CN100395533C - 固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统 - Google Patents
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Abstract
固定燃烧源排放颗粒物采样系统，该系统包括烟气进气系统，两级稀释器，停留室和设置在停留室下部的采样系统。在一级稀释器的进口端设有压缩空气系统，其出口端分别设置带有气体流量计的采样气出口和带有气体流量调节阀的多余气体出口；在二级稀释器的进口端设有稀释空气供气系统和气体流量计，并在停留室下部的四周均匀设有多个压力平衡孔。本发明不仅能够模拟固定燃烧源产生的气溶胶排放到大气中的物理化学过程，采用大气环境颗粒物的采样方法采集分粒径颗粒物样品进行物理化学分析，而且采样系统小型化，操作简便，系统稳定度高，测量结果可靠，适合于现场应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种固定燃烧源排放颗粒物采样系统，特别涉及一种能够对固定燃烧源排放的高温烟气稀释降温后采用大气环境颗粒物的采样方法采集颗粒物的采样系统，属于环境监测技术领域。
背景技术
固定燃烧源排放颗粒物是大气环境颗粒物的重要来源，如何合理采集固定燃烧源排放颗粒物，了解固定燃烧源排放颗粒物的粒径分布及物理化学特征，对于分析大气污染的来源，制定污染控制措施和排放标准意义十分重要。
目前我国对固定燃烧源排放颗粒物的采样主要采用烟尘采样器。该仪器是针对我国大气污染物排放标准中颗粒物的采样而开发的，采集的是在烟气温度下的总的烟尘样品，不能模拟气溶胶排放到大气中的物理化学过程，不能实现分粒径颗粒物的采集。由于燃烧源排放烟气温度，多采用玻璃纤维滤筒捕集烟尘，而玻璃纤维材质含有较多的有机、无机杂质，因而不利于对捕集的烟尘进行后续的化学分析。
上个世纪八十年代国外学者开发了稀释烟道方法进行源排放有机物和源排放特征谱研究，该采样系统一般包括烟气采样管、稀释空气系统、稀释混合段、停留室及采样系统等组成。烟气和稀释空气采样交叉流动方式混合，稀释混合段长；进入停留室的气量多，为保证气体在停留室的停留时间，停留室体积大。由于整个系统比较庞大，操作繁琐，在一定程度上限制了该方法在现场的大量应用。国内外学者正在不断的发展和完善此方法。中国发明专利(公开号CN1614385)涉及一种等速追踪固定源稀释采样系统，包括采样头、加热管、一级稀释腔、二级稀释腔、停留室、采样器、数据采集器和皮托管等，该发明通过皮托管监测烟道内的压力参数和计算机调节流量控制器，实现采样的全过程等速，但是在采样过程中，由于烟道内烟气速度的波动，系统的流量控制器和分流采样泵都处于变化状态，导致系统的不稳定，测量结果出现偏差。
发明内容
针对上述现有的各种固定燃烧源颗粒物采样系统的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种新型的固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统，使其不仅能够模拟固定燃烧源产生的气溶胶排放到大气中的物理化学过程，采用大气环境颗粒物的采样方法采集分粒径颗粒物样品进行物理化学分析，而且采样系统小型化，适合于现场应用；系统稳定度高，操作简便。
本发明的技术方案是通过如下技术方案实现的：
一种固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统，包括由大颗粒切割器和采样管组成的烟气进气系统，依次与烟气进气系统相连的一级稀释器、二级稀释器、停留室和设置在停留室下部的采样系统；所述的采样系统由切割器、采样膜、调节阀IV、流量计以及采样泵组成，其特征在于：在所述的一级稀释器的进口端设有压缩空气系统，该压缩空气系统依次包括空压机、调节阀I、空气净化器和压力表，在一级稀释器的出口端分别设置带有气体流量计的采样气出口和带有气体流量调节阀II的多余气体出口；在所述的二级稀释器的进口端设有稀释空气供气系统和气体流量计，该系统包括稀释空气泵、调节阀III、空气净化器和压力表；并在所述的停留室下部的四周均匀设有多个压力平衡孔。
