一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准方法及装置,属烟气在线连续监测、校准,它是不抽取探头,在探头测量区域设遮挡,通过遮挡探头测量区域,调节系统反吹压缩空气压力,对测量区域进行过量反吹,排空测量区域内烟气;将零气充满校准池,对系统进行零点漂移校准操作;将量程点标气充满校准池,进行量程漂移校准操作;校准完毕,校准池重新充满零气;最后,撤走测量区域遮挡,调节压缩空气反吹压力,系统进入正常测量状态。本发明的优点是使测量系统在不抽取探头的条件下进行完备的原光路在线校准,测量光路和校准光路完全一致。
1.一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准装置,其特征在于:它包括直测式烟气探头、探头机箱、遮挡装置和校准池;所述的直测式烟气探头为管体,其前端设有测量区域,测量区域前后的直测式烟气探头内分别嵌有气幕发生器,气幕发生器与净化压缩空气输入管连通;其中,位于测量区域后端的气幕发生器内嵌有紫外石英窗口,位于直测式烟气探头顶端的凹槽内嵌有紫外石英透镜;直测式烟气探头的顶端紫外石英透镜外安装凸透镜管;直测式烟气探头的外部固定法兰盘,法兰套筒套装在直测式烟气探头的外部,与法兰盘固定;所述的探头机箱包括箱体及安装在箱体内的测量装置,箱体上设有开孔,直测式烟气探头与箱体固定,并与箱体上的开孔相通;所说的测量装置包括光源部分与光谱仪,其中,光源部分包括准直反射镜、氚灯和灯座,准直反射镜安装在灯座上,位于直测式烟气探头末端对应的箱体内,氚灯安装在准直反射镜的一侧,使氘灯发光点与准直反射镜的焦点重合;凸透镜管经光纤与光谱仪连接;所述的遮挡装置位于测量区域,遮挡测量区域;所述的校准池为管状,嵌装在直测式烟气探头内,位于法兰盘与箱体之间,校准池的池身两端分别安装由端盖固定的紫外石英窗口,校准池的池身设有气体入口和气体出口,分别位于校准池池身两个开口的内侧端;所述的校准池内紫外石英窗口、气幕发生器内紫外石英窗口和探头内紫外石英透镜的光路与准直反射镜反射进直测式探头内的光路同心。
2.如权利要求1所述的在线校准装置,其特征在于:所说的遮挡装置包括拉杆和测量区遮盖,其中,拉杆设置在直测式烟气探头的两侧,依次穿过直测式烟气探头上的固定环和法兰盘上的通孔,沿直测式烟气探头的轴向移动,固定环和法兰盘上的通孔同心;所说的测量区遮盖固定在拉杆的前端,套装在直测式烟气探头和法兰套筒之间,测量区遮盖的长度略大于直测式烟气探头的测量区域,其内径略大于直测式烟气探头的外径,测量区遮盖的长度和直径略小于法兰套筒。
3.如权利要求2所述的在线校准装置,其特征在于:所说的拉杆的后端设有拉手。
4.如权利要求1所述的在线校准装置,其特征在于:所说的法兰盘的通孔内安装直线轴承,拉杆与轴承连接。
5.如权利要求1所述的在线校准装置,其特征在于:所说的校准池内紫外石英窗口、气幕发生器内紫外石英窗口和直测式烟气探头内紫外石英透镜分别安装O型圈。技术领域
本发明属于一种针对于烟气在线连续监测、校准的方法及装置,特别涉及一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准方法及校准装置。xa0
背景技术
固定污染源排放的有害气体主要由二氧化硫SO₂和氮氧化物NOx构成,它们是造成空气污染的主要污染气体,国家对于烟气监测的投入和重视程度正在逐步增加。对于直测式烟气采样探头来说,由于直接接触烟气,受到烟气恶劣环境的影响,需要进行在线校准。目前国内外企业、科研单位对于直测式烟气连续监测的在线校准研究很少,各生产厂家的在线校准实现形式并不完全符合原理,并且操作复杂,显然无法满足使用要求。而国外仪器通过认证的设备十分昂贵,且在中国恶劣的烟气环境下应用困难。行业急需出现新的在线校准技术。国内生产厂家对于在线校准的实现形式不统一,环保部门对于直测式采样探头难以制定标准方法。xa0在采样原理方面,直测式系统直接接触烟气,在低温、低压,干燥的烟气环境中准确性非常高。然而在高温、高压、高腐蚀性环境中,直测式探头必然会受到烟气环境的影响。