CN103257095A - 排放源中细颗粒物的分级检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排放源中细颗粒物的分级检测方法和装置，包括加热单元、电晕荷电器、两级切割器、静电仪、信号处理单元、数据处理单元和计算机。待测烟气首先通过加热单元加热，之后经电晕荷电器进行荷电处理，荷电的细颗粒物进入两级切割器，按照粒径大小分别被收集到各级切割器的收集盘上，安装于各级切割器上的静电仪测量对应切割器上的电荷量，并将测量结果传输给信号处理单元进行放大去干扰后由数据处理单元转换成数字信号，最终传输给计算机，由软件计算出颗粒的粒径数量分布、浓度等指标。本发明可检测出不同粒径的细颗粒物，尤可测量出固定源排放的PM₁₀和PM_2.5，且可避免烟气中液滴对颗粒物测量的影响，保证检测的准确性。

Description

排放源中细颗粒物的分级检测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种排放源细颗粒物检测方法和装置，特别是涉及一种针对含液滴烟气(如PM₁₀和PM_2.5)的细颗粒物分级检测方法和装置。

背景技术

一直以来，我国政府对治理大气污染和改善人民居住环境都非常重视，为了控制大气污染，已将推进大气污染源监测技术作为政府工作的重中之重。

目前，国外对于细颗粒物的检测已经提出了一系列的方法，但仍存在一些问题，比如颗粒物易在采样管道壁上凝结，进而影响检测的精度；经过加热的水蒸气会改变烟气的密度，导致颗粒物在切割器的运行轨迹发生变化，因而需要重新设计切割器。

在我国，对于污染源排放的细颗粒物(尤其是固定源PM₁₀/PM_2.5等细粒子)的检测需要考虑以下问题：1)烟尘受流场形式和惯性作用的影响，需考虑采样流量与烟道内的排气流速的关系；2)烟气中液滴液固组份在采样管壁上凝结和粘结的问题；3)高温高湿烟气条件下切割器的切割特征与大气环境条件有明显不同，分级捕集效率和分级准确度的变化问题。因此，不能简单的借鉴搬用国外的细颗粒物检测技术。

发明内容

鉴于上述原因，本发明的目的在于提供一种排放源中细颗粒物的检测方法和装置，利用该检测方法和装置可检测出污染源排放的PM₁₀/PM_2.5等多种细颗粒物，同时可解决烟气中液滴对颗粒物的吸附问题，且不会对切割器造成影响。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种排放源中细颗粒物的分级检测装置，它包括加热单元、电晕荷电器、两级切割器、静电仪、信号处理单元、数据处理单元和计算机；

待测烟气首先经该加热单元加热，加热后的烟气经过该电晕荷电器进行荷电处理后，进入到两级切割器，由各级切割器收集不同粒径的细颗粒物，安装于各级切割器上的静电仪分别测量对应切割器上的电荷量，并将测量结果传输给该信号处理单元进行放大及去干扰处理后，由该数据处理单元进行模数转换，转换后的数字信号传输给该计算机。

