一種煙氣原位監測系統及其煙氣原位監測探頭的製作方法
2023-04-25 22:39:41 1
一種煙氣原位監測系統及其煙氣原位監測探頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種煙氣原位監測系統及其煙氣原位監測探頭，探頭採樣管的兩端部分別設置有光學功能元件和反射鏡、其中部具有用於供煙氣通過的煙道，還包括至少兩組除塵裝置，其中一者位於煙道和光學功能元件之間，另一者位於煙道和反射鏡之間，每組除塵裝置中至少包括一個除塵塊，除塵塊具有供反射光路穿過的光路通道，光路通道一端部橫截面面積大於另一端部橫截面面積，且其橫截面面積較小端靠近煙道。與現有技術相比，上述方案通過上述結構的除塵裝置，煙氣流過除塵塊時速度明顯降低，使其內部分塵粒在到達光學功能元件和反射鏡的鏡片前，藉助自重自然沉降至採樣管內，從而減少了附著於光學功能元件和反射鏡上的塵粒量。
【專利說明】一種煙氣原位監測系統及其煙氣原位監測探頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及煙氣原位監測【技術領域】，特別涉及一種煙氣原位監測系統及其煙氣原位監測探頭。
【背景技術】
[0002]用差分吸收光譜法進行原位式煙氣在線監測是一種光譜監測技術，其基本原理就是利用空氣中的氣體分子的窄帶吸收特性來鑑別氣體成分，並根據窄帶吸收強度來推演出微量氣體的濃度。相對於將被測氣體利用抽氣裝置採集後再進行分析的檢測方式而言，原位式監測可直接將檢測探頭插入到煙道中進行實時分析，具有操作簡單、快捷的優勢。
[0003]煙氣原位監測探頭包括採樣管、光源及光信號接收器和反射鏡。為了便於描述，本文中將光源及光信號接收器統稱為光學功能元件，光學功能元件和反射鏡分別安裝於採樣管兩端，以在採樣管內形成反射管路，採樣管中部具有供煙氣通過的煙道。
[0004]由於利用光學吸收光譜進行煙氣在線監測時，監測系統的工作環境往往非常惡劣，很多都是高溫、高粉塵濃度，並且經常要直接暴露在環境中，這種惡劣環境將會對檢測儀器帶來一定的影響，煙道內的灰塵將會通過光路落反射鏡和/或光學功能元件上，從而使探頭測量精度降低，嚴重時甚至對儀器造成破壞。
[0005]有鑑於此，本領域技術人員亟待另闢蹊徑提供一種煙氣原位檢測探頭，以解決現有煙氣原位監測探頭測量精度低以及使用壽命短的問題。
實用新型內容
[0006]針對上述缺陷，本實用新型的核心目的在於，提供一種煙氣原位監測系統及其煙氣原位監測探頭，以解決現有煙氣原位監測探頭測量精度低及使用壽命短的問題。
[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種煙氣原位監測探頭，包括採樣管、光學功能元件和反射鏡，採樣管的兩端部分別設置有光學功能元件和反射鏡，以在採樣管內形成反射光路、其中部具有用於供煙氣通過的煙道，還包括至少兩組除塵裝置，兩組除塵裝置中一者位於煙道和光學功能元件之間，另一者位於煙道和反射鏡之間，每組除塵裝置中至少包括一個除塵塊，除塵塊具有供反射光路穿過的光路通道，光路通道一端部橫截面面積大於另一端部橫截面面積，且其橫截面面積較小端靠近煙道。
[0008]與現有技術相比，本方案通過在採樣管的特定位置增設上述結構的除塵塊，利用流體力學中可壓縮流體流經流管的連續性方程，得出流體由小橫截面積端流入大截面積端時其水平流速減小的特性，煙氣流過除塵塊時速度明顯降低，使其內部分塵粒在到達光學功能元件和反射鏡的鏡片前，藉助自重自然沉降至採樣管內，從而減少了附著於光學功能元件和反射鏡上的塵粒量，進而提高了煙氣原位監測探頭的監測精度、延長了其使用壽命。
[0009]本實用新型的一優選方案中，光路通道具體為階梯孔。且階梯孔的大孔段和小孔段的橫截面為圓形，大孔段的孔長和孔直徑之比等於大孔段內塵粒的水平速度和沉降速度之比。[0010]本方案通過具體限定光路通道結構，使其便於設計加工，從而降低了除塵塊的加工成本，進而降低了煙氣原位監測探頭的整體製造成本。此外，本方案再通過限定光路通道的具體尺寸，以使煙氣流經除塵塊時即可使其內大部分塵粒藉助自重直接沉降至除塵塊內，從而可進一步的減少附著於光學功能元件和反射鏡的塵粒量，進而進一步的提高了煙氣原位監測探頭的監測精度、延長了其使用壽命。
