基于重量法的烟气颗粒物浓度在线监测系统及关键部件的设计

摘要

随着工业的快速发展，环境污染日益严重，节能环保设备的研究也越来越受到关注，尤其对空气质量的监测更是重中之重的课题。本文在滤膜称重法的基础上，针对我国目前使用此方法对烟气颗粒物浓度监测中存在的不足，提出了一种基于重量法的烟气颗粒物浓度在线监测系统，同时实验室项目组通过研究开发了一套相应的系统样机，经现场测试证明，该样机能够实现对超低排放烟气颗粒物浓度的连续在线监测，测量精度较高且易于维护。论文的主要工作和创新点如下： （1）提出并设计了一种基于重量法的烟气颗粒物浓度在线监测系统，采用微量振荡天平法进行称重，实现了集烟气等流速采样和颗粒物称重于一体的连续在线监测，弥补了传统称重法自动化程度低的不足。 （2）针对现场环境设计了一种原位加热采样枪。该原位加热采样枪对采样烟气在采样枪内进行加热和控温，保证湿度较大的烟气中的水分和碳烃化合物充分汽化，同时避免了烟道外采样时，由于烟道内外环境温差较大导致的烟气中水分冷凝对测量造成影响。 （3）对振荡天平的振荡元件的形状结构和材料选择做了实验对比分析，并最终确定了一个高品质因素的振荡元件，保证了测量的精度。 （4）设计了自动化采样和称重的在线称重装置，通过精巧的机械结构设计，将振荡天平与在线称重装置很好的结合在一起，同时实现了对滤膜的自动拾取更换，大大提高了整个系统的自动化程度。 （5）针对振荡天平振荡系统的振动特性，设计了闭环自激振荡驱动电路，实现了振荡系统的自激振荡，为振荡天平提供了测量基础。同时对振荡天平的测量精度和灵敏度进行了实验测试，并对测试结果做了分析，验证了系统样机的可行性。 （6）基于氧化锆氧传感器设计了氧含量检测单元。针对氧化锆氧传感器的测氧特性，设计了传感器温度补偿和控制电路、氧浓差电势检测电路等测控电路，该测氧系统适用于火力电厂等恶劣的工业环境，具有一定的实用价值。 最后，将设计的烟气颗粒物浓度在线监测系统在火力电厂进行测试运行，并将测试数据与德国杜拉格环境监测仪的监测数据进行了对比，总结分析了可能造成测量误差的原因。由于本文设计的烟气颗粒物浓度在线监测系统是以重量法为基础，并实现了高自动化的连续在线监测，其结构简单且便于维护，测量精度较高，因此具有较好的市场前景。

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摘 要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 烟气颗粒物浓度监测的背景及意义

1.2 烟气颗粒物浓度检测方法原理及特点

1.2.1 取样法

1.2.2 非取样法

1.3 本论文的主要内容

第二章 系统基本理论

2.1 基于重量法的烟气颗粒物浓度在线监测系统整体理论

2.1.1 烟气等流速跟踪采样

2.1.2 烟气颗粒物浓度计算公式

2.2 微量振荡天平法测量原理

2.2.1 微量振荡天平法简介

2.2.2 烟气颗粒物质量测量原理

2.2.3 振荡元件的振动特性

2.3 基于氧化锆的氧含量检测理论

2.3.1 氧化锆氧传感器的结构

2.3.2 氧化锆氧传感器的测氧原理

2.4 小结

第三章 微量振荡天平的结构及其测控电路的设计

3.1 振荡天平结构设计

3.2 振荡天平振荡元件设计

3.2.1 振荡元件设计时应考虑的因素

3.2.2 振荡元件的设计

3.3 振荡天平测控电路设计

3.3.1 测控电路整体方案设计

3.3.2 闭环自激振荡电路

3.3.3 测频电路

3.4 小结

第四章 系统整体设计

4.1 系统整体设计及工艺流程说明

4.1.1 系统整体方案设计

4.1.2 系统工艺流程说明

4.2 烟气颗粒物在线称重单元的设计

4.2.1 烟气颗粒物在线称重单元结构设计

4.2.2 滤膜盒的设计

4.2.3 采样缸的设计

4.2.4 机械臂的设计

4.2.5 控制模块电路设计

4.3 系统其他功能单元的设计

4.3.1 烟气等流速采样单元

4.3.2 烟气流量采集单元

4.3.3 氧含量检测单元

4.3.4 数据处理和通讯控制单元

4.4 小结

第五章 系统的实验检测及现场监测数据分析

5.1 振荡系统弹性系数的标定

5.2 振荡天平测量精度和灵敏度检测

5.3 现场监测数据分析

5.4 误差来源分析

5.5 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文