进一步地：

所述切割器由冲击盘和收集盘组成，该冲击盘上均匀分布有冲击孔。

所述两级切割器上下叠加，自上级的切割器向下级的切割器，所述冲击孔的孔径逐渐减小，孔数逐渐增多。

所述两级切割器之间保持彼此绝缘。

所述电晕荷电器的电离室采用耐高温的绝缘材料，所述电晕荷电器的电极采用铂金电极。

所述信号处理单元与所述数据处理单元之间的信号传输线采用高温屏蔽线材。

所述耐高温的绝缘材料为聚四氟乙烯。

基于排放源中细颗粒物的分级检测装置实现的分级检测方法，包括以下步骤：

1)烟气通过所述加热单元进行加热使烟气中的液态水蒸发；

2)加热后的烟气经过所述电晕荷电器进行荷电处理；

3)荷电的细颗粒物被抽入到所述两级切割器内；

4)荷电的细颗粒物依次经过所述两级切割器的冲击孔时，颗粒按照粒径大小分别被收集在所述两级切割器的收集盘上；

5)所述两级切割器上安装的静电仪测量对应切割器上所收集颗粒携带的电荷量；

6)所述静电仪的测量结果传输给所述信号处理单元进行放大及去干扰处理；

7)放大及去除干扰后的测量结果传输给所述数据处理单元进行模数转换处理；

8)经模数转换后的测量结果传输给所述计算机。

烟气在荷电处理前首先通过恒温加热使烟气中的液滴汽化处理，烟气需加热至120-150℃。

本发明的优点在于：

1、利用本发明的方法和装置，可有效检测出排放源中PM₁₀/PM_2.5等细颗粒物；

2、可解决烟气中液态水对测量结果的精度影响问题。

附图说明

图1是本发明中的分级检测装置的组成结构图。

图2是本发明中的分级检测方法的流程图。

图3是本发明于一具体实施例中的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

图1是本发明的排放源中细颗粒物的分级检测装置的组成结构图。如图所示，该装置包括加热单元、电晕荷电器1、两级切割器2、静电仪4、信号处理单元5、数据处理单元6及计算机7。其中，切割器2由冲击盘和收集盘组成，冲击盘上均匀分布有冲击孔，两级切割器上下叠加，自上级切割器向下级切割器，冲击孔的孔径大小逐渐减小，孔数逐渐增多；

待测烟气首先经加热单元加热以去除液态水，加热后的烟气进入电晕荷电器1进行荷电处理后，输送至两级切割器2，烟气依次经过两级切割器2的冲击孔时，气体中的颗粒按照粒径大小分别被收集在两级切割器2的收集盘3上。两级切割器2的收集盘3上均安装有静电仪4，静电仪4测量对应收集盘上所收集颗粒的总电荷，将测量结果传输至信号处理单元5进行放大及去干扰处理，去干扰后经数据处理单元6进行模数转换，最终发送至计算机7，由计算机中的软件计算出各级切割器2上的电荷量、荷电效率，颗粒物的数目、表面积、体积、质量以及气流流量等，从而得到测量对象中颗粒的质量、粒径分布、数量浓度等信息。

图2是本发明中的分级检测方法的流程图。如图所示，利用上述分级检测装置检测排放源中细颗粒物的方法是：

S1：烟气首先通过加热单元进行加热，加热温度在120-150℃之间，加热后的烟气经电晕荷电器1进行荷电处理，烟气中的细颗粒物被荷上了正电荷；

S2：荷电的细颗粒物被抽入到两级切割器2内；

S3：荷电的细颗粒物依次经过两级切割器2的冲击孔时，颗粒按照粒径大小分别被收集在各级切割器2的收集盘3上；

由于粒径大小不同的颗粒其惯性和气流跟随性不同，因而不同粒径大小的颗粒可收集到不同级的切割器内。具体的说，各级切割器上下叠加，上面的一级称为第一级切割器，下面的一级称为第二级切割器，且上下叠加的两级切割器之间保持彼此绝缘。

当荷电的细颗粒物经过第一级切割器的冲击孔时，由于截面积变小，流速变大，气流以较高的速度从冲击孔喷出，气流中的大颗粒(粒径为10μm)惯性较大，偏离气流方向撞击在该级切割器的收集盘上而被捕获，而较小颗粒惯性较小，跟随气流到达了第二级切割器，再由第二级切割器收集粒径为2.5μm的颗粒。

S4：两级切割器上安装的静电仪4测量对应切割器上所收集颗粒携带的电荷量；

S5：静电仪4的测量结果传输给信号处理单元5进行放大并去干扰处理；

S6：去除干扰后的测量结果传输给数据处理单元6进行模数转换处理；

S7：转换后的数字信号经RS232传输线传输给计算机7。

计算机中的软件对测量结果进行处理，以计算出各级切割器2上的电荷量、荷电效率，颗粒物的数目、表面积、体积、质量以及气流流量，从而得到测量对象中颗粒的质量、粒径分布、数量浓度等指标；数据处理单元6还可以对气流流量进行实时控制。经检测后的烟气由真空泵8排出。

计算时，对于每一粒径级，通过以下公式计算出细颗粒物的浓度：

$C=\frac{N\frac{{4\mathrm{\πr}}^3}{3}d}{V_0}---\left(1\right)$

公式中，N为烟气的细粒子数；r为细颗粒物的平均半径，d为颗粒密度；V₀为烟气折合成干烟气的体积。

在检测过程中，为了解决烟气中液滴对颗粒物的分级影响，从烟气进入电晕荷电器1开始至静电仪3测量收集盘上电荷量的整个过程中，都要通过恒温加热对待测烟气进行水滴汽化处理，加热温度在120-150℃之间。

