CN103471876B - 稀释采样探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稀释采样探头，包括：气体导引管、气体导引支管、内部过滤器、气动恒流装置、回流管、限流管、稀释组件、气路管、外部过滤器、电动执行器、铝制壳体、恒温组件、以及安装箱体。根据本发明实施例的稀释采样探头，可以提高样气中污染物浓度的测量精度，特别是污染物浓度较低时的样气中污染物浓度的测量精度，还可以通过计算加标回收率实时验证测量结果的准确性。

Description

稀释采样探头

技术领域

本发明涉及环境监测采样技术领域，尤其涉及一种可实现动态加标的采集固定污染源烟气排放的稀释采样探头。

背景技术

提高环境空气质量已是环保任务的重中之重，而固定污染源烟气的连续排放又是污染环境空气的主要来源之一，因此对固定污染源烟气排放实施在线监控是改善空气质量的有效手段。

目前应用最广泛的CEMS（ContinuousEmissionMonitoringSystem，烟气排放连续监测系统）采样技术是稀释采样法，即：将样品气在加热的采样器中用纯氮气或者干燥洁净的空气稀释，稀释后的气体的露点下降至在用非加热型的输气管传输时不会结露，从而可以保证送至微量程的分析仪表分析测量的样气成分保持不变。

烟道外稀释采样探头将临界小孔、稀释组件等都设计在烟道外，同时增加了旁路抽气泵，旁路抽气泵将烟气吸入到样气室，然后由主文丘里管吸入临界小孔，完成稀释采样。在使用时，仅将采样探管置于被采样烟气的烟囱内部，其他部分完全处于烟囱以外，提高了工作的可靠性和稳定性，降低了故障率，并能有效缓解烟气对探头的腐蚀。

然而，现有的烟道外稀释采样探头在实际使用中对样气中污染物浓度的测量精度、特别是污染物浓度较低时的样气中污染物浓度的测量精度不高，而且不能实时验证测量结果的准确性。

发明内容

技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提高样气中污染物浓度的测量精度，特别是污染物浓度较低时的样气中污染物浓度的测量精度，并能实时验证样气中污染物浓度测量结果的准确性。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本发明的实施例，提供了一种稀释采样探头，包括：气体导引管，其上设置有样气入口以及气体输出口，其中，所述样气入口能够与烟道连通；内部过滤器，其上设置有过滤入口、第一过滤气出口、以及第二过滤气出口，用于滤除样气中的大颗粒烟尘，其中，所述过滤入口能够与所述气体输出口连通；气动恒流装置，其上设置有恒流入口、射流气孔、恒流出口、以及流量监测口，其中，所述恒流入口能够与所述第一过滤气出口连通，所述射流气孔用于连接压力控制器，所述压力控制器用于调节经由所述射流气孔流入的气体压力，所述流量监测口用于连接流速测量装置，所述流速测量装置用于监测其中气体的流量；回流管，其上设置有回流入口以及回流出口，用于将样气回流到所述烟道，其中，所述回流入口能够与所述恒流出口连通，所述回流出口能够与所述烟道连通；限流管，其上设置有限流入口、音速限流孔、以及限流出口，其中，所述限流入口能够与所述第二过滤气出口连通，所述音速限流孔用于控制经由所述限流出口流出的气体的流量；以及稀释组件，其上设置有稀释入口、稀释气孔、以及稀释出口，用于对样气和/或加标气进行稀释，其中，所述稀释入口能够与所述限流出口连通。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述稀释采样探头还包括外部过滤器，所述外部过滤器连接在所述烟道与所述气体导引管的样气入口之间，用于对样气进行粗过滤。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述气体导引管的样气入口和气体输出口之间还连接有气体导引支管，所述气体导引支管上设置有采样反吹孔，所述采样反吹孔能够与所述样气入口连通，用于将能够清洁所述外部过滤器的清洁气体导入所述外部过滤器。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述气体导引支管上还设置有加标孔，所述加标孔用于连接标气发生器，所述标气发生器用于产生加标气，所述加标孔、所述采样反吹孔、以及所述气体导引支管与所述气体导引管的接口之间经由三通接头连通。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述稀释采样探头还包括气路管，其上设置有反吹孔，所述反吹孔能够与所述第二过滤气出口连通，用于将能够清洁所述内部过滤器的清洁气体导入所述内部过滤器。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述气路管上还设置有标气孔，所述标气孔能够与所述限流入口连通，用于将标气导入所述稀释组件。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述气路管上还设置有压力监测口，所述压力监测口能够与所述第二过滤气出口连通，用于连接压力监测器，所述压力监测器用于监测所述第二过滤气出口处的压力状态。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述反吹孔以及所述标气孔经由两输入一输出的三通接头相互连通，所述三通接头的输出端与所述第二过滤气出口、限流入口、以及所述压力监测口经由四通接头相互连通。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述稀释采样探头还包括电动执行器，所述电动执行器能够与所述回流出口连接。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述稀释组件上还设置有真空压力口，所述真空压力口用于连接真空压力计，所述真空压力计用于监测所述稀释组件内的压力状态。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述稀释采样探头还包括铝质壳体，所述内部过滤器、所述气动恒流装置、所述限流管、所述稀释组件、以及所述气路管封装在所述铝质壳体内；以及恒温组件，与所述铝质壳体连接，用于使所述铝质壳体内的温度恒定。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述恒温组件包括加热棒以及热电偶。