本发明的技术特征还在于：所述的一级稀释器的稀释压缩空气通过环形喷射孔进入稀释器内腔，环形喷射孔与烟气进口的喷嘴相连接；所述的二级稀释器的稀释空气通过多个喷孔进入稀释器内腔。所述的大颗粒切割器采用旋风式结构。
为了方便系统运输和现场应用，所述的停留室底部设有四个角轮。
本发明所述的空气净化器依次包括硅胶罐、活性炭罐和过滤膜，分别用于去除稀释空气中的水、有机物和颗粒物。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①通过在一级稀释器出口端设置调节阀和流量计，控制进入二级稀释器的采样气量，加之调节二级稀释器的进口端稀释空气量，可方便调节稀释比，同时使得进入停留室气量不变，保持系统稳定；稀释后的采样气体以压入进气方式进入停留室，进入停留室的气体呈微正压，未被采集的多余气体可从压力平衡孔自动排出，保持停留室压力平衡和整个采样系统的稳定。这样，整个采样系统稳定度高，测量结果可靠，操作简便。②采用喷射型稀释和多孔湍流混合稀释相结合，可加强稀释气体和烟气的混合，大大降低稀释混合段长度；在满足采样的前提下，减少进入停留室的采样气量，缩小停留室体积；这样整个采样系统小型化，同时各主要部件可拆卸，方便运输与安装，使之更适合于现场应用。
附图说明
图1为本发明提供的固定燃烧源排放颗粒物采样系统示意图。
图中：1-大颗粒切割器；2-采样管；3-加热保温套；4-软管；5-压力表；6-空气净化器；7-调节阀I；8-空压机；9-一级稀释器；10、调节阀II；11-气体流量计I；12-二级稀释器；13-气体流量计II；14-稀释空气泵；15-停留室；16-测温计；17-湿度计；18-压力平衡孔；19-切割器；20-采样膜；21-转子流量计；22-采样泵；23-采样孔；24-调节阀III；25-调节阀IV。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、工作过程及具体实施方式作进一步的说明：
本发明主要包括烟气进气部分、一级稀释系统、二级稀释系统、停留室和采样部分等五部分。
烟气进气部分由大颗粒切割器1、采样管2组成，在采样管后面接有聚四氟乙烯软管4，在采样管和软管外部敷设加热保温套3。大颗粒切割器1其作用是切割掉大颗粒(粒径大于10um以上)，避免大颗粒沉积以致堵塞管路，其进口设有采样嘴，根据烟气流速选取适当的采样嘴，实现等速采样；加热保温套3使采样管2、聚四氟乙烯软管4的温度略高于烟道内烟气温度，防止颗粒热泳沉积及冷凝发生；聚四氟乙烯软管4可方便现场连接及实现对烟道的多点采样，同时避免污染采样气体。
一级稀释系统由一级稀释器9、稀释压缩空气供气系统、气体流量计I 11、调节阀II 10组成。压缩空气系统设在一级稀释器9的进口端，该压缩空气系统依次包括空压机8、调节阀I 7、空气净化器6和压力表5，在其出口端分别设置带有气体流量计11的采样气出口和带有气体流量调节阀II 10的多余气体出口。一级稀释器的稀释压缩空气通过环形喷射孔进入稀释器内腔，环形喷射孔与烟气进口的喷嘴相连接；压缩空气高速通过环形喷射孔时在喷嘴处产生负压，诱导烟道内烟气从进气部分通过喷嘴进入稀释器内腔，烟气和稀释气体在环形喷射孔处混合，进一步在稀释器内腔充分混合；在压缩空气为0.2MPa时，第一级稀释器9能提供约10倍的稀释比，在整个采样过程中，稀释比稳定；一级稀释器出口有两个，一为采样气出口，一为多余气体出口，通过在多余气体出口设置调节阀II 10，调节采样气出口气量，即进入第二级稀释器12的采样气量，气量可在10～50l/min范围调节。流量计I用于测量一级稀释器9采样气出口气量。
二级稀释系统由二级稀释器12、稀释空气供气系统、气体流量计II 13组成。二级稀释器12采用多孔喷射型结构，稀释气体通过多个喷孔喷射进入稀释器内腔，和从一级稀释器采样气出口来的气体在混合腔内进一步稀释、混合。稀释空气供气系统包括稀释空气泵14、调节阀III 24、空气净化器6、压力表5，提供洁净的稀释空气。流量计II 13用于测量进入二级稀释器12的稀释气量。根据需要，通过调节稀释气量和一级稀释器9采样气出口气量，二级稀释系统可提供2～10倍的稀释比。这样一级、二级稀释系统可实现20～100倍的稀释比。