而国内直测式烟气连续监测生产厂家并没有很好解决直测探头容易受到烟气环境腐蚀影响的问题,直测式采样原理亟待改进。xa0国标HJ/T-75标准对于直测式烟气连续监测在线校准规范如下:对于直测式无在线校准的烟气连续监测,应该按照15天的时间间隔进行零点校准和工作点校准[89]。对于校准方法,可以采用符合理论的非在线方式进行;对于直测式有在线校准方法的烟气连续监测,进行每30天校准零点和工作点。这些要求在十二五运行当中会越来越严,这意味着今后的直测式烟气连续监测必然会要求具有在线校准装置。随着对测量精度的要求越来越高,今后同样会要求仪器的校准周期进行缩短。而在国标HJ/T-75标准中,规定了每个固定污染源的总测定小时数不得小于锅炉运行小时数的75%,每小时测定时间不低于45分钟。这就相当于规定了在线校准的操作需要在15分钟以内完成。这要求在线校准的实施必须做到响应快、自动化程度高、操作简便、xa0精度好。xa0直测式烟气连续监测系统相比抽取式,属于原位测量,没有抽取损失。但正是因为原位测量,光路直接接触烟气,难以通过标气进行在线校准。分析近年来国内外企业的产品,解决直测式烟气连续监测在线校准通常有三种思路:改变光路式、背景扣除式、原位标气反吹式。xa0改变光路式的校准思路的优点是易于实现,无论单边还是双边系统,单光路还是双光路系统都可以应用。其缺点是校准不完备,这种不完备体现在以下两点:一方面,反光镜进行反射将光束引入测量气池,造成校准光路和测量光路为不同光路系统。在烟道中的反光元件以及烟道中其他探头部分没有受到校准;另一方面,改变的光路无法代表原测量光路。当光路被改变时,要经过一次反射,经过两个透射窗片,一组聚焦透镜。经过的这组光学元件都是原光路所没有的,对于连续波段光谱分析来说,在整个波段上波形就会发生改变。这样的校准光路无法代表原光路,会使光谱响应相差很大,影响校准结果。xa0背景扣除式在扣除烟气测量值上会出现问题。因为烟道内的污染气体浓度是连续变化的,尤其是流速、温度、压力等烟道内参数。要做到背景值恒定,不取决于算法和系统安装,而是取决于测量点处的真实烟气状况。而原位式烟气测量,不同于抽取、稀释抽取法测量,其样气流量并不恒定。这就意味着在测量瞬时,光路中的气体分子分布不是恒定的,测量值会发生变动。如果烟气状况稳定,可以进行快速校准,但这取决于采样时间和标气稳定时间。要同时做到烟气状况稳定和校准时间尽可能缩短,这样校准数据才真实可靠。但烟气中气体浓度波动范围通常很大,烟气参数的连续变化会对在线校准产生很大影响。这些影响因素都限制了这种思路的在线校准的应用。xa0原位标气反吹式的在线校准能够通过严苛的美国EPA认证,但是在中国国情下它的应用受到了极大限制。这是因为烧结材料在高浓度的烟尘情况下,响应时间会逐渐变大(美国对该指标要求较宽),最终测量值几乎不再变化。造成响应变慢的原因是烧结材料被高浓度的烟尘堵死,烟气不再能渗透到封闭腔。这个堵死周期,在有每天反吹的情况下,在国外一般为半年左右,但在烟尘浓度为200mg/m³左右时,就大大缩短。国内大多数的烟尘处理并不达标,除尘后的烟尘浓度极少降到200mg/m³左右,有时更高。可见这种形式的探头在国内应用时,即使反吹频繁,也会造成因为堵塞而不能测量。xa0另外,由于测量区域和烟气进行直接接触,单靠反吹气不能进行归零。这里进行了一个反吹气气量和测量浓度关系的实验。依靠反吹气源的阀门调节进气量,得到了不同进气流量下的SO₂实测浓度,结果列于表1。xa0表1:不同压缩空气反吹量与SO₂实测浓度关系(未嵌入测量区遮盖)xa0压缩空气压力MPa 测量浓度mg/m³0.1.5 2449.88 0.4 798.64 0.6 243.12 0.7 64.32 由表1的实验结果可知,单靠反吹气的进气,是无法与烟气进气量进行平衡的。xa0综上所述,行业急需出现新的在线校准技术。xa0
发明内容
