基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统的制作方法

1.本发明涉及汞监测技术领域，尤其涉及一种基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统。


背景技术：

2.塞曼效应是指原子在外磁场中发光谱线发生分裂且偏振的现象，也就是外加磁场会使原子产生更多不同频率的特征谱线的偏振光。历史上首先观测到并给予理论解释的是谱线一分为三的现象，后来又发现了较三分裂现象更为复杂的难以解释的情况，因此称前者为正常或简单塞曼效应，后者为反常或复杂塞曼效应。含有硫酸蒸汽的烟气露点大为升高，露点为空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。随着露点的提高，烟气的温度更加容易低于露点温度，当烟道壁的温度低于露点时，含有硫酸的蒸汽就会在受热面上凝结成含有硫酸的液体，对受热面产生严重腐蚀；因为它是在温度较低的受热面上发生的腐蚀，只有在受热面上结露后才发生这种腐蚀，所以又称露点腐蚀。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，该基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统具有安全稳定运行、测量准确度高的优点。
4.根据本发明实施例的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统包括汞灯光源、样品池、光电探测器和控制主机，所述汞灯光源包括低压汞灯，所述低压汞灯位于恒定磁场内，所述样品池的两端分别设置进气口和排放口，所述样品池上设有控温套，所述样品池位于所述汞灯光源的光路上，所述光电探测器接收来自汞灯光源的偏振光，控制主机与所述低压汞灯和所述光电探测器电连接。
5.根据本发明实施例的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统具有的安全稳定运行、测量准确度高的优点。
6.在一些实施例中，基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统还包括位于所述汞灯光源的光路上的汞蒸汽滤光机构，所述汞蒸汽滤光机构包括标气仓和驱动机构，所述驱动机构带动标气仓相对所述光路转动。
7.在一些实施例中，所述标气仓包括控温壳、活塞和调节杆，所述控温壳侧面设有旋转轴，所述旋转轴与所述驱动机构传动相连，所述调节杆一端与所述活塞相连接，，所述活塞位于所述控温壳内并滑动相连。
8.在一些实施例中，至少部分所述调节杆伸出所述控温壳。
9.在一些实施例中，所述驱动机构与所述控制主机电连接。
10.在一些实施例中，所述样品池的进气口邻近所述光电探测器，所述样品池的出气口邻近所述汞蒸汽滤光机构。
11.在一些实施例中，所述进气口设有烟气分流机构，所述分流机构包括样品气阀和
零气阀，所述零气阀通过第一管路与所述进气口相连通，所述第一管路上设置吸附介质，所述样品气阀通过第二管路与所述进气口连通。
12.在一些实施例中，所述低压汞灯两侧设置永磁铁形成所述恒定磁场，准直棱镜位于所述低压汞灯和所述标气仓之间。
13.在一些实施例中，所述低压汞灯上设有恒温槽，所述恒温槽内设有半导体制冷片。
14.在一些实施例中，所述光电探测器为光电倍增管。
15.本技术与相关技术相比具有以下优势：
16.1、汞灯光源通过恒温维持蒸汽低压，能产生稳定的谱线保证测量准确度。
17.2、样品池维持在烟气酸露点以上的温度，监测系统长期安全运行不易腐蚀仪表，样品池温度高表面不会有水析出。
18.3、标气仓的元素汞浓度调节便捷能够多点标定。
附图说明
19.图1是根据本发明实施例中基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统的结构示意图。
20.附图标记：1、低压汞灯；2、恒温槽；3、永磁铁；4、准直棱镜；5、标气仓；6、汞标气；7、调节杆；71、活塞；8、电动马达；9、控温壳；10、旋转轴；11、烟气分流机构；12、样品气阀；13、进气口；14、零气阀；15、吸附介质；16、烟气排放；17、排放口；18、样品池；19、控温套；20、光电倍增管；21、控制主机。
具体实施方式
