УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПОТОКОВ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, в частности к контролю и измерениям концентрации и состава взвешенных в газовой среде частиц, и может быть использована в системах экологического и технологического мониторинга, контроля пылевых выбросов предприятий строительной индустрии, а именно при производстве строительных материалов.
На данный момент на предприятиях цементной промышленности задача по обнаружению сверхнормативных аэрозольных выбросов решается путем периодического изокинетического отбора проб на выходе и последующей оценки концентрации гравиметрическим способом. Такой подход может привести к несвоевременному обнаружению сверхнормативного выброса и, как следствие, к значительному загрязнению атмосферы и потерям сырья.
Известно устройство для определения размеров и концентрации частиц коллоидно-дисперсных систем (полезная модель №46099, МПК G01N 15/02), состоящее из измерительной кюветы, осветительного канала, включающего в себя лазер, поляризационный анализатор и линзу, и измерительного канала с узлом регистрации. Измерительный канал состоит из микроскопа, диафрагмы и поляризационного анализатора. Все элементы, входящие в состав соответствующего канала имеют единую оптическую ось. Направление оси проточного канала измерительной кюветы может совпадать с оптической осью измерительного канала либо быть ей перпендикулярной. Оптические оси измерительного и осветительного каналов взаимно перпендикулярны. Введение в осветительный канал второго поляризационного анализатора позволило повысить точность измерения и упростить эксплуатацию прибора за счет того, что появилась возможность замены окуляров микроскопа без дополнительной подстройки положений поляризатора.
Недостатком устройства является возможность возникновения ошибки обнаружения сверхнормативного выброса обусловленного возрастанием концентрации аэрозольных частиц до значений предельно допустимой концентрации за счет неравномерности потока сырья.
Известно устройство для измерения запыленности газовой среды (изобретение №2334215, МПК G01N 15/06, G01N 21/94), содержащее узел осветителя с источником излучения и коллиматором, оптически связанный через световые стекла аспирационного канала, имеющего побудитель расхода, с приемным объективом рассеянного излучения анализируемой среды, оптически сопряженный с первым фотоприемником, второй фотоприемник, оптически сопряженный с потоком излучения, систему обработки сигналов с фотоприемников, узел отображения информации, второй фотоприемник, расположен за световым стеклом до аспирационного канала и оптически сопряжен через рассеяние на световом стекле узла осветителя с потоком излучения, а за световым стеклом аспирационного канала введены по крайней мере два дополнительных фотоприемника, причем один дополнительный фотоприемник с приемным объективом прошедшего через анализируемую среду излучения расположен на одной оптической оси с узлом осветителя, и другой дополнительный фотоприемник с приемным объективом, оптически сопряженный с рассеянным анализируемой средой излучением расположен таким образом, что рассеянное излучение попадает на него под большим или меньшим углом, нежели на первый фотоприемник рассеянного излучения, а в качестве источника излучения используется полупроводниковый точечный излучатель с возможностью импульсного излучения попеременно на, по крайней мере, не менее двух длинах волн оптического диапазона.
Недостатком устройства является возможность возникновения ошибки обнаружения сверхнормативного выброса обусловленного возрастанием концентрации аэрозольных частиц до значений предельно допустимой концентрации за счет неравномерности потока сырья.
Наиболее близким к данной модели техническим решением является оптический пылемер (изобретение №2510497, МПК G01N 21/94), содержащий источник импульсного напряжения, последовательно соединенный с источником света, последовательно соединенный и оптически связанный со входом устройства разделения светового потока, первый выход которого последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном, вторым защитным окном измерительного канала; второй выход устройства разделения светового потока последовательно соединен и оптически связан с первым защитным окном опорного канала, который заполнен очищенной от пыли газовой смесью, по своему составу аналогичной отходящим газам конкретного предприятия, и вторым защитным окном опорного канала; устройство контроля запыленности смотровых окон оптически связано с первым смотровым окном в измерительном канале, выход которого является входом для устройства управления, выход которого подключен к устройству обдува, которое осуществляет обдув защитных окон, также содержит устройство контроля температуры, выход которого подключен к микроконтроллеру, также содержит устройство подогрева смотровых окон, поддерживающее температуру смотровых окон измерительного канала в заданных пределах, второе защитное окно измерительного канала оптически связано со светоразделительным зеркалом, пропускающим центральную часть светового пучка на диафрагму, формирующую узкий световой поток, поступающий на первый фотоприемник измерительного канала, который в свою очередь соединен с усилителем, последовательно соединенным с первым сумматором, который в свою очередь последовательно соединен с первым синхронным детектором, который также связан с источником импульсного напряжения и микроконтроллером, а широкий световой пучок со светоразделительного зеркала попадает на второй фотоприемник измерительного канала, который последовательно соединен с усилителем, последовательно соединенным со вторым сумматором, который в свою очередь последовательно соединен со вторым синхронным детектором, который также связан с источником импульсного напряжения и микроконтроллером; аналогично второе защитное окно опорного канала оптически связано со вторым светоразделительным зеркалом, пропускающим центральную часть светового пучка на диафрагму, формирующую узкий световой поток, поступающий на первый фотоприемник опорного канала, который в свою очередь соединен с усилителем, последовательно соединенным с первым сумматором, который в свою очередь последовательно соединен с первым синхронным детектором, который также связан с источником импульсного напряжения и микроконтроллером, а широкий световой пучок со светоразделительного зеркала попадает на второй фотоприемник опорного канала, который последовательно соединен с усилителем, последовательно соединенным со вторым сумматором, который в свою очередь последовательно соединен со вторым синхронным детектором, который также связан с источником импульсного напряжения и микроконтроллером.