本发明的目的在于克服上述的缺陷,提供一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准方法及校准装置,使测量系统在不抽取探头的条件下进行完备的原光路在线校准,测量光路和校准光路完全一致。xa0本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准方法,其特征在于:它包括以下步骤:xa0(1)首先,直测式烟气探头放置在烟道内,在不抽出直测式烟气探头的情况下,遮挡直测式烟气探头的测量区域,调节提供系统反吹的压缩空气压力,利用直测式烟气探头的反吹装置对测量区域进行过量反吹,排空测量区域内的烟气;xa0(2)将零气通过气体入口通入校准池,并经过气体出口排出室外,最终充满校准池,然后对系统进行零点漂移校准操作;xa0(3)之后,将量程点标气通过气体入口通入校准池,并经过气体出口排出室外,最终充满校准池,然后对系统进行量程漂移校准操作;xa0(4)校准完毕,校准池重新通入零气,并使之最终充满校准池;xa0(5)最后,撤走测量区域的遮挡,调节压缩空气反吹压力,系统进入正常测量状态。xa0所说的系统反吹的压缩空气为无油无水无残渣的洁净空气,且在过量反吹时,压缩空气的压力应不低于0.7MPa。xa0所说的通入校准池内零气与量程点气体的流量均通过流量计控制在0.4L/min。xa0所说的校准池嵌装在直测式烟气探头内,校准光路与实测光路为同一光路。xa0一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准装置,其特征在于:它包括直测式烟气探头、探头机箱、遮挡装置和校准池;xa0所说的直测式烟气探头为管体,其前端设有测量区域,测量区域前后的直测式烟气探头内分别嵌有气幕发生器,气幕发生器与净化压缩空气输入管连通;其中,位于测量区域后端的气幕发生器内嵌有紫外石英窗口,位于直测式烟气探头顶端的凹槽内嵌有紫外石英透镜;直测式烟气探头的顶端紫外石英透镜外安装凸透镜管;直测式烟气探头的外部固定法兰盘,法兰套筒套装在直测式烟气探头的外部,与法兰盘固定;xa0所说的探头机箱包括箱体及安装在箱体内的测量装置,箱体上设有开孔,直测式烟气探头与箱体固定,并与箱体上的开孔相通;所说的测量装置包括光源部分与光谱仪,其中,光源部分包括准直反射镜、氚灯和灯座,准直反射镜安装在灯座上,位于直测式烟气探头末端对应的箱体内,氚灯安装在准直反射镜的一侧,使氘灯发光点与准直反射镜的焦点重合;凸透镜管经光纤与光谱仪连接;xa0所说的遮挡装置位于测量区域,遮挡测量区域;xa0所说的校准池为管状,嵌装在直测式烟气探头内,位于法兰盘与箱体之间,校准池的池身两端分别安装由端盖固定的紫外石英窗口,校准池的池身设有气体入口和气体出口,分别位于校准池池身两个开口的内侧端;xa0所说的校准池内紫外石英窗口、气幕发生器内紫外石英窗口和探头内紫外石英透镜的光路与准直反射镜反射进直测式探头内的光路同心。xa0所说的遮挡装置包括拉杆和测量区遮盖,其中,拉杆设置在直测式烟气探头的两侧,依次穿过直测式烟气探头上的固定环和法兰盘上的通孔,沿直测式烟气探头的轴向移动,固定环和法兰盘上的通孔同心;所说的测量区遮盖固定在拉杆的前端,套装在直测式烟气探头和法兰套筒之间,测量区遮盖的长度略大于直测式烟气探头的测量区xa0域,其内径略大于直测式烟气探头的外径,测量区遮盖的长度和直径略小于法兰套筒。xa0所说的拉杆的后端设有拉手。xa0所说的法兰盘的通孔内安装直线轴承,拉杆与轴承连接。xa0所说的校准池内紫外石英窗口、气幕发生器内紫外石英窗口和直测式烟气探头内紫外石英透镜分别安装O型圈。xa0本发明的优点和有益效果是:xa01、依靠探头的反吹气路对测量区域进行过量反吹,将测量区域的测量数值稳定归零,测量光路实现完备校准;xa02、测量区遮盖的设计,对测量区域进行遮掩,从而达到测量区域NO、SO₂数值归零的目的,能够在不拔出探头的情况下进入校准位,实现在线校准;xa03、通过测量区遮盖和反吹气的配合,就能够达到封闭测量区域,与烟气隔离的目的,向光路上的气池通入标气就能实现全测量光路下的完备在线校准,校准机构不影响测量,在高浓度烟尘状态下做到长时间使用无故障。xa04、中国目前的烟气颗粒物排放浓度很高的情况,进行标气反吹时测量区遮盖会处于高浓度烟尘当中,长时间使用亦会出现腐蚀和堵塞。