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烟气浓度智能检测仪的研制及精确监测研究

随着我国工业化的快速发展,我国煤电等大型企业的环境保护意识逐渐增强,探索应用超低排放技术,可以说已经踏入一个“超低排放时代”。超低排放或超清洁排放,是指通过改造燃煤机使烟气排放量与天然气抑制,即SO2不超过35mg/m3、氮氧化物NOX不超过50mg/m3、烟尘不超过5mg/m3。因此,采用智能化的烟气浓度检测仪,提高监测效率和检测精确性具有现实性。

1 烟气浓度检测仪

烟气浓度检测仪也叫烟气分析仪,主要用于测量燃料燃烧工业锅炉所产生的烟气中污染气体的质量浓度,其传感器主要分为红外线、化学发光、电化学等多种类型,实现空气中氧气(O2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)等气体的质量水平。运用烟气浓度检测仪能够有效地测量出燃料燃烧所造成的气体含量,有利于促进节能减排;并实现动态、持续地监测空气中SO2、NOX等气态污染物的含量,以及CO2等温室气体的排放量。烟气浓度检测仪主要分为便携式和在线式,其中“在线式监测”指的是在对设备运行不造成影响的前提下,动态持续检测设备,具有自动化控制的特点。相对来说离线监测就是不定时的、需要人工操作的监测,通常使用的是便携式烟气分析仪。

2 烟气浓度智能检测仪的研制及精准性监测

SO2是我国大气污染中最主要的烟气成分,要控制SO2的排放需要进行烟气脱硫,获得较高脱硫效率就需要精准检测烟气中SO2浓度。目前烟气SO2智能检测装置以国外产品为主,本文以电化学传感器法烟气SO2浓度智能检测仪为例,研究其研制及精准性监测。

2.1 气路设计 仪器的气路结构组成:烟尘过滤器,采样抢,气水分离器,泵,储气室和传感器室。气路结构图如下图1。烟尘过滤器的功能是完成对待测气体的除尘;气水分离器分为杯式和管式两种,其功能是将烟气经管路传送至气水分离器,烟气中大部分水存留下来,并经水膜分离技术后成为干烟气,送至仪器。在在线检测仪器中传感器室中运用电子冷凝器,完成对SO2的浓度测量。由于传感器测量时间有限,因此设计两个传感器室,可以自由切换,以实现精准的在线测量。

2.2 SO2浓度检测仪的结构 SO2气体气体首先经烟尘过滤,再经过水气分离、降温降水、升温成为非结露,经过传感器检测,处理过检测信号后通过A/D转换器传送至单片机,再次处理检测信号,将处理结果经一路送至显示器;经二路送至上位机进行分析处理;经三路送至继电器,由控制执行机构完成动作。SO2浓度检测仪的结构如下图2。在检测中采用线性电压输出式集成湿度传感器(型号:HM1500),对湿度进行检测和控制,同时也要检测控制温度。

2.3 智能化设计

2.3.1 控制程序。智能化的控制程序主要采用单片机程序,运用单片机分析、读写并控制A/D转换器中的数据信息,实现对SO2浓度的分析与检测。运用C语言编写单片机的程序,编写出简单清晰、移植性较好的操作程序。检测SO2的流程:阀1、4开,阀2、5关或阀2、5开,阀1、4关,开泵后测量储气室的温度,若温度>50℃则降温后开阀3防水,确定烟气已进入传感室,测量传感器的温度和湿度,在不升温的情况下读入A/D转换器SO2通信值,计算出SO2含量。

2.3.2 通信程序。系统的单片机运用中断方式接受命令,并运用查询方式将数据发送出去。单片机与上位机之间的通信程序主要采用C语言进行编译。单片机通信程序:初始化,接受上位机命令,接着开始检测命令、获取数据命令,其中开始检测命令下达后,应答1表示收到命令,并检测SO2浓度,如果获取数据命令成功且数据准备好,就计算校验码并回送数据和校验码。经实验证明,这种通信程序具有较好的可读性,编写程序简单,能够使上机位和下机位的通信更加便捷,提高数据传输的准确性。

2.4 提高监测的精准性 首先,由于烟气中气态污染物混合均匀,采集SO2等气体的位置应设置在烟道截面中心或靠近中心的位置,采样期间的工况应与平时进行工况相同,确保测量环境中气流的稳定。其次,对烟气进行除尘、除湿等常规操作,提高仪器采集烟气的效率和监测效果。在冬季温差较大或湿度较高的环境中收集烟尘,要注意先连接除尘过滤器,在经过加热使气体顺利通过导管,传感器、泵等环节。再次,要正确测试仪器的操作,确保检测结果的准确性。在清洁的空气中打开仪器,检查完在进行烟道插入,确保仪器读数稳定后再观察可读数,多次测量取其平均值。第四,合理区分烟气分析仪的不同适用范围,在实际应用中,SO2气体一般存在于燃油炉、燃气炉、水泥厂等监测过程中,测定值会受到一些因素的影响造成测定值的偏低,因此要分别配置相应的混合标气,将主要检测气体对常用电化学传感器的交叉干扰进行汇总。最后,定期做好烟气分析仪的维修和保养,确保其检测结果的精确性。


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