[0011]本實用新型的又一優選方案中，上述煙氣原位監測探頭還包括至少兩個光學窗片，兩個光學窗片中一者位於除塵裝置和光學功能元件，另一者位於除塵裝置和反射鏡之間。
[0012]本方案中通過增設光學窗片，在不影響監測光路通過的同時將採樣管隔離為煙氣通道區和功能元件設置區，從而更進一步的減小了積塵和煙氣溫度等因素對光學功能元件和反射鏡的不利影響，進而進一步地提高了探頭檢測精度、延長了其使用壽命。
[0013]優選地，所述光路通道的截面面積漸變。
[0014]優選地，每組所述除塵裝置中包括沿所述採樣管的軸向依次設置的多個所述除塵塊。
[0015]本實用新型還提供一種煙氣原位監測系統，包括煙氣原位監測探頭和數據採集及處理裝置，所述煙氣原位監測探頭的信號輸出端與所述數據採集及處理裝置的信號接收端連接，所述煙氣原位監測探頭的具體結構如上所述。
[0016]由於上述煙氣原位監測探頭具有如上技術效果，因此，與具有該煙氣原位監測探頭的煙氣原位監測系統也應當具有相同的技術效果，在此不再贅述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1示出了本實用新型所提供的煙氣原位監測探頭的結構示意圖；
[0018]圖2示出了流體流動示意圖；
[0019]圖3示出了圖1中所示煙氣原位監測探頭中除塵塊的剖視結構示意圖；
[0020]圖4示出了煙氣中塵粒在圖3中所示除塵塊的大孔段的運動軌跡示意圖。
[0021]圖1至圖4中附圖標記與各個部件名稱之間的對應關係:
[0022]I採樣管、11煙氣通道、2光學功能元件、3反射鏡、4除塵塊、41光路通道、5光學窗片、6塵粒。
【具體實施方式】
[0023]本實用新型的核心在於，提供一種煙氣原位監測系統及其煙氣原位監測探頭，該煙氣原位監測探頭通過設置除塵裝置，減少了隨煙氣流動至光學功能元件及反射鏡上的塵粒量，從而提高了煙氣原位監測探頭的監測精度、延長了其使用壽命。
[0024]現結合附圖，來說明本實用新型所提供的煙氣原位監測探頭的具體結構示意圖。
[0025]請參見圖1至圖4，其中，圖1示出了本實用新型所提供的煙氣原位監測探頭的結構示意圖，圖2示出了流體流動示意圖，圖3示出了圖1中所示煙氣原位監測探頭中除塵塊的剖視結構示意圖，圖4示出了煙氣中塵粒在圖3中所示除塵塊的大孔段的運動軌跡示意圖。
[0026]如圖1所示，本方案提供了一種煙氣原位監測探頭，包括採樣管1、光學功能元件2和反射鏡3，採樣管I的兩端部分別設置有光學功能元件2和反射鏡3，以在採樣管I內形成反射光路、其中部具有用於供煙氣通過的煙道11，還包括兩組除塵裝置，兩組除塵裝置中一者位於煙道11和光學功能元件2之間，另一者位於煙道11和反射鏡3之間，每組除塵裝置中至少包括一個除塵塊4，除塵塊4具有供反射光路穿過的光路通道41，光路通道41 一端部橫截面面積大於另一端部橫截面面積，且其橫截面面積較小端靠近煙道11。
[0027]與現有技術相比，本方案通過在採樣管I的特定位置增設上述結構的除塵塊，利用流體力學中可壓縮流體流經流管的連續性方程，得出煙氣由小橫截面積端流入大截面積端時其速度將明顯降低的特性，煙氣流過除塵塊時速度明顯降低，使其內部分塵粒在到達光學功能元件2和反射鏡3的鏡片前，藉助自重自然沉降至採樣管I內，從而減少了附著於光學功能元件2和反射鏡3上的塵粒量，進而提高了煙氣原位監測探頭的監測精度、延長了其使用壽命。
[0028]為了便於理解，本文結合圖2和圖3來說明除塵塊的具體結構與煙氣流速之間的關係，其中，圖2示出了流體流動示意圖，圖3示出了圖1中所示煙氣原位監測探頭中除塵塊的剖視結構示意圖。
[0029]塵粒在分散介質中(氣體)是 不斷運動的，作用於塵粒上的力可歸納為以下幾種:塵粒本身的重力、塵粒受到分散介質的浮力、塵粒6運動時受到分散介質的阻力、機械力、靜電力以及風力、分散介質分子熱運動的撞擊力(如作布朗運動的力)、粒子間的互相作用力(如吸引力)等。這六種力中最後兩種力，與前四種力相比是很小的，只有塵粒直徑在