停留室15的作用是为稀释后的烟气提供一段停留时间后才被采集，模拟烟气排放到大气中的成核、冷凝、凝聚等过程。停留室的大小按进气量100l/min，停留时间80秒设计，可满足同时进行不同粒径、化学物种和特定有机物的采样要求，这样，由于进气量相对国外的设计有大幅度的减少，在满足同样的停留时间条件下，停留室的体积大大降低。停留室侧部装有压力表5、测温计16、湿度计17用于测量停留室内的压力、温度和湿度。在其下部均匀开设多个压力平衡孔18，由于稀释后的采样气体以压入进气方式进入停留室，进入停留室的气体呈微正压，未被采集的多余气体可从压力平衡孔自动排出，保持停留室压力平衡和整个采样系统的稳定。停留室15底部设有四个角轮，方便运输。
采样系统与停留室下部的采样孔23相连，由切割器19、采样膜(包括膜托)20、调节阀IV25、转子流量计21、采样泵22组成。按照大气环境颗粒物的采样方法采集颗粒物样品进行物理化学分析，可根据要求选配不同粒径的切割器(如PM10、PM2.5等)，采样膜(如Teflon膜、石英膜等)进行分粒径的颗粒物的采集，进行称重、元素、离子、OC/EC和特定有机物(如多环芳烃)的分析；还可与适应于大气环境条件的在线颗粒物测量仪器(如SMPS、ELPI、TOEM等)联用。
采用系统的工作过程如下：
采样前，测量烟道内气流速度、烟气温度，根据烟气流速选取适当的采样嘴安装在大颗粒切割器1进口，实现等速采样；将大颗粒切割器1和采样管2通过烟道上的取样孔插入烟道中，使采样嘴置于测点上，正对气流，给加热保温套3通电加热，加热至温度略高于烟气温度。开启空压机8，通过调节阀I 7将压力调至0.2Mpa。开启稀释空气泵14，通过调节阀II 10和调节阀III 24，调节一级稀释器9采样气出口气量和二级稀释器12的稀释气量，分别通过气体流量计I 11、气体流量计II 13测量气量，确定稀释比。例如一级稀释器9采样气出口气量和二级稀释器12的稀释气量分别为50l/min、50l/min，则二级稀释器12的稀释比为2，加上一级稀释器9的稀释比10，则两级稀释器总的稀释比为20；待系统稳定后，开启采样泵22，通过调节阀IV25调节气量至切割器19的额定工作流量，采样开始，记录采样开始时间；采样一段时间后，关闭采样泵22，采样结束，记录采样结束时间。
Claims (4)
1.一种固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统，包括由大颗粒切割器(1)和采样管组成的烟气进气系统，依次与烟气进气系统相连的一级稀释器、二级稀释器、停留室和设置在停留室下部的采样系统；所述的采样系统由切割器(19)、采样膜(20)、调节阀IV(25)、流量计(21)以及采样泵(22)组成，其特征在于：在所述的一级稀释器(9)的进口端设有压缩空气系统，该压缩空气系统依次包括空压机(8)、调节阀I(7)、第一空气净化器和第一压力表，在一级稀释器(9)的出口端分别设置带有气体流量计I(11)的采样气出口和带有气体流量调节阀II(10)的多余气体出口；在所述的二级稀释器(12)的进口端设有稀释空气供气系统和气体流量计II(13)，稀释空气供气系统包括稀释空气泵(14)、调节阀III(24)、第二空气净化器和第二压力表；并在所述的停留室(15)下部的四周均匀设有多个压力平衡孔(18)；所述的一级稀释器的稀释压缩空气通过环形喷射孔进入稀释器内腔，环形喷射孔与烟气进口的喷嘴相连接；所述的二级稀释器(12)的稀释空气通过多个喷孔进入稀释器内腔。
2.按照权利要求1所述的固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述的大颗粒切割器(1)采用旋风式结构。
3.按照权利要求1所述的固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述的停留室(15)底部设有四个角轮。
4.按照权利要求1所述的固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述的空气净化器(6)依次包括硅胶罐、活性炭罐和过滤膜。
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