对于上述稀释采样探头，在一种可能的实现方式中，所述稀释采样探头还包括安装箱体，所述气体导引管、所述气体导引支管、所述回流管、所述电动执行器、所述铝质壳体、以及所述恒温组件置于所述安装箱体内，并且所述安装箱体的内壁包覆有阻燃高温隔热材料的保温层。

有益效果

根据本发明实施例的稀释采样探头，通过安装在稀释出口的分析仪或测量系统可以将测得的样气中某污染物的浓度值实时反馈给与加标孔连接的标气发生器，标气发生器根据反馈信息判断是否需要加标气，并在需要加标气时产生特定浓度的加标气，从而实现了实时动态加标。这样一方面可以提高样气中污染物浓度的测量精度，特别是污染物浓度较低时的样气中污染物浓度的测量精度。另一方面通过计算加标回收率，可以实时验证分析仪或测量系统的测量准确性。

另外，本发明实施例的稀释采样探头，通过安装在流量监测口的流速测量装置可以将测得的气动恒流装置中气体流量反馈给安装在射流气孔的压力控制器，压力控制器实时调节经由射流气孔流入气动恒流装置的气体的压力，从而实现了样气的恒流，保证了样气与加标气的混合比的稳定性。这样一方面可以保证分析仪或测量系统测量结果的准确性，另一方面可以保证通过计算加标回收率验证的分析仪或测量系统的测量准确性是可靠的。

此外，恒温组件以及安装箱体的保温层可以保证稀释采样探头的工作温度恒定在200℃～250℃，保证了样气在整个稀释采样探头的输气管传输的过程不会结露。这样可以保证送至分析仪或测量系统的样气成分不变，从而可以进一步提高样气中污染物浓度的测量精度。

本发明实施例的稀释采样探头还可以通过外部过滤器与内部过滤器对进入稀释采样探头的样气进行过滤，有效防止了稀释采样探头的堵塞问题。另外，可以通过采样反吹孔和反吹孔定时对外部过滤器与内部过滤器的清洁，大大提高了外部过滤器与内部过滤器的使用寿命。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1示出根据本发明一实施例的稀释采样探头的结构示意图。

附图标记列表

1010：气体导引管；1011：样气入口；1012：气体输出口；1013：气体导引支管；1014：采样反吹孔；1015：加标孔；1020：内部过滤器；1021：过滤入口；1022：第一过滤气出口；1023：第二过滤气出口；1030：气动恒流装置；1031：恒流入口；1032：射流气孔；1033：恒流出口；1034：流量监测口；1040：回流管；1041：回流入口；1042：回流出口；1050：限流管；1051：限流入口；1052：音速限流孔；1053：限流出口；1060：稀释组件；1061：稀释入口；1062：稀释气孔；1063：稀释出口；1064：真空压力口；1070：气路管；1071：反吹孔；1072：标气孔；1073：压力监测口；1090：电动执行器；1100：铝制壳体；1111：加热棒；1112：热电偶。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在下文的具体实施方式中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、和元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1示出根据本发明一实施例的稀释采样探头的结构示意图。如图1所示，稀释采样探头主要包括气体导引管1010、气体导引支管1013、内部过滤器1020、气动恒流装置1030、回流管1040、限流管1050、稀释组件1060、气路管1070、外部过滤器、电动执行器1090、铝制壳体1100、恒温组件、以及安装箱体。

