專利名稱：原位零氣反吹式cems探頭在線校準方法及校準裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種針對于煙氣在線連續監測、校準的方法及裝置，特別涉及一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準方法及校準裝置。
背景技術：
固定污染源排放的有害氣體主要由二氧化硫SO2和氮氧化物NOx構成，它們是造成空氣污染的主要污染氣體，國家對于煙氣監測的投入和重視程度正在逐步增加。對于直測式煙氣采樣探頭來說，由于直接接觸煙氣，受到煙氣惡劣環境的影響，需要進行在線校準。目前國內外企業、科研單位對于直測式煙氣連續監測的在線校準研究很少，各生產廠家的在線校準實現形式并不完全符合原理，并且操作復雜，顯然無法滿足使用要求。而國外儀器通過認證的設備十分昂貴，且在中國惡劣的煙氣環境下應用困難。行業急需出現新的在線校準技術。國內生產廠家對于在線校準的實現形式不統一，環保部門對于直測式采樣探 頭難以制定標準方法。在采樣原理方面，直測式系統直接接觸煙氣，在低溫、低壓，干燥的煙氣環境中準確性非常高。然而在高溫、高壓、高腐蝕性環境中，直測式探頭必然會受到煙氣環境的影響。而國內直測式煙氣連續監測生產廠家并沒有很好解決直測探頭容易受到煙氣環境腐蝕影響的問題，直測式采樣原理亟待改進。國標HJ/T-75標準對于直測式煙氣連續監測在線校準規范如下對于直測式無在線校準的煙氣連續監測，應該按照15天的時間間隔進行零點校準和工作點校準[89]。對于校準方法，可以采用符合理論的非在線方式進行；對于直測式有在線校準方法的煙氣連續監測，進行每30天校準零點和工作點。這些要求在十二五運行當中會越來越嚴，這意味著今后的直測式煙氣連續監測必然會要求具有在線校準裝置。隨著對測量精度的要求越來越高，今后同樣會要求儀器的校準周期進行縮短。而在國標HJ/T-75標準中，規定了每個固定污染源的總測定小時數不得小于鍋爐運行小時數的75%，每小時測定時間不低于45分鐘。這就相當于規定了在線校準的操作需要在15分鐘以內完成。這要求在線校準的實施必須做到響應快、自動化程度高、操作簡便、精度好。直測式煙氣連續監測系統相比抽取式，屬于原位測量，沒有抽取損失。但正是因為原位測量，光路直接接觸煙氣，難以通過標氣進行在線校準。分析近年來國內外企業的產品，解決直測式煙氣連續監測在線校準通常有三種思路改變光路式、背景扣除式、原位標氣反吹式。改變光路式的校準思路的優點是易于實現，無論單邊還是雙邊系統，單光路還是雙光路系統都可以應用。其缺點是校準不完備，這種不完備體現在以下兩點一方面，反光鏡進行反射將光束引入測量氣池，造成校準光路和測量光路為不同光路系統。在煙道中的反光元件以及煙道中其他探頭部分沒有受到校準；另一方面，改變的光路無法代表原測量光路。當光路被改變時，要經過一次反射，經過兩個透射窗片，一組聚焦透鏡。經過的這組光學元件都是原光路所沒有的，對于連續波段光譜分析來說，在整個波段上波形就會發生改變。這樣的校準光路無法代表原光路，會使光譜響應相差很大，影響校準結果。背景扣除式在扣除煙氣測量值上會出現問題。因為煙道內的污染氣體濃度是連續變化的，尤其是流速、溫度、壓力等煙道內參數。要做到背景值恒定，不取決于算法和系統安裝，而是取決于測量點處的真實煙氣狀況。而原位式煙氣測量，不同于抽取、稀釋抽取法測量，其樣氣流量并不恒定。這就意味著在測量瞬時，光路中的氣體分子分布不是恒定的，測量值會發生變動。如果煙氣狀況穩定，可以進行快速校準，但這取決于采樣時間和標氣穩定時間。要同時做到煙氣狀況穩定和校準時間盡可能縮短，這樣校準數據才真實可靠。但煙氣中氣體濃度波動范圍通常很大，煙氣參數的連續變化會對在線校準產生很大影響。這些影響因素都限制了這種思路的在線校準的應用。原位標氣反吹式的在線校準能夠通過嚴苛的美國EPA認證，但是在中國國情下它的應用受到了極大限制。這是因為燒結材料在高濃度的煙塵情況下，響應時間會逐漸變大(美國對該指標要求較寬)，最終測量值幾乎不再變化。造成響應變慢的原因是燒結材料被 高濃度的煙塵堵死，煙氣不再能滲透到封閉腔。這個堵死周期，在有每天反吹的情況下，在 國外一般為半年左右，但在煙塵濃度為200mg/m3左右時，就大大縮短。國內大多數的煙塵處理并不達標，除塵后的煙塵濃度極少降到200mg/m3左右，有時更高。可見這種形式的探頭在國內應用時，即使反吹頻繁，也會造成因為堵塞而不能測量。另外，由于測量區域和煙氣進行直接接觸，單靠反吹氣不能進行歸零。這里進行了一個反吹氣氣量和測量濃度關系的實驗。依靠反吹氣源的閥門調節進氣量，得到了不同進氣流量下的SO2實測濃度，結果列于表I。表I :不同壓縮空氣反吹量與SO2實測濃度關系(未嵌入測量區遮蓋)
權利要求
