即指紋吸收，通過有效的數字濾波提取污染物的濃度信息。其工作過程是光源（脈沖氙燈）發(fā)出的光經過準直透鏡、反射鏡進入氣態(tài)污染物檢測室，經多次反射池反射，被流經氣體室的待測樣氣所吸收，攜帶待測樣氣吸收信息的光經透鏡匯聚后耦合入石英光纖，經石英光纖傳輸送入溫控光譜分析模塊進行分光處理，即可得到氣體的吸收光譜，通過對光譜進行差分分析，并結合化學計量學算法，可以分析獲得污染氣體濃度。待測樣氣最終通過氧傳感器從分析儀機箱上的排空口排出。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

本發(fā)明利用多次反射池技術，有效的增加氣體吸光程，從而有效的提高儀器的檢測靈敏度；同時通過對光譜儀進行溫度控制，以保障光譜長期測量的穩(wěn)定性和可靠性，溫度控制精度達到±0.1℃；本發(fā)明在經過國家相應的技術檢測規(guī)范檢驗后即可作為超低排放監(jiān)測的煙氣分析儀器；本發(fā)明結構緊湊、操作簡單、穩(wěn)定可靠，可實現超低濃度煙氣的在線分析。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的煙氣分析儀結構布局圖。

圖2是本發(fā)明的煙氣分析儀中多次反射池結構圖。

圖3是本發(fā)明的煙氣分析儀內氣路示意圖。

具體實施方式

如圖1-3所示，一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀，包括分析儀機箱1，分析儀機箱1的后面板上設有樣氣入口11、零氣入口12，分析儀機箱1的前面板上設有轉子流量計7、觸摸顯示屏6，分析儀機箱1上設有排空口14，分析儀機箱1內設有濾膜過濾器13、氣態(tài)污染物檢測模塊10、溫控光譜分析模塊5、兩位三通閥4、氧傳感器9、電源模塊2、隔膜泵3、主控制模塊8；氣態(tài)污染物檢測模塊10與溫控光譜分析模塊5通過石英光纖17連接；

氣態(tài)污染物檢測模塊包括脈沖氙燈紫外光源21、檢測室23，脈沖氙燈紫外光源21與主控制模塊8電連接，檢測室23內設有多次反射池，多次反射池的兩端內壁上分別設有多次反射池主鏡16、多次反射池次鏡22，檢測室23的一端設有光路入口、光路出口，光路入口處設有窗片18，光路出口處設有聚焦透鏡15、石英光纖17，脈沖氙燈紫外光源21的前方光路上依次設置有準直透鏡20、反射鏡19，脈沖氙燈紫外光源21發(fā)出的光束被準直后，經反射鏡19反射再經窗片18由檢測室23的一端進入多次反射池，反射光在多次反射池中進行多次反射后，由檢測室23一端的光路出口出射，并耦合至石英光纖17；

溫控光譜分析模塊5包括有殼體以及位于殼體內的光譜儀、PTC加熱片、散熱片、PT100溫度傳感器；光譜儀、PTC加熱片、PT100溫度傳感器與主控制模塊8電連接，氣態(tài)污染物檢測模塊5通過石英光纖17與光譜儀連接；

零氣通過零氣入口12傳輸至濾膜過濾器13，經濾膜過濾器13過濾，再由隔膜泵3將零氣抽取至兩位三通閥4的一個接口；樣氣通過樣氣入口11直接連接至兩位三通閥4的另一個接口，兩位三通閥4的出口通過管路連接至轉子流量計7，轉子流量計7出口連接氣體污染物檢測模塊10的進氣口，氣體污染物檢測模塊10的出氣口連接至氧量傳感器9，氧量傳感器9連接至排空口；

主控制模塊8與電源模塊2、隔膜泵3、兩位三通閥4、氧傳感器9、觸摸顯示屏6電連接。

氣態(tài)污染物檢測模塊10中的檢測室23表面噴涂有黑色特氟龍涂層，加強檢測室的防腐蝕性，同時防止檢測室內壁對樣氣的吸附。

氣態(tài)污染物檢測模塊10中多次反射池次鏡22采用四拉三頂的調節(jié)方式，用于調節(jié)次鏡的俯仰和偏擺角度及距多次反射池主鏡的距離。

氣態(tài)污染物檢測模塊10中反射鏡19、多次反射池主鏡16、多次反射池次鏡22均鍍紫外介質膜，要求在210-250nm波段的反射率大于90%。

通過對多次反射池次鏡22的調節(jié)，可以改變多次反射池反射22次數，進而改變檢測光路的光程；所述氣態(tài)污染物檢測模塊10中檢測室23內多次反射池的基長為25cm，反射次數的調節(jié)范圍為4～22次，檢測光路的光程為1～5.5m。

溫控光譜分析模塊5中殼體為鋁型材盒，鋁型材盒內壁貼有保溫棉，通過PTC加熱片和散熱片結合對鋁型材盒內空氣加熱，PT100溫度傳感器用于探測環(huán)境溫度，主控模塊控制鋁型材盒內環(huán)境在38℃±0.1℃波動。

濾膜過濾器13過濾孔為0.2um，從零氣入口12進入的零氣要經過濾膜過濾器13過濾再進入氣態(tài)污染物檢測模塊10。

本發(fā)明一種基于紫外多次反射池技術的超低排放煙氣分析儀的氣態(tài)污染物濃度測試步驟如下：

步驟1、調節(jié)氣態(tài)污染物檢測模塊10中多次反射池的反射鏡，多次反射池主鏡16、多次反射池次鏡22的固定調節(jié)結構（即三頂四拉調節(jié)結構），達到要求的反射次數，并且脈沖光源輸出光束經多次反射池反射后出射的光斑光強經石英光纖17傳輸到光譜儀滿足光強需求；

步驟2、向超低排放煙氣分析儀中通入零氣，主控制模塊8控制兩位三通閥4使零氣進入氣態(tài)污染物檢測模塊10），直至零氣充滿氣態(tài)污染物檢測室檢測模塊10，進行零點校準；

步驟3、通過樣氣入口11向超低排放煙氣分析儀中通入80%-100%量程的標氣，主控制模塊8控制兩位三通閥4使標氣進入氣態(tài)污染物檢測模塊10，直至標氣充滿氣態(tài)污染物檢測模塊10檢測室23，進行跨度校準；

步驟4、通過樣氣入口11向超低排放煙氣分析儀中通入待測樣氣，主控制模塊8控制兩位三通閥4使樣氣進入氣態(tài)污染物檢測模塊10，直至樣氣充滿氣態(tài)污染物檢測模塊10的檢測室23；經多次反射池反射，被流經檢測室23的待測樣氣所吸收，攜帶待測樣氣吸收信息的光經聚焦透鏡15匯聚后耦合入石英光纖17，經石英光纖17傳輸送入溫控光譜分析模塊5進行分光處理，得到氣體的吸收光譜。通過對光譜進行差分分析，可以分析獲得污染氣體濃度。