在一种可能的实现方式中，气体导引管1010上设置有样气入口1011以及气体输出口1012，气体导引支管1013连接在样气入口1011和气体输出口1012之间，并且气体导引支管1013上设置有采样反吹孔1014以及加标孔1015。其中，样气入口1011能够与烟道连通，采样反吹孔1014、加标孔1015、以及气体导引支管1013与气体导引管1010之间的接口可经由三通接头连通。

在一种可能的实现方式中，内部过滤器1020上设置有过滤入口1021、第一过滤气出口1022、以及第二过滤气出口1023。其中，过滤入口1021可经由直通接头与气体输出口1012连通。

在一种可能的实现方式中，气动恒流装置1030上设置有恒流入口1031、射流气孔1032、恒流出口1033、以及流量监测口1034。其中，恒流入口1031可经由直通接头与第一过滤气出口1022连通。

在一种可能的实现方式中，回流管1040上设置有回流入口1041以及回流出口1042。其中，回流入口1041可经由直通接头与恒流出口1033连通，回流出口1042能够与所述烟道连通。

在一种可能的实现方式中，限流管1050上设置有限流入口1051、音速限流孔1052、以及限流出口1053。

在一种可能的实现方式中，稀释组件1060上设置有稀释入口1061、稀释气孔1062、稀释出口1063、以及真空压力口1064。其中，稀释入口1061可经由直通接头与限流出口1053连通。

在一种可能的实现方式中，气路管1070上设置有反吹孔1071、标气孔1072、以及压力监测口1073。其中，反吹孔1071以及标气孔1072可经由两输入一输出的三通接头相互连通，该三通接头的输出端与第二过滤气出口1023、限流入口1051、以及压力监测口1073可经由四通接头相互连通。

在一种可能的实现方式中，外部过滤器连接在烟道与气体导引管1010的样气入口1011之间，电动执行器1090与回流出口1042连接。

在稀释采样探头采样工作之前，关闭电动执行器1090，将浓度已知的标气通过标气孔1072，经限流管1050流入稀释组件1060，并经稀释出口1063流入分析仪或测量系统。这样，一方面可以确定分析仪或测量系统的输入输出关系，即完成对分析仪或测量系统的标定，另一方面还可以消除分析仪或测量系统误差，即完成对分析仪或测量系统的校准，以提高分析仪或测量系统的准确度。

在对分析仪或测量系统的标定和/或校准完成之后，稀释采样探头可以开始采样工作。

一方面，干燥的空气通过射流气孔1032进入气动恒流装置1030，经恒流出口1033、回流入口1041进入回流管1040，并经回流出口1042排出，从而在样气入口1011处产生负压，使得烟道内的烟气作为样气从样气入口1011经由过滤入口1021流入内部过滤器1020。

另一方面，加标气可由加标孔1015经气体导引支管1013流入内部过滤器1020，并与样气混合。大部分、比如90%的样气和/或加标气的混合气经第一过滤气出口1022流入气动恒流装置1020，与干燥的空气在气动恒流装置1020中混合，经回流管1040排出；然而，另外一部分、比如10%的样气和/或加标气的混合气经第二过滤气出口1023流出，经限流入口1051、音速限流孔1052、限流出口1053流入稀释组件1060，并经稀释出口1063排出。

在干燥的空气通过射流气孔1032进入气动恒流装置1030时，稀释气通过稀释气孔1062进入稀释组件1060，与流入稀释组件1060的样气和/或加标气的混合气混合，并经稀释出口1063排出。