21.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.根据本发明实施例的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，如图1所示，基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统包括汞灯光源、样品池、光电探测器和控制主机，汞灯光源包括低压汞灯，低压汞灯位于恒定磁场内，样品池的两端分别设置进气口和排放口，样品池上设有控温套，样品池位于汞灯光源的光路上，光电探测器接收来自汞灯光源的偏振光，控制主机与低压汞灯和光电探测器电连接。样品池通过控温套可以维持高温(高温为105℃及以上的温度)，此时温度高于烟气酸露点，系统能够长期安全运行，样品池温度低于烟气酸露点会腐蚀仪表，相关技术中稀释烟气的方法可以降低酸露点，但是稀释比需要大于140倍，此时影响系统的检出限度，烟气高湿其含水量在13％左右，由于样品池维持高温运行不会有水析出，有利设备长期安全运行。
23.根据本发明实施例的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统具有长期安全稳定运行的优点。
24.在一些实施例中，基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统还包括位于汞灯光源的光路上的汞蒸汽滤光机构，汞蒸汽滤光机构包括标气仓和驱动机构，驱动机构带动标气仓相对光路转动。
25.具体地，汞蒸气滤光机构的标气仓内填充汞蒸气标准气体，驱动机构带动标气仓进入光路和脱离光路，当标气仓处于光路上时，来自低压汞灯的光通过标气仓后经过样品
池进入光电探测器，样品池内排空，光电探测器将数据发送至控制主机，控制主机将计算得到的汞气体浓度与标气仓的汞蒸气浓度进行对比，完成标准气体校准。
26.在一些实施例中，标气仓包括控温壳、活塞和调节杆，控温壳侧面设有旋转轴，旋转轴与驱动机构传动相连，调节杆一端与活塞相连接，活塞位于控温壳内并滑动相连。
27.具体地，控温壳能够调节标气仓内汞蒸气的温度，实现分区温度控制，保证检测温度，旋转轴位于控温壳的侧面，驱动机构可以是电动马达，电动马达的输出轴带动旋转轴转动，旋转轴带动控温壳以旋转轴为轴心旋转，实现标气仓脱离光路或者进入光路，活塞和控温壳滑动配合能够调节标气仓的大小，调节杆与活塞相连便于调节活塞在控温壳内的位置，需要调节汞蒸气浓度时，可以通过调节杆推动活塞改变标气仓的体积来改变汞蒸气的浓度，实现可调浓度的元素汞校准，能够实现多点标定。
28.在一些实施例中，至少部分调节杆伸出控温壳。
29.具体地，至少一部分的调节杆位于控温壳外以便工作人员控制调节杆来调节标气仓的体积。
30.在一些实施例中，驱动机构与控制主机电连接。
31.具体地，驱动机构采用电动马达，控制主机控制电动马达的启闭来实现对标气仓位置的控制，能够控制电动马达转动实现标气仓进入光路和脱离光路实现校准步骤的自动进行。
32.在一些实施例中，驱动机构可以是电动推杆，电动推杆推动标气仓进入和脱离光路实现校准步骤的自动进行，采用马达驱动调节杆推动活塞进入和离开标气仓改变标气仓的体积。
33.在一些实施例中，样品池的进气口邻近光电探测器，样品池的出气口邻近汞蒸汽滤光机构。
34.具体地，样品池的沿长度方向依次布置进汽口和出气口，进汽口设置在光电探测器一端，能够实现烟气流动方向与光路方向相反的效果，保证与来自低压汞灯的光充分接触，便于样品池内烟气的汞吸收偏振光，利用利用一直汞含量的饱和汞蒸气的标气仓测得的系统校准数据与直接测得的烟气汞含量的数据相对比，通过控制主机计算出烟气中的汞含量并实时监测。
35.在一些实施例中，进气口设有烟气分流机构，分流机构包括样品气阀和零气阀，零气阀通过第一管路与进气口相连通，第一管路上设置吸附介质，样品气阀通过第二管路与进气口连通。
36.具体地，烟气分流机构与零气储存装置和样品气源相连通，零气阀能够控制符合检测要求的背景成分的零气稀释或者调整样品气体成分，测试开始后，样品气首先通过零气阀和吸附介质，吸附介质过滤掉样品气中的汞，得到背景气。切换第二管路，零气阀关闭，样品气阀开启，进行对样品气的测试，样品气的测试值减去背景气的测试值得出样品气的汞浓度。吸附介质一般采用改性活性炭来吸附样品气中的汞。
37.在一些实施例中，低压汞灯两侧设置永磁铁形成恒定磁场，准直棱镜位于低压汞灯和标气仓之间。
38.具体地，基于横向塞曼效应，在垂直于光路方向上设置两个永磁体，恒定磁场使沿垂直磁场方向发射的光谱发生分裂，产生偏振方向平行于磁场方向的π线偏振光和垂直于
磁场方向的σ-、σ+线偏振光。汞原子对π线偏振光的吸收强而对σ-、σ+线偏振光不吸收或吸收很小，对比分析光电探测器获取到的偏振光信号，实现高精度扣背景检测大气中汞浓度的含量。准直棱镜将低压汞灯的光发散形成光斑
39.在一些实施例中，低压汞灯上设有恒温槽，恒温槽内设有半导体制冷片。
40.具体地，恒温槽采用半导体制冷片使低压汞灯处于低温工作状态，能够维持汞蒸气低压，半导体制冷片采用低压供电提供冷源。灯管达到低温工作状态，半导体制冷片停止运行。低压汞灯处于恒温低压状态有利于产生稳定的253.7nm的谱线，保证测量准确度。低压汞灯和样品池分别通过恒温槽、控温套进行温度控制，使得本技术的低压汞灯和样品池形成了分区温度控制，能够高效调节系统温度，避免系统内设备的相互干扰，保证温度稳定。