0.1um以下時才能發生較為明顯的作用，所以可以忽略。
[0030]根據質量守恆原理可知，單位時間內流進的流體質量=單位時間內流出的流體質量+單位時間內控制體重流體質量的增量，而對於恆定流動，控制體重流體質量保持常數，上述關係式簡化為:
[0031 ] 單位時間內流進的流體質量=單位時間內流出的流體質量
[0032]應用此原理於恆定流動中的流管，該流管具有足夠小的橫截面積以至於在任何給定橫截面上的速度可認為是常數，如圖2所示，對於斷面A和斷面B之間的區域，則:
[0033]在斷面A單位時間內流入的質量=在斷面B單位時間內流出的質量
[0034]若在斷面A，流管的面積為Λ A1，流體速度為U1，而其密度為P1，在斷面B相應的值為ΛΑ2、U2和P 2，則對於恆定流動的流體而言:
[0035]AA1P1U1=AA2P2U2=C (I)
[0036]公式I即為可壓縮流體流經流管的連續性方程，速度^和U1的方向分別垂直於橫截面AAjP ΛΑ2。
[0037]現依據公式(I)來分析煙氣中某一特定球形塵粒6的流速關係，顯然該特定塵粒6的密度恆定，則式I簡化為:
[0038]υ 2= Δ A1 υ j / Λ A2 (2)
[0039]由於本方案中AA1 < ΔA2,因此，υ2 < υ 1D
[0040]進一步，如圖3所示，為了降低煙氣原位監測探頭整體的製造成本，本方案中除塵塊4的光路通道41具體為階梯孔。更進一步地，階梯孔的大孔段和小孔段的橫截面為圓孔，大孔段的孔長和孔直徑之比等於塵粒6在大孔段內的水平速度和沉降速度之比，即如公式3所示。為了更好地理解塵粒6在光路通道41內的運動軌跡，請一併參見圖4。[0041]2r2 / L=uc / υ2 (3)
[0042]式3中u。代表沉降速度，υ 2塵粒6在大孔段的水平速度，r2是指圓柱形大孔段的半徑，L是指孔長。
[0043]根據流體力學，沉降速度和水平速度分別為:
[0044]
【權利要求】
1.一種煙氣原位監測探頭，包括採樣管(I)、光學功能元件(2)和反射鏡(3)，所述採樣管(I)的兩端部分別設置有所述光學功能元件(2)和所述反射鏡(3)，以在所述採樣管(1)內形成反射光路、其中部具有用於供煙氣通過的煙道(11)，其特徵在於，還包括至少兩組除塵裝置，兩組所述除塵裝置中一者位於所述煙道(11)和所述光學功能元件(2)之間，另一者位於所述煙道(11)和所述反射鏡(3)之間，每組所述除塵裝置中至少包括一個除塵塊(4)，所述除塵塊(4)具有供所述反射光路穿過的光路通道(41)，所述光路通道(41) 一端部橫截面面積大於另一端部橫截面面積，且其橫截面面積較小端靠近所述煙道(11)。
2.根據權利要求1所述的煙氣原位監測探頭，其特徵在於，所述光路通道(41)具體為階梯孔。
3.根據權利要求2所述的煙氣原位監測探頭，其特徵在於，所述階梯孔的大孔段和小孔段的橫截面為圓形，所述大孔段的孔長和孔直徑之比等於所述大孔段內塵粒的水平速度和沉降速度之比。
4.根據權利要求1所述的煙氣原位監測探頭，其特徵在於，所述光路通道(41)的截面面積漸變。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的煙氣原位監測探頭，其特徵在於，每組所述除塵裝置中包括沿所述採樣管(I)的軸向依次設置的多個所述除塵塊(4)。
6.根據權利要求1至4中任一項所述的煙氣原位監測探頭，其特徵在於，還包括至少兩個光學窗片(5)，兩個所述光學窗片(5)中一者位於所述除塵裝置和所述光學功能元件(2)，另一者位於所述除塵裝置和所述反射鏡(3)之間。
7.一種煙氣原位監測系統，包括煙氣原位監測探頭和數據採集及處理裝置，所述煙氣原位監測探頭的信號輸出端與所述數據採集及處理裝置的信號接收端連接，其特徵在於，所述煙氣原位監測探頭具體為如權利要求1至6中任一項所述的煙氣原位監測探頭。
【文檔編號】G01N21/31GK203732343SQ201320891986
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】崔厚欣 申請人:北京雪迪龍科技股份有限公司