需要说明的是，不同限流管的音速限流孔1052的孔径不同，可以根据音速限流孔1052的孔径参数确定进入稀释组件1060的样气和/或加标气的混合气的流量，结合进入稀释组件1060的稀释气的流量，可以确定样气的稀释比，样气和/或加标气的混合气的一部分以及稀释气经稀释组件1060的稀释出口1063流入分析仪或测量系统，从而可以通过分析仪或测量系统测得样气中某污染物的浓度。样气和/或加标气的混合气的另外一部分以及干燥的空气通过回流管1040回流至烟道内，可以增加气体的流动性使流入分析仪或测量系统的样气得以实时更新，从而可以确保对固定污染源烟气排放的实时监控。

外部过滤器以及内部过滤器1020可以对样气进行过滤，其中外部过滤器可以对样气初步过滤，内部过滤器1020进一步基于惯性分离原理将通过第二过滤气出口1023流出的样气中的大烟尘颗粒滤除，有效防止音速限流孔1052的堵塞，提高了稀释采样探头的使用可靠性。

安装在气动恒流装置1030的流量监测口1034的流速测量装置能够精确测量气动恒流装置1030中气体的流量，并反馈给安装在射流气孔1032的压力控制器，该压力控制器实时调节经由射流气孔1032流入气动恒流装置1030的气体的压力，从而实现样气的恒流，保证了样气与加标气的混合比的稳定性。这样一方面可以保证分析仪或测量系统测量结果的准确性，另一方面可以保证通过计算加标回收率验证的分析仪或测量系统的测量准确性是可靠的。

需要说明的是，在稀释采样探头采样工作的时候，加标气由加标孔1015经气体输入口1012流入内部过滤器1020这个过程不是必须的，分析仪或测量系统将测得的样气中某污染物的浓度实时反馈给与加标孔1015连接的标气发生器，标气发生器根据反馈信息产生不同浓度的加标气，如果样气中某污染物浓度较高、比如高于分析仪或测量系统的最大量程的10%，则不需要加标气。通过实时动态加标，一方面可以提高样气中污染物浓度的测量精度，特别是污染物浓度较低时的样气中污染物浓度的测量精度，另一方面通过计算加标回收率，可以实时验证分析仪或测量系统的测量准确性。

安装在压力监测口1073的压力监测器能够监测第二过滤气出口1023处的压力状态，从而可以判断稀释组件1060是否正常采样，也就是说判断是否有样气和/或加标气流入稀释组件1060。安装在真空压力口1064的真空压力计用于监测稀释组件1060内的压力状态，从而可以判断稀释组件1060是否正常工作，也就是说判断稀释气是否按照预定流量流入稀释组件1060。这样，进一步保证了稀释采样探头工作的可靠性。

在稀释采样探头没有进行采样工作时，关闭电动执行器1090，将洁净的空气通过反吹孔1071经第二过滤气出口1023流入内部过滤器1020，并经样气入口1011流入烟道，可以清洁内部过滤器1020。另一方面，将洁净的空气通过采样反吹孔1014经样气入口1011从外部过滤器流入烟道，可以清洁外部过滤器。这样，通过对外部过滤器和/或内部过滤器的清洁，大大提高了外部过滤器和/或内部过滤器的使用寿命。

在一种可能的实现方式中，内部过滤器1020、气动恒流装置1030、限流管1050、稀释组件1060、以及气路管1070封装在铝质壳体1100内。铝质壳体1100与恒温组件连接。恒温组件可包括加热棒1111以及热电偶1112，以保证稀释采样探头的工作温度恒定，例如保持在约200℃～250℃。

在一种可能的实现方式中，气体导引管1010、气体导引支管1013、回流管1040、电动执行器1090、铝质壳体1100、以及恒温组件置于安装箱体内。安装箱体可为不锈钢材质。此外，为了防止样气腐蚀凝结，安装箱体的内壁可包覆有阻燃高温隔热材料的保温层，以进一步保证了稀释采样探头工作温度的恒定。这样，样气在整个稀释采样探头的输气管传输的过程不会结露，保证了送至分析仪或测量系统的样气成分不变，从而提高了样气中污染物浓度的测量精度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种稀释采样探头，其特征在于，包括：