Недостатком устройства является возможность возникновения ошибки обнаружения сверхнормативного выброса обусловленного возрастанием концентрации аэрозольных частиц до значений предельно допустимой концентрации за счет неравномерности потока сырья, а также сложность конструктивного исполнения и увеличение себестоимости устройства за счет защитных окон.
Задачей полезной модели является разработка устройства, позволяющего уменьшить загрязнение окружающей среды путем своевременного обнаружения сверхнормативных выбросов, упрощение его конструкции.
Техническим результатом является исключение ошибки обнаружения сверхнормативных выбросов и выявление сверхнормативных выбросов на ранних стадиях их формирования.
Технический результат достигается тем, что устройство для контроля параметров аэрозольных потоков, содержащее источник излучения, оптически связанный с фотоприемником, синхронный детектор, соединенный с микроконтроллером, при этом источник излучения выполнен виде двух лазеров, генерирующих импульсы излучения на двух длинах волн, расположенных на боковой стенке газохода, а выход фотоприемника последовательно соединен со входом синхронного детектора, выход которого последовательно соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого последовательно соединен со входом микроконтроллера.
1
2
01
02
1
2
1
2
1
2
1
2
12
32
Основным критерием возникновения сверхнормативного выброса является отказ последней ступени очистки, в результате происходит возрастание уровня концентрации аэрозольных частиц на выходе последней ступени очистки и превышение значения предельно допустимой концентрации. Также концентрация аэрозольных частиц может возрастать до значений предельно допустимой концентрации за счет неравномерной подачи сырья на источник выбросов, что может вызвать ошибку обнаружения сверхнормативных выбросов. Для устранения ошибки обнаружения сверхнормативных выбросов на боковой стенке газохода установлены два лазера, осуществляющие двух волновое зондирование. Зондирование на одной длине волны позволяет измерить массовую концентрацию частиц методом спектральной прозрачности, а зондирование на двух длинах волн позволяет измерить функцию распределения частиц по размерам. При двух волновом зондирование происходит излучение на двух длинах волн λ и λ интенсивностью I и I, которое, проходя сквозь поток аэрозольных частиц в результате частичного рассеяния и поглощения, ослабляется до некоторых значений I и I. Измерение интенсивностей I и I позволяет определить отношение оптических плотностей аэрозольного потока на двух длинах волн λ и λ лазерного излучения D/D, которое является функцией распределения частиц по размерам F(δ).
Таким образом, двух волновое зондирование с помощью двух лазеров позволяет оценивать два критерия возникновения сверхнормативного выброса, то есть возрастание массовой концентрации выше значения предельно допустимой концентрации и изменение функции распределения частиц по размерам. Оценка обоих критериев возникновения сверхнормативного выброса позволяет исключать ошибки обнаружения сверхнормативных выбросов и выявлять сверхнормативные выбросы на ранних стадиях их формирования.
Для преобразования электрического сигнала фотоприемника в цифровой сигнал, доступный для обработки микроконтроллером установлен аналого-цифровой преобразователь.
Упрощение конструкции осуществляется за счет того, что измерение параметров осуществляется непосредственно в любом месте газохода, тем самым исключая установку смотровых окон.
На фиг. 1 представлена схема устройства для контроля параметров аэрозольных потоков.
Устройство для контроля параметров аэрозольных потоков содержит два лазера 1, генерирующих импульсы излучения на двух длинах волн, расположенные непосредственно на боковой стенке газохода 2, оптически связанные с фотоприемником 3, выход которого последовательно соединен с входом синхронного детектора 4, выход которого последовательно соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 5, выход которого последовательно соединен с входом микроконтроллера 6.
01
02
1
2
1
2
32
Устройство для контроля параметров аэрозольных потоков работает следующим образом. Два лазера 1, расположенные непосредственно на стенке газохода 2, генерируют импульсы излучения интенсивностью I и I на двух длинах волн λ и λ. Каждый лазерный луч, проходя сквозь поток аэрозольных частиц в газоходе 2, ослабляется в результате частичного рассеяния и поглощения его частицами аэрозоля. Интенсивность излучения снижается до некоторых значений I и I которые регистрируются фотоприемником 3. Электрический сигнал которого поступает на вход синхронного детектора 4, предназначенного для подавления шумов и помех и исключения влияния сигналов лазеров друг на друга посредством двойного синхронного детектирования. Оба лазера 1 работают в импульсном режиме независимо друг от друга, причем генерация лазерного излучения осуществляется периодическими «пачками» импульсов, что и представляет собой двойная импульсная модуляция. Сигнал на выходе фотоприемника 3 имеет такую же периодичность следования, что позволяет осуществить двойное синхронное детектирование. Электрический сигнал с выхода синхронного детектора 4 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 5, в котором электрический сигнал преобразуется в цифровой. Цифровой сигнал с выхода аналого-цифрового преобразователя поступает на вход микроконтроллера 6. Который предназначен для расчета массовой концентрации частиц С, и восстановления функции распределения частиц по размерам F(δ), а также сравнения измеренных параметров с критериями возникновения сверхнормативного выброса. В качестве микроконтроллера может быть использован микропроцессор или компьютер.
Таким образом, устройство для контроля параметров аэрозольных потоков позволяет исключать ошибки обнаружения сверхнормативных выбросов и выявлять сверхнормативные выбросы на ранних стадиях их формирования.