一种超低排放烟尘浓度监测装置论文和设计-杨斌

全文摘要

本实用新型涉及烟尘颗粒物监测领域，特别是一种超低排放烟尘浓度监测装置。本浓度监测装置包括角散射测量装置、β射线测量装置和计算机，角散射测量装置包括氦氖激光器、激光控制器、温控电源、气溶胶发生器、加热装置、颗粒物测量区、光电探测器和光电转换器；β射线测量装置包括β射线放射源、采样管、β射线探测器和真空泵，采样管与颗粒物测量区相连，真空泵与采样管相连，光电转换器、β射线探测器与计算机相连，将测量结果传送到计算机，计算机利用β射线测量结果校正角散射测量结果，得到经过校正的颗粒物的实时浓度信息。本监测方法可得到较精确的、实时性测量结果，可同时满足烟尘测量的实时性和准确度要求。

主设计要求

1.一种超低排放烟尘浓度监测装置，其特征在于，包括角散射测量装置(10)、β射线测量装置(20)和计算机(30)，所述角散射测量装置包括氦氖激光器(11)、激光控制器(12)、温控电源(13)、气溶胶发生器(14)、加热装置(15)、颗粒物测量区(16)、光电探测器(17)和光电转换器(18)，用于实时测量颗粒物的浓度信息；所述β射线测量装置包括β射线放射源(21)、采样管(22)、β射线探测器(23)和真空泵(24)，用于间隔一定时间测量颗粒物的浓度信息，所述采样管(22)与颗粒物测量区(16)相连，所述真空泵(24)与采样管(22)相连，所述光电转换器(18)、β射线探测器(23)与计算机(30)相连，将测量结果传送到计算机(30)，所述计算机(30)利用β射线测量结果校正角散射测量结果，得到经过校正的颗粒物的实时浓度信息。

设计方案

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及烟尘颗粒物监测领域，特别是一种超低排放烟尘浓度监测装置。

背景技术

烟尘的颗粒浓度是表征烟尘污染物排放情况的重要参数之一。目前称重法为国际上颗粒污染物的通用检测方法。基于在线测量的需求，又形成了连续称重法、射线法等实时取样烟尘浓度分析法，以及电荷法、光散射法等在线浓度分析法。但是随着环境保护的要求提高及除尘技术的进步，超低排放烟尘浓度及粒度的大幅降低，若采用取样方法进行测量，测量误差较小，但单次取样时间较长，若采用在线方法进行测量，可以获得实时数据，但测量误差较大。

为了解决超低排放烟尘监测问题，通常采用角散射法和β射线法测量。角散射法是在测量区域呈一定角度安装一个激光器和一个光电探测器，激光器发出激光照射测量区，光电探测器接收角散射信号，经过光电转换器将光信号转换成电信号，再经过计算得到颗粒物浓度信息。但是由于烟尘中颗粒粒径分布不均，常用的单一角度角散射法无法得知烟尘中的粒径分布，导致测量误差较大。β射线法是在测量区每间隔一段时间用取样管采集一些颗粒物，根据β射线的衰减程度来计算烟尘的浓度，β射线法测量结果较为精确，但实时性比较差。

对于超低排放烟尘而言，测量精度和实时性要求需要同时被满足，因此，传统角散射法及β射线测量超低排放烟尘均无法达到要求，给出准确的颗粒物实时粒度和浓度信息。

实用新型内容

针对以上不足，本实用新型提供了一种超低排放烟尘浓度监测装置，可兼顾烟尘测量的实时性和准确度要求，可用于超低排放烟尘浓度的监测。

本实用新型的技术方案为：

一种超低排放烟尘浓度监测装置，包括角散射测量装置、β射线测量装置和计算机，所述角散射测量装置包括氦氖激光器、激光控制器、温控电源、气溶胶发生器、加热装置、颗粒物测量区、光电探测器和光电转换器，用于实时测量颗粒物的浓度信息；所述β射线测量装置包括β射线放射源、采样管、β射线探测器和真空泵，用于间隔一定时间测量颗粒物的浓度信息，所述采样管与颗粒物测量区相连，所述真空泵与采样管相连，所述光电转换器和β射线探测器与计算机相连，将测量结果传送到计算机，所述计算机利用β射线测量结果校正角散射测量结果，得到经过校正的颗粒物的实时浓度信息。

本实用新型通过角散射测量装置耦合β射线测量装置，角散射法得到实时的、有一定误差的颗粒物浓度，β射线法得到精确的、实时性较差的颗粒物浓度，以β射线法测量结果校正角散射法测量结果，可得到较为精确的、实时性测量结果，可同时满足烟尘测量的实时性和准确度要求。同时，本装置同时具有在线、非接触式、易维护等特点。