气体导引管，其上设置有样气入口以及气体输出口，其中，所述样气入口能够与烟道连通；

内部过滤器，其上设置有过滤入口、第一过滤气出口、以及第二过滤气出口，用于滤除样气中的大颗粒烟尘，其中，所述过滤入口能够与所述气体输出口连通；

气动恒流装置，其上设置有恒流入口、射流气孔、恒流出口、以及流量监测口，其中，所述恒流入口能够与所述第一过滤气出口连通，所述射流气孔用于连接压力控制器，所述压力控制器用于调节经由所述射流气孔流入的气体压力，所述流量监测口用于连接流速测量装置，所述流速测量装置用于监测其中气体的流量；

回流管，其上设置有回流入口以及回流出口，用于将样气回流到所述烟道，其中，所述回流入口能够与所述恒流出口连通，所述回流出口能够与所述烟道连通；

限流管，其上设置有限流入口、音速限流孔、以及限流出口，其中，所述限流入口能够与所述第二过滤气出口连通，所述音速限流孔用于控制经由所述限流出口流出的气体的流量；以及

稀释组件，其上设置有稀释入口、稀释气孔、以及稀释出口，用于对样气和/或加标气进行稀释，其中，所述稀释入口能够与所述限流出口连通。

2.根据权利要求1所述的稀释采样探头，其特征在于，还包括外部过滤器，所述外部过滤器连接在所述烟道与所述气体导引管的样气入口之间，用于对样气进行粗过滤。

3.根据权利要求2所述的稀释采样探头，其特征在于，所述气体导引管的样气入口和气体输出口之间还连接有气体导引支管，所述气体导引支管上设置有采样反吹孔，所述采样反吹孔能够与所述样气入口连通，用于将能够清洁所述外部过滤器的清洁气体导入所述外部过滤器。

4.根据权利要求3所述的稀释采样探头，其特征在于，所述气体导引支管上还设置有加标孔，所述加标孔用于连接标气发生器，所述标气发生器用于产生加标气，所述加标孔、所述采样反吹孔与所述气体导引支管之间经由三通接头连通。

5.根据权利要求4所述的稀释采样探头，其特征在于，还包括气路管，其上设置有反吹孔，所述反吹孔能够与所述第二过滤气出口连通，用于将能够清洁所述内部过滤器的清洁气体导入所述内部过滤器。

6.根据权利要求5所述的稀释采样探头，其特征在于，所述气路管上还设置有标气孔，所述标气孔能够与所述限流入口连通，用于将标气导入所述稀释组件。

7.根据权利要求6所述的稀释采样探头，其特征在于，所述气路管上还设置有压力监测口，所述压力监测口能够与所述第二过滤气出口连通，用于连接压力监测器，所述压力监测器用于监测所述第二过滤气出口处的压力状态。

8.根据权利要求7所述的稀释采样探头，其特征在于，所述反吹孔以及所述标气孔经由两输入一输出的三通接头相互连通，所述三通接头的输出端与所述第二过滤气出口、限流入口、以及所述压力监测口经由四通接头相互连通。

9.根据权利要求8所述的稀释采样探头，其特征在于，还包括电动执行器，所述电动执行器能够与所述回流出口连接。

10.根据权利要求9所述的稀释采样探头，其特征在于，所述稀释组件上还设置有真空压力口，所述真空压力口用于连接真空压力计，所述真空压力计用于监测所述稀释组件内的压力状态。

11.根据权利要求10所述的稀释采样探头，其特征在于，还包括：

铝质壳体，所述内部过滤器、所述气动恒流装置、所述限流管、所述稀释组件、以及所述气路管封装在所述铝质壳体内；以及

恒温组件，与所述铝质壳体连接，用于使所述铝质壳体内的温度恒定。

12.根据权利要求11所述的稀释采样探头，其特征在于，所述恒温组件包括加热棒以及热电偶。

13.根据权利要求12所述的稀释采样探头，其特征在于，还包括安装箱体，所述气体导引管、所述气体导引支管、所述回流管、所述电动执行器、所述铝质壳体、以及所述恒温组件置于所述安装箱体内，并且所述安装箱体的内壁包覆有阻燃高温隔热材料的保温层。