[发明专利]一种PM2.5工业烟气的在线监测装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PM2.5工业烟气的在线监测装置及其方法，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工业烟气的在线监测装置及其方法，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工业烟气的在线监测装置及其方法，包括探测头、集成传感器、分层隔离室、PM2.5检测单元、中央处理器、导轨履带、GPRS通信模块和外部显示操作屏，将烟气检测模块和在线监测模块进行一体化集成，由导轨履带进行支撑并在烟气管道和除尘箱体内部行走，GPRS通信模块能够通过定位测量其所处的坐标点，探测头以不同高度外露于烟气通道进行取样，由集成传感器检测探测头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，由PM2.5检测单元检测进入第二分层隔离室的PM2.5的各项物理和化学表征，由中央处理器对集成传感器与PM2.5检测单元的检测数值进行记录、分析、处理、储存或绘制图像，再传输给外部显示操作屏，以进行连续性监测和全系统即时操作。

更进一步地，一种PM2.5工业烟气的在线监测装置还包括激光发射极、散射光收集器和PIV拍摄仪，由激光发射极发出激光照到烟气中，烟气粒子会散射光线，这些烟气粒子散射的光强度由散射光收集器捕获后，可以转换为颗粒脉冲信号，通过颗粒脉冲信号可以测量出烟气中含尘粒子的浓淡程度，这与集成传感器一样也具有相应的检测功能，只是检测方法和原理有不同。这些烟气粒子散射光场景也可以被PIV拍摄仪捕捉到，由此对烟气管道和除尘箱体内部的烟气状况进行图像摄制，可以记录整个流场的瞬息变化和整体情况。