[发明专利]一种排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置及其测量方法，其特点是，该装置包括激光器、面阵图像传感器和计算机，激光器发出的激光束入射到被测烟尘后，部分光被烟尘颗粒散射，这部分散射光相对于面阵图像传感器属后侧向散射光，所述的后侧向散射光被置于激光束入射方向后侧的面阵图像传感器接收，图像传感器将测得的后侧向散射光信号送入计算机进行数据处理，得到烟尘的浓度。本发明的有益效果是利用一个面阵图像传感器，如CCD或CMOS面阵或线阵数字相机和激光束，可以测量从很低浓度到高浓度的排放烟尘浓度，满足超低排放要求的烟尘在线监测，并且可以消除烟气中存在的水滴的散射影响。

技术领域

本发明涉及一种用于监测排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置及其测量方法，特别涉及用于超低排放烟尘的在线监测的一种基于烟尘颗粒前向和后向光散射，用图像法测量的在线测量装置及其测量方法。

背景技术

燃煤电厂燃烧煤炭产生大量烟尘烟气，直接排放到大气将会产生极大的环境污染。为此，燃煤电厂都安装了脱硫脱氮和除尘装置，以减少排放的烟尘和烟气。为进一步减少燃煤电厂的烟尘排放，越来越多的电厂采用超低排放减排措施，大幅度减低了电厂的烟尘排放浓度。但这致使现有的用于电厂烟尘排放浓度监测的仪器因最低测量下限高于或接近于电厂采取超低排放减排措施后的实际排放浓度而无法应用。同时，现有的烟尘排放测量装置大都是采用抽取取样方式，受烟气中饱和水蒸气的影响，取样必须加热，以防止水蒸气凝结对测量结果产生影响。

目前采用的烟尘浓度测量装置有根据β射线原理和振荡天平原理的测量装置，以及测量烟尘散射光强度等的测量装置。

β射线测量的基本原理是当含烟尘的烟气流过一滤膜时，烟尘被过滤在滤膜上，经过一定时间后，用β射线入射到该滤膜过滤出的烟尘上，透射的β射线的衰减程度与烟尘质量有关，根据它们之间的关系和流过的烟气流量，以及过滤时间，可以得到烟尘浓度。但该方法必须采用抽吸取样系统将含有烟尘的烟气抽到测量装置中，不能在线测量，且测量时间长，获得测量结果需要较长时间，无法实现实时测量。

振荡天平的基本原理是仪器传感器的振荡频率受到收集到的烟尘质量的影响而发射变化，其频率变化多少与烟尘质量有关。因此根据测得的频率变化就可以得到烟尘的质量浓度。但该方法同样不能用于直接在线测量，要用抽吸取样方式，且获得测量结果时间很长，无法实现实时监测。

光散射原理的烟尘测量仪器是一束激光照射到流过的烟气，烟气中的烟尘颗粒在激光照射下会产生散射，透过的光强就会衰减。通过测量透射光的衰减和在特定角度上的散射光强，并对此进行标定，就可以得到烟尘浓度。该方法可以实现实时在线测量，但因为散射光远弱于透射光，在超低排放时，散射光强很难准确测量，也就难以得到准确的结果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种用图像法测量的排放烟尘浓度和粒度的在线测量装置。它可以测量极低烟尘浓度。

当烟尘颗粒在激光入射下，会发生散射，即部分光会改变传播方向，向各个方向传播。其各个方向散射的光强与散射颗粒的大小，散射的角度，颗粒的折射率有关，可以用米氏光散射理论描述，散射光强还与激光照射的颗粒的数量(浓度)有关。

图1是不同大小颗粒散射光强的空间分布规律图。从图1可以看出，对于同样大小的颗粒，其前后向散射光强是不同的，如果测量其前后向散射光强，就可以根据米氏光散射理论反演计算得到颗粒的大小，进一步得到颗粒的浓度。

本发明的基本原理是将图像法测量和前后向激光散射方法相结合，用面阵图像传感器测量被测烟尘在激光入射到烟气时烟尘的前向和后向散射光，然后根据光散射理论对得到的散射光信号进行处理，获得烟尘的浓度。

式(1)给出了根据测得的入射光强I和经颗粒散射后的前向0度角透射光强I₀得到颗粒数量浓度N的关系式：