[發(fā)明專利]煙氣污染物的實時在線檢測裝置及其檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810046912.7
• 申請日: 2008-02-20
• 公開（公告）號: CN101231241A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林兆祥;張文艷;孫奉婁;宋述燕
• 申請（專利權(quán)）人: 中南民族大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N15/06
• 代理公司: 武漢荊楚聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 王健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大氣環(huán)境監(jiān)測，主要用于煤燃燒過程中管道煙氣中多種污染物的實時在線檢測。

背景技術(shù)

隨著可持續(xù)發(fā)展的需要和環(huán)境保護意識的提高，人類開始普遍關(guān)注大氣污染的危害。最新的科學研究表明：煤燃燒產(chǎn)生的煙氣是大氣污染的主要污染源，已成為環(huán)境治理的主要對象。如何有效控制燃燒過程和燃燒污染物的排放，已逐漸成為政府部門和科研機構(gòu)愈加關(guān)注的熱點。控制煙氣中污染物排放的前提是要知道污染物的成份及含量，而實時在線的測量，其檢測結(jié)果可及時發(fā)現(xiàn)燃燒過程中出現(xiàn)的問題，以便及時采取措施，以減少重大污染事件的發(fā)生。

目前常用的檢測煙氣中污染物的方法大多是離線的，代表性的有電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)和火焰光度分析法。這兩種方法較大地提高了對污染物質(zhì)的檢測精度，但均必須在實驗室內(nèi)完成，且均需在檢測前對樣品進行前期處理，因此對檢測環(huán)境要求嚴格、測試周期長，需要耗費大量的人力、物力資源，因而無法在燃燒的過程中進行實時、有效的控制。目前在線檢測污染物成份的裝置僅見單一元素分析及汽車尾氣檢測等。例如：一種在線大氣汞分析儀(申請?zhí)枺?00510123603.1)只能對單一元素汞進行分析。又如：對汽車尾氣進行實時檢測用的紅外激光檢測系統(tǒng)和方法(申請?zhí)枺?1141682.3)可以對汽車尾氣是否超標進行實時監(jiān)測，但是無法判斷其污染物的成份。這些裝置均不適合用于煤燃燒過程中煙氣多種污染物的實時在線監(jiān)測。

鑒于以上現(xiàn)實，考慮到煙氣成份的復雜性，且其在線監(jiān)測處于高溫環(huán)境中，目前，尚未發(fā)現(xiàn)可以對煙氣中多種污染物進行現(xiàn)場、實時、連續(xù)檢測的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提供煙氣污染物的實時在線檢測裝置。該裝置采用激光誘導擊穿光譜技術(shù)，利用聚焦的高能量激光束將被測煙氣中的物質(zhì)激發(fā)到高能態(tài)，它們在回到基態(tài)的過程中將輻射出各自的特征光譜，分析這些光譜的波長和強度，可得到被測煙氣中污染物的成份及其濃度。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠?qū)煔庵械亩喾N污染物進行實時、在線、連續(xù)的檢測。本發(fā)明的另一目的是：提供用上述裝置檢測煙氣污染物的方法。

為了達到上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

煙氣污染物的實時在線檢測裝置由脈沖發(fā)生器、脈沖激光器、時間延時器、透反鏡、長焦距聚焦透鏡、收光器、光纖、分光計、光電檢測器、A/D轉(zhuǎn)換器和計算機組成。脈沖發(fā)生器分別連接脈沖激光器的外觸發(fā)端和時間延時器的輸入端；在脈沖激光器的激光發(fā)射方向順序同軸安置透反鏡和長聚焦透鏡，收光器的接收端安置在透反鏡反射方向的同軸位置，收光器的輸出端通過光纖與分光計的輸入端連接，分光計的輸出端連接到光電檢測器的輸入端；時間延時器的輸出端連接到光電檢測器的另一輸入端，光電檢測器的輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到計算機。

本發(fā)明的工作原理是：采用激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術(shù)這種元素分析方法，該方法出自美國David?A.Cremers和Leon?J.Radziemski編寫的《激光誘導擊穿光譜手冊》(Handbook?of?Laser-InducedBreakdown?Spectroscopy)。它是利用聚焦的高能量激光束將被測煙氣擊穿形成高溫等離子體，煙氣中的各種物質(zhì)都被激發(fā)到高能態(tài)，在高能態(tài)回到基態(tài)的過程中各種物質(zhì)將輻射出各自的特征光譜，通過分析這些光譜的波長和強度，可得到被測煙氣中污染物的成份及其濃度。元素譜線的確定參照美國國家標準和技術(shù)研究院(NIST)的原子光譜標準與技術(shù)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)我們的大量模擬管道煙氣測量實驗，取污染物元素的特征譜線如下：鎂-279.6納米，鐵-404.6納米，銅-324.8納米、鋁-309.3納米、鉛-405.8納米、鉻-520.8納米、汞-253.7納米、砷-228.8納米。

利用激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術(shù)，可以實時在線的得到煙氣污染物排放的結(jié)果，這些結(jié)果可以作為煙氣污染物的排放是否符合標準，燃燒物是否滿足要求，以及燃燒過程是否合理的依據(jù)。

本發(fā)明用于煙氣中檢測鎂、鐵、銅、鋁、鉛、鉻、汞、砷等污染物。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、可以同時檢測煙氣中鎂、鐵、銅、鋁、鉛、鉻、汞、砷等污染物及其濃度；

2、可對煙氣中的鎂、鐵、銅、鋁、鉛、鉻、汞、砷等污染物進行實時、在線的連續(xù)檢測；

3、在檢測前不需對待測樣品進行前期處理，能及時得到分析結(jié)果；

4、發(fā)射和接收裝置的共軸設(shè)計，能夠更容易檢測樣品的光譜信號；