附图说明

图1为本实用新型超低排放烟尘浓度监测装置的结构示意图；

图2为本实用新型超低排放烟尘浓度监测方法步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

参考图1，本实用新型的超低排放烟尘浓度监测装置，包括角散射测量装置10、β射线测量装置20和计算机30。

角散射测量装置10用于实时测量颗粒物的浓度信息，包括氦氖激光器11、3个激光控制器12、温控电源13、气溶胶发生器14、加热装置15、颗粒物测量区16、3个光电探测器17和光电转换器18。其中，氦氖激光器11用于产生激光，多个激光控制器12用于调节不同需求的波长，温控电源13用于稳定氦氖激光器11的温度，维持氦氖激光器11输出功率的稳定性。气溶胶发生器14用于均匀输出颗粒物，加热装置15用于加热颗粒物，避免颗粒物之间的聚集。激光经过聚集后通过颗粒物测量区16，经过加热的颗粒物在气泵作用下，通过管道也到达颗粒物测量区16，激光穿过带有颗粒物的测量区，产生角散射信号。多个光电探测器17与激光控制器12相对应，用于接收不同波长的角散射信号，光电转换器18用于将接收到的光信号转换成电信号。

β射线测量装置20用于间隔一定时间测量颗粒物的浓度信息，包括β射线放射源21、采样管22、β射线探测器23和真空泵24。其中，β射线放射源21用于发出β射线，采样管22与颗粒物测量区16相连，用于间隔一定时间从颗粒物测量区16采集颗粒物，真空泵24用于调节颗粒物流动的流速。β射线经过颗粒物产生衰减，衰减后的信号由β射线探测器23接收。

光电转换器18和β射线探测器23与计算机30相连，将测量结果送到计算机30，用于进一步分析和处理。计算机30经过计算，分别得到角散射法测量得到的实时颗粒物浓度信息，以及β射线法测量得到的间隔一定时间的颗粒物浓度信息，计算机30利用β射线测量结果校正角散射测量结果，得到经过校正的颗粒物的实时浓度信息。

参考图2，本实用新型的超低排放烟尘浓度监测方法，包括以下步骤：

S1：以本实用新型的超低排放烟尘浓度监测装置对颗粒物进行测量；

S2：通过计算，由角散射法得到颗粒物的实时浓度，由β射线法得到间隔一定时间的颗粒物浓度；

角散射法是基于米散射理论，由于颗粒物测量区16为狭小空间，根据米散射理论，可计算得到光入射情况下的单个颗粒的散射光强为：

其中,λ为激光波长，r为颗粒到探测点距离，散射角θ为光电探测器接收的散射光与入射光所成的角度，i(θ)为散射光振幅函数，是烟尘粒径D与散射角θ的函数，I_{0<\/sub>为入射光强度。}

由此可以得到颗粒物体积浓度：

其中,V_{Di<\/sub>为n个粒径D_{i<\/sub>颗粒的总体积，V为测量总体积，V＝S×v，S为光斑面积，v为烟气流速。}}

β射线法是基于β射线吸收原理，β射线由于颗粒物的散射作用而发生衰减，接收由β源所发出的β射线照射，测得衰减光强，经过分析计算进而得到烟尘浓度。β射线经过颗粒物后的衰减表达式：

其中，I_{0<\/sub>为β射线入射强度，I为β射线经进厚度为t的烟尘沉积层后的透射强度，μ_{m<\/sub>＝μ\/ρ为质量衰减系数，其中μ为烟尘的β射线线性吸收系数，ρ为烟尘密度，t_{m<\/sub>为质量厚度。}}}

由此可以得到颗粒物的质量浓度：

其中，S为堆积烟尘滤膜的面积，ρ为烟尘密度，V为测量总体积。

S3：用β射线测得的颗粒物浓度校正角散射法测得的颗粒物浓度，得到经过校正的、高精度的颗粒物实时浓度信息。由于β射线法只能半小时左右得到一个数据，但是准确性较好，而光散射法可以实时得到数据，但是准确度一般，用β射线法每半小时去修正一次光散射的浓度数据。

浓度修正公式为：

其中，i表示时间，C_{0<\/sub>表示光散射测量浓度，C_{1<\/sub>表示β射线测量浓度，C_{2<\/sub>表示由β射线校正后的光散射测量浓度，C_{2,i<\/sub>表示在i时刻经过β射线校正后的测量浓度，C_{0,i<\/sub>表示在i时刻光散射测量浓度，C_{1,[i\/30]*30<\/sub>表示距离i时刻最近的一次β射线测量浓度，C_{0,[i\/30]*30<\/sub>表示在[i\/30]*30时刻对应的光散射测量浓度。}}}}}}}

如表1如示，本实用新型的超低排放烟尘浓度监测装置测得的65分钟内的颗粒物浓度变化，角散射测量装置10每5分钟返回一次测量结果C_{0<\/sub>，β射线测量装置20每30分钟返回一次测量结果C_{1<\/sub>，以β射线测量结果校正角散射测量结果，得到经过校正后的颗粒物浓度值C_{2<\/sub>。可以看到，C_{2<\/sub>比C_{0<\/sub>更接近颗粒物浓度的实际结果，经过修正后的测量结果更为精确，且实时性好，可以实时地、高精度地反映颗粒物浓度变化，提供更为准确有效的浓度监测，为烟尘超低排放测量优化控制提供参考。}}}}}

表1：

以上公开的仅为本实用新型的实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

设计图

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