[发明专利]一种PM2.5烟气流场自调节系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PM2.5烟气流场自调节系统及其方法，尤其涉及钢铁等行业冶金炉窑高温烟气的净化处理，属于PM2.5捕集技术领域。

背景技术

PM2.5是指大气中直径小于等于2.5μm的颗粒物，具有粒径小、比表面积大的特点，易吸附有毒害物质且具有很强的穿透力，可抵达细支气管壁，影响呼吸系统健康，直接危害人们身体健康。在我国，有些重要工业城市，来源于钢铁行业的PM2.5超过三成，引起了人们的高度关注。

在PM2.5清洁除尘过程中，烟道流场分布的均匀性如何，直接影响相应设备运行的效率。现在锅炉等的烟道流场分布常用的测量方法为：在烟道内根据测试要求搭设脚手架，各大风机投入运行，调整参数具备试验条件，测试人员进入烟道内，手持仪器进行数据采集。因脚手架和架板的搭设较多，对流场造成一定的影响。测试人员需要上下攀爬脚手架，逐点测试，工作量较大，现场测试环境恶劣，风速大，灰尘多，不但危害测试人员身体健康，还存在一定的安全隐患且检测数据不精确。在钢铁冶金领域，其产生的烧结烟气粉尘量大，影响面广，温度较高，且含有氯化氢（HCl）、硫氧化物（SO_x）、氮氧化物（NO_x）、氟化氢（HF）等腐蚀性气体，烟气温度一般在120～180℃上下。在这种情形下，为了除尘和测量烟道流场，冶炼厂也不可能停工检修，传统的烟道流场检测和优化方法是不可行的，这导致冶金工厂的设备运行效率不高，其制造的含有大量PM2.5的工业烟尘无法得到有效地处理。

虽然随着民众健康和环保意识的增强对空气质量越发关注，PM2.5话题迅速升温，但国内外对于PM2.5的研究还处于初始阶段，除了对生活领域PM2.5的监测有一些专利出现，但结合冶金行业高腐蚀性、高温、高能、高速等特征，专门研究工业除尘的PM2.5监测、检测与流场分布优化的结果微乎其微。现有技术不仅存在对PM2.5的监测检测体系不完善，精度不准确等问题，还存在对工业烟气的处理不适用、设备失效、抗腐蚀性不强、无法实现智能化和自动化等众多复杂技术难题。

目前，测量烟气流场的方法有：（1）声波测速法，声波是机械波，在气体介质中传播时为纵波。声速是小扰动的传播速度，在流体中与介质自身的流速为线性叠加关系。（2）测速管测定法，便于观察和了解气流的运动轨迹和射流射程等，可以得出气流的速度场方向图谱和测定各处气流的速度值。（3）热线 / 热膜测速法，利用热平衡原理来测量气体的平均速度和脉动速度，具有惯性小，频率响应宽，灵敏度高，对流场干扰小的特点。（4）PIV粒子图像测速法，作为一种非接触式的测量方法，可在同一时刻记录下整个流场的有关信息，又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像。但上述各方法都有一定的弊端，要么不适用工业应用场合，要么精确度和分辨率不高，不能满足钢铁冶金烟气除尘和PM2.5过滤的需求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种分布式检测、在线式监测、智能化控制的PM2.5烟气流场自调节系统及其方法，能够在线监测到工业烟气的检测数据，自动调节烟气管道的流场优化分布。

一种PM2.5烟气流场自调节系统及其方法，其特征在于包括烟气检测装置、在线监测装置和自控调节装置，烟气检测装置分布式设置于烟气管道和除尘箱体的各检测点，通过支脚固定在烟气管道和除尘箱体的内壁，烟气检测装置的探测头以不同高度外露于烟气通道进行取样，烟气检测装置与在线监测装置相连，将检测分析结果传输于在线监测装置的中央处理器，中央处理器根据烟气流场的分布状况，通过自控调节装置的多通道实时同步控制系统控制烟气管道和除尘箱体内部的导流板和风压泵的启闭、转向。

更进一步地，所述的烟气检测装置包括探测头、固定用支脚和检测分析模块，其特征在于还包括集成传感器、分层隔离室和PM2.5检测单元，通过集成传感器能精确检测到最初探测的烟气温度、湿度、流向、流速、气压和化学组分，分层隔离室通过PM2.5切割器分成第一分层隔离室和第二分层隔离室，外部烟气中≤20μm的粉尘粒子通过探测头的表层滤膜进入第一分层隔离室，≤2.5μm的粉尘粒子通过PM2.5切割器进入第二分层隔离室，第二分层隔离室的PM2.5检测单元能将PM2.5的各项物理和化学表征检测出来，集成传感器与PM2.5检测单元的检测数值通过检测分析模块计算出结果或绘制成图像，再传输给在线监测装置的中央处理器。