41.在一些实施例中，光电探测器为光电倍增管。
42.具体地，汞灯光源发射波长253.7nm的激发光照射进入样品池中的原子形态的汞，原子形态的汞可以由烷基汞裂解形成，原子形态的汞被激发到高能态，当返回到基态时辐射出共振荧光，此荧光经滤光片过滤后，中心波长为253.7nm的光线到达光电倍增管，实现光电转换，光电流经放大、a/d转换，由控制中心处理、计算，获得汞含量值。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
45.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
47.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书
中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
48.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，包括：汞灯光源，所述汞灯光源包括低压汞灯，所述低压汞灯位于恒定磁场内；样品池，所述样品池的两端分别设置进气口和排放口，所述样品池上设有控温套，所述样品池位于所述汞灯光源的光路上；光电探测器，所述光电探测器接收来自汞灯光源的偏振光；控制主机，控制主机与所述低压汞灯和所述光电探测器电连接。2.根据权利要求1所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，还包括位于所述汞灯光源的光路上的汞蒸汽滤光机构，所述汞蒸汽滤光机构包括标气仓和驱动机构，所述驱动机构带动标气仓相对所述光路转动。3.根据权利要求2所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，所述标气仓包括控温壳、活塞和调节杆，所述控温壳侧面设有旋转轴，所述旋转轴与所述驱动机构传动相连，所述调节杆一端与所述活塞相连接，所述活塞位于所述控温壳内并滑动相连。4.根据权利要求3所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，至少部分所述调节杆伸出所述控温壳。5.根据权利要求3所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，所述驱动机构与所述控制主机电连接。6.根据权利要求2所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，所述样品池的进气口邻近所述光电探测器，所述样品池的出气口邻近所述汞蒸汽滤光机构。7.根据权利要求6所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，所述进气口设有烟气分流机构，所述分流机构包括样品气阀和零气阀，所述零气阀通过第一管路与所述进气口相连通，所述第一管路上设置吸附介质，所述样品气阀通过第二管路与所述进气口连通。8.根据权利要求2所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，所述低压汞灯两侧设置永磁铁形成所述恒定磁场，准直棱镜位于所述低压汞灯和所述标气仓之间。9.根据权利要求8所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，所述低压汞灯上设有恒温槽，所述恒温槽内设有半导体制冷片。10.根据权利要求1所述的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，其特征在于，所述光电探测器为光电倍增管。

技术总结
本发明公开一种基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统，基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统包括汞灯光源、样品池、光电探测器和控制主机，所述汞灯光源包括低压汞灯，所述低压汞灯位于恒定磁场内，所述样品池的两端分别设置进气口和排放口，所述样品池上设有控温套，所述样品池位于所述汞灯光源的光路上，所述光电探测器接收来自汞灯光源的偏振光，控制主机与所述低压汞灯和所述光电探测器电连接。本发明提供的基于塞曼效应的分区温控烟气汞连续监测系统具备安全稳定运行、测量准确度高的优点。确度高的优点。确度高的优点。


技术研发人员：韩立鹏 钟犁 余长开 张茂龙 王万杰 陈飞云 苏林
受保护的技术使用者：北京华能长江环保科技研究院有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/13