图3是本发明于一具体实施案例中的结构示意图，如图所示，本实施例中，电晕荷电器1的电离室采用聚四氟乙烯等耐高温的绝缘材料，该材料最高可承受280℃高温；电晕荷电器的电极采用铂金电极，具有抗氧化、耐腐蚀的特性，将电离室后置以避免直接接触过热气体；信号处理单元5置入数字温度补偿系统，通过检测周围温度变化补偿电路漂移，信号处理单元5与数据处理单元6之间的信号传输线采用高温屏蔽线材，防止电晕荷电器1的辐射干扰。

在实际应用中，利用本发明的排放源中细颗粒物的分级检测方法和装置，对某75t/h燃煤锅炉纯碱湿法脱硫和300MW石灰石-石膏湿法脱硫烟气进行了检测，经过两级切割器后，于第一级切割器上可收集10μm以上的颗粒物，第二级切割器可收集2.5-10μm的细颗粒物。该装置最高可检测脱硫后浆液滴含量在30mg/Nm³，并可实现对PM₁₀/PM_2.5的分级测量。

本发明的排放源中细颗粒物的分级检测方法和装置，利用粒径大小不同的颗粒其惯性和气流跟随性不同的特性，设置了两级切割器，经过两级切割器的处理后，不同粒径大小的颗粒分别被收集在各级切割器的收集盘上，再通过每级切割器上设置的静电仪测量对应切割器上带电颗粒产生的电流，进而可计算出颗粒的浓度及粒径分布等。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种排放源中细颗粒物的分级检测装置，其特征在于，它包括加热单元、电晕荷电器、两级切割器、静电仪、信号处理单元、数据处理单元和计算机；

待测烟气首先经该加热单元加热，加热后的烟气经过该电晕荷电器进行荷电处理后，进入到两级切割器，由各级切割器收集不同粒径的细颗粒物，安装于各级切割器上的静电仪分别测量对应切割器上的电荷量，并将测量结果传输给该信号处理单元进行放大及去干扰处理后，由该数据处理单元进行模数转换，转换后的数字信号传输给该计算机。

2.如权利要求1所述的排放源中细颗粒物的分级检测装置，其特征在于，所述切割器由冲击盘和收集盘组成，该冲击盘上均匀分布有冲击孔。

3.如权利要求2所述的排放源中细颗粒物的分级检测装置，其特征在于，所述两级切割器上下叠加，自上级的切割器向下级的切割器，所述冲击孔的孔径逐渐减小，孔数逐渐增多。

4.如权利要求3所述的排放源中细颗粒物的分级检测装置，其特征在于，所述两级切割器之间保持彼此绝缘。

5.如权利要求4所述的排放源中细颗粒物的分级检测装置，其特征在于，所述电晕荷电器的电离室采用耐高温的绝缘材料，所述电晕荷电器的电极采用铂金电极。

6.如权利要求4或5所述的排放源中细颗粒物的分级检测装置，其特征在于，所述信号处理单元与所述数据处理单元之间的信号传输线采用高温屏蔽线材。

7.如权利要求5所述的排放源中细颗粒物的分级检测装置，其特征在于，所述耐高温的绝缘材料为聚四氟乙烯。

8.一种基于权利要求1或3或4所述排放源中细颗粒物的分级检测装置实现的分级检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)烟气通过所述加热单元进行加热使烟气中的液态水蒸发；

2)加热后的烟气经过所述电晕荷电器进行荷电处理；

3)荷电的细颗粒物被抽入到所述两级切割器内；

4)荷电的细颗粒物依次经过所述两级切割器的冲击孔时，颗粒按照粒径大小分别被收集在所述两级切割器的收集盘上；

5)所述两级切割器上安装的静电仪测量对应切割器上所收集颗粒携带的电荷量；

6)所述静电仪的测量结果传输给所述信号处理单元进行放大及去干扰处理；

7)放大及去除干扰后的测量结果传输给所述数据处理单元进行模数转换处理；

8)经模数转换后的测量结果传输给所述计算机。

9.如权利要求8所述的分级检测方法，其特征在于，烟气在荷电处理前首先通过恒温加热使烟气中的液滴汽化处理，烟气需加热至120-150℃。

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