严重的情况下,测量区遮盖甚至因为腐蚀变形或阻塞而不能移动,法兰套筒的设计,测量区遮盖在不使用的情况下,归位到法兰套筒内,从而处于法兰套筒的保护之下,这样避免直接接触烟气,保护了测量区遮盖,减小了烟气干扰,从而获得更长的使用寿命。xa05、在进行烟气连续监测整体维护时,对探头进行清理,即可保证校准机构长时间使用,保证校准结构的可靠性。xa06、在校准状态下,校准池内部通入标气,同时清空测量区域;在实测状态下,移开校准区域的测量区遮盖,同时校准池通入零气进行反吹,这样在实测光路上,紫外石英透镜、紫外石英窗口在校准和实测两种状态下都没有变化,真正做到了完备的校准,真正做到校准工作不影响维护,校准完毕也不影响测量。xa07、遵循HJ/T-75标准,响应快、自动化程度高、操作简便、精度好。xa0
附图说明
图1是本发明的结构示意图。xa0图2是图1的局部示意图。xa0图3是图1的剖面示意图。xa0图4是法兰套筒结构示意图。xa0图5是校准池结构示意图。xa0其中:1-直测烟气探头,2-探头机箱,3-拉杆,4-测量区遮盖,5-校准池,6-测量区域,7-紫外石英透镜,8-紫外石英窗口,9-气幕发生器,10-净化压缩空气输入管,11-凸透镜管,12-法兰盘,13-法兰套筒,14-箱体,15-准直反射镜,16-氚灯,17-固定环,18-直线轴承,19-拉手,20-端盖,21-灯座,22-气体入口,23-气体出口,24-光谱仪,25-光纤,26-O型密封圈。xa0
具体实施方式
实施例:如图所示,一种原位零气反吹式CEMS探头在线校准装置,它包括直测式烟气探头1、探头机箱2、遮挡装置和校准池5;xa0所说的直测式烟气探头1为管体,其前端设有测量区域6,所说的测量区域为开口向下的测量口,测量区域前后的探头1内分别嵌有气幕发生器9,气幕发生器9与净化压缩空气输入管10连通;其中,位于测量区域6后端的气幕发生器9内嵌有紫外石英窗口8,紫外石英窗口8安装O型密封圈26密封,位于探头1顶端的凹槽内嵌有紫外石英透镜7,紫外石英透镜7安装O型密封圈26密封;直测式烟气探头1的顶端紫外石英透镜7外安装凸透镜管11;直测式烟气探头1的外部固定法兰盘12,法兰盘12设有通孔,通孔内安装直线轴承18,法兰套筒13套装在直测式烟气探头1的外部,与法兰盘12固定;xa0所说的探头机箱2包括箱体14及安装在箱体14内的测量装置,箱体14上设有开孔,直测式烟气探头1与箱体14固定,并与箱体14上的开孔相通;所说的测量装置包括光源部分与光谱仪24,其中,光源部分包括准直反射镜15、氚灯16和灯座21,准直反射镜15安装在灯座21上,位于直测式烟气探头1末端对应的箱体14内,氚灯16安装在准直反射镜15的一侧,使氘灯16发光点与准直反射镜15的焦点重合,凸透镜管11经光纤25与光谱仪24连接;xa0所说的遮挡装置位于测量区域6,并遮挡测量区域6;包括拉杆3、拉手19和测量区遮盖4,其中,拉杆3设置在直测式烟气探头1的两侧,直测烟气探头的两侧安装固定环17,固定环17与法兰盘12的通孔同心,拉杆3依次穿过直测式烟气探头1上的固定环17和法兰盘12上的直线轴承18,与直线轴承18连接,拉杆3的后端设有xa0拉手19,拉动拉手,由直线轴承带动,拉杆沿直测式烟气探头的轴向移动;所说的测量区遮盖4为筒状遮筒,也可以是半筒状遮筒,固定在拉杆3的前端,套装在直测式烟气探头1和法兰套筒13之间,测量区遮盖4的长度略大于直测式烟气探头1的测量区域6,其内径略大于直测式烟气探头1的外径,测量区遮盖4的长度和直径略小于法兰套筒13;xa0所说的校准池5为管状,嵌装在直测式烟气探头1内,位于法兰盘12与箱体14之间,校准池5的池身两端分别安装由端盖20固定的紫外石英窗口8,紫外石英窗口8安装O型密封圈26密封,校准池5的池身设有气体入口22和气体出口23,分别位于校准池5池身两个开口的内侧端;xa0所说的校准池5内紫外石英窗口8、气幕发生器9内紫外石英窗口8和探头1内紫外石英透镜7的光路与准直反射镜15反射进直测式探头1内的光路同心。