1.一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準方法，其特征在于它包括以下步驟 (1)首先，直測式煙氣探頭放置在煙道內，在不抽出直測式煙氣探頭的情況下，遮擋直測式煙氣探頭的測量區域，調節提供系統反吹的壓縮空氣壓力，利用直測式煙氣探頭的反吹裝置對測量區域進行過量反吹，排空測量區域內的煙氣； (2)將零氣通過氣體入口通入膠準池，并經過氣體出口排出室外，最終充滿校準池，然后對系統進行零點漂移校準操作； (3)之后，將量程點標氣通過氣體入口通入校準池，并經過氣體出口排出室外，最終充滿校準池，然后對系統進行量程漂移校準操作； (4)校準完畢，校準池重新通入零氣，并使之最終充滿校準池； (5)最后，撤走測量區域的遮擋，調節壓縮空氣反吹壓力，系統進入正常測量狀態。
2.如權利要求I所述的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準方法，其特征在于所說的系統反吹的壓縮空氣為無油無水無殘渣的潔凈空氣，且在過量反吹時，壓縮空氣的壓力應不低于O. 7MPa。
3.如權利要求I所述的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準方法，其特征在于所說的通入校準池內零氣與量程點氣體的流量均通過流量計控制在O. 4L/min。
4.如權利要求I所述的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準方法，其特征在于所說的校準池嵌裝在直測式煙氣探頭內，校準光路與實測光路為同一光路。
5.權利要求I所說的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準裝置，其特征在于它包括直測式煙氣探頭、探頭機箱、遮擋裝置和校準池； 所說的直測式煙氣探頭為管體，其前端設有測量區域，測量區域前后的直測式煙氣探頭內分別嵌有氣幕發生器，氣幕發生器與凈化壓縮空氣輸入管連通；其中，位于測量區域后端的氣幕發生器內嵌有紫外石英窗口，位于直測式煙氣探頭頂端的凹槽內嵌有紫外石英透鏡；直測式煙氣探頭的頂端紫外石英透鏡外安裝凸透鏡管；直測式煙氣探頭的外部固定法蘭盤，法蘭套筒套裝在直測式煙氣探頭的外部，與法蘭盤固定； 所說的探頭機箱包括箱體及安裝在箱體內的測量裝置，箱體上設有開孔，直測式煙氣探頭與箱體固定，并與箱體上的開孔相通；所說的測量裝置包括光源部分與光譜儀，其中，光源部分包括準直反射鏡、氚燈和燈座，準直反射鏡安裝在燈座上，位于直測式煙氣探頭末端對應的箱體內，氚燈安裝在準直反射鏡的一側，使氘燈發光點與準直反射鏡的焦點重合；凸透鏡管經光纖與光譜儀連接； 所說的遮擋裝置位于測量區域，遮擋測量區域； 所說的校準池為管狀，嵌裝在直測式煙氣探頭內，位于法蘭盤與箱體之間，校準池的池身兩端分別安裝由端蓋固定的紫外石英窗口，校準池的池身設有氣體入口和氣體出口，分別位于校準池池身兩個開口的內側端； 所說的校準池內紫外石英窗口、氣幕發生器內紫外石英窗口和探頭內紫外石英透鏡的光路與準直反射鏡反射進直測式探頭內的光路同心。
6.如權利要求5所述的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準裝置，其特征在于所說的遮擋裝置包括拉桿和測量區遮蓋，其中，拉桿設置在直測式煙氣探頭的兩側，依次穿過直測式煙氣探頭上的固定環和法蘭盤上的通孔，沿直測式煙氣探頭的軸向移動，固定環和法蘭盤上的通孔同心；所說的測量區遮蓋固定在拉桿的前端，套裝在直測式煙氣探頭和法蘭套筒之間，測量區遮蓋的長度略大于直測式煙氣探頭的測量區域，其內徑略大于直測式煙氣探頭的外徑，測量區遮蓋的長度和直徑略小于法蘭套筒。
7.如權利要求5所述的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準裝置，其特征在于所說的拉桿的后端設有拉手。
8.如權利要求5所述的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準裝置，其特征在于所說的法蘭盤的通孔內安裝直線軸承，拉桿與軸承連接。
9.如權利要求5所述的一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準裝置，其特征在于所說的校準池內紫外石英窗口、氣幕發生器內紫外石英窗口和直測式煙氣探頭內紫外石英透鏡分別安裝O型圈。
全文摘要
一種原位零氣反吹式CEMS探頭在線校準方法及裝置，屬煙氣在線連續監測、校準，它是不抽取探頭，在探頭測量區域設遮擋，通過遮擋探頭測量區域，調節系統反吹壓縮空氣壓力，對測量區域進行過量反吹，排空測量區域內煙氣；將零氣充滿校準池，對系統進行零點漂移校準操作；將量程點標氣充滿校準池，進行量程漂移校準操作；校準完畢，校準池重新充滿零氣；最后，撤走測量區域遮擋，調節壓縮空氣反吹壓力，系統進入正常測量狀態。本發明的優點是使測量系統在不抽取探頭的條件下進行完備的原光路在線校準，測量光路和校準光路完全一致。
文檔編號G01N21/33GK102778433SQ201210287519
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月9日 優先權日2012年7月30日
發明者張弛, 王臣, 趙玉梅, 陳洋 申請人:天津市藍宇科工貿有限公司