xa0使用上述原位零气反吹式CEMS探头在线校准装置进行在线校准的方法,它包括以下步骤:xa0(1)首先,直测式烟气探头放置在烟道内,在不抽出探头的情况下,拉动拉手,将测量区遮盖通过拉杆沿探头的轴向移动到探头的测量区域,将探头测量区域进行非全封闭遮挡,调节提供系统反吹的压缩空气压力至0.7MPa,利用直测式烟气探头的反吹装置对测量区域进行过量反吹,排空测量区域内的烟气;xa0(2)同时,向放置在测量光路上的校准池的气体入口通入零气,零气的流量通过流量计控制在0.4L/min,并经过气体出口排出室外,最终充满校准池,然后对系统进行零点漂移校准操作;xa0(3)之后,将量程点标气通过气体入口通入校准池,流量通过流量计控制在0.4L/min,并经过气体出口排出室外,最终充满校准池,然后对系统进行量程漂移校准操作;xa0(4)校准完毕,校准池重新通入零气,并使之最终充满校准池;xa0(5)最后,拉动拉手,将测量区遮盖移开测量区域,调节压缩空气反吹压力,系统进入正常测量状态。xa0所说的系统反吹的压缩空气为无油无水无残渣的洁净空气,且在过量反吹时,压缩空气的压力应不低于0.7Mpa。xa0所说的校准池嵌装在直测式烟气探头内,校准光路与实测光路为同一光路。xa0工作原理:xa0在测量状态下,移开校准区域的测量区遮盖,同时校准池通入零气进行反吹,烟道内的烟气穿过测量区域,紫外氚灯光源发出紫外-可见光束,经过准直反射镜的反射,准直为水平光束,水平光束入射到气幕发生器内的紫外石英窗口,穿过测量区域后,经烟气吸收后衰减的光束经探头内的紫外石英透镜汇聚于光纤传入光谱仪,由紫外吸收光谱法的原理,计算得到烟气气体成分的浓度,实现正常测量,同时,探头经净化压缩空气输入管向探头内吹入净化压缩空气,并通过气幕发生器后产生保护紫外石英透镜和紫外石英窗口的空气屏障。xa0当需要进行校准时,探头不需要拉出烟道,只要将测量区遮盖移动到探头的测量区域,进入校准位,对探头测量区域进行非全封闭遮挡,将压缩空气调节至不低于0.7MPa,利用直测式烟气探头的反吹装置对测量区域进行过量反吹,排空测量区域内的烟气;同时,向放置在测量光路上的校准池的气体入口通入零气,零气的流量通过流量计控制在0.4L/min,并经过气体出口排出室外,最终充满校准池,然后对系统进行零点漂移校准操作;之后,将量程点标气通过气体入口通入校准池,流量通过流量计控制在0.4L/min,并经过气体出口排出室外,最终充满校准池,然后对系统进行量程漂移校准操作;校准完毕,校准池重新通入零气,并使之最终充满校准池;最后,拉动拉手,将测量区遮盖移开测量区域,调节压缩空气反吹压力,系统进入正常测量状态。xa0在实测光路上,校准池紫外石英窗口、直测式烟气探头内紫外石英透镜、气幕发生器内紫外石英窗口在校准和实测两种状态下都没有变化,真正做到了完备的校准,该装置做到校准工作不影响维护,校准完毕也不影响测量。xa0表2至表7是使用原位零气反吹式CEMS探头在线校准装置的校准结果:xa0表2:气态污染物零点和跨度漂移检测(SO₂)xa0ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>表3:气态污染物CEMS线性误差和响应时间(SO₂,ppm)xa0ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>表4:气态污染物CEMS相对准确度(SO₂,ppm)xa0ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>表5:气态污染物零点和跨度漂移检测(NO)xa0ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>表6:气态污染物CEMS线性误差和响应时间(NO,ppm)xa0ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>表7:气态污染物CEMS相对准确度(NO,ppm)xa0ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>结果显示,该校准系统的零漂、跨度漂移小于满量程的±2.5%,线性误差小于±2%,相对准确度小于15%,响应时间小于200秒,精度能够达到并且超过了国标要求。xa0