CN104390818A - 烟气等速恒流采样装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种烟气等速恒流采样装置，所述采样装置包括采样单元、补气单元、测速单元；采样单元包括采样嘴、颗粒物切割器、滤膜夹、采样流量控制器、抽气泵；补气单元包括进气管、空气流量控制器、空气泵；测速单元包括烟气流速仪。本发明还提供一种利用上述烟气等速恒流采样装置进行烟气等速恒流采样的方法。本发明同时满足等速采样和恒流采样的要求，可以采集固定污染源烟气中的PM10或PM2.5等颗粒物，且采样过程中不需要更换采样嘴，可以实现连续自动采样。本发明通过补充纯净空气，可以稀释烟气浓度，避免烟气腐蚀采样装置，且纯净空气可以清洗采样嘴和管道里的积尘，避免采样嘴和管道堵塞。

Description

烟气等速恒流采样装置及方法
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，涉及一种采样装置，尤其涉及一种烟气等速恒流采样装置，同时还涉及一种利用上述烟气等速恒流采样装置进行烟气等速恒流采样的方法。
背景技术
目前我国大气环境问题越来越突出，区域霾污染引起全社会关注。霾污染主要是由大气中细颗粒物（PM2.5）增多导致的。为了治理区域霾污染问题，我国将从2016年1月1日起实施新的环境空气质量标准(GB 3095-2012)，其中增加了PM2.5的日均值和年均值标准。我国1990-2005年期间排放的一次PM2.5中约50%来自固定污染源，如火电厂、水泥厂、钢铁厂和工业锅炉等。各地要达到新标准规定的浓度限制,必须对固定污染源的PM2.5排放进行管理和控制，而监测固定污染源的PM2.5排放是前提条件。目前，我国针对固定污染源排气中颗粒物的标准只有GB 16147-1996和HJ/T 397-2007，两者的采样方法相同，仅规定了总烟尘的采样方法，尚无固定污染源烟气中PM2.5的采样方法。
HJ/T 397-2007《固定源废气监测技术规范》规定如下：“将烟尘采样管由采样孔插入烟道中，使采样嘴置于测点上，正对气流，按颗粒物等速采样原理，抽取一定量的含尘烟气。根据采样管滤筒上所捕集到的颗粒物量和同时抽取的气体量，计算出排气中颗粒物浓度。”“颗粒物具有一定的质量，在烟道中由于本身运动的惯性作用，不能完全随气流改变方向，为了从烟道中取得有代表性的烟尘样品，需等速采样，即气体进入采样嘴的速度应与采样点的烟气速度相等，其相对误差应在10%以内。气体进入采样嘴的速度大于或小于采样点的烟气速度都将使采样结果产生偏差。”因此，从固定源烟气中采集颗粒物时需要等速采样。但此采样方法只能采集总烟尘样品，不能将烟气中的颗粒物按粒径大小进行分级采集。
HJ 93-2013《环境空气颗粒物(PM10和PM2.5)采样器技术要求及检测方法》规定如下：“PM10和PM2.5采样器通过流量测量及控制装置控制抽气泵以恒定流量（工作点流量）抽取环境空气样品，环境空气样品以恒定的流量依次经过采样器入口、PM10或PM2.5切割器，PM10或PM2.5颗粒物被捕集在滤膜上，气体经流量计、抽气泵由排气口排出。”“当采样器测量的流量与规定的工作点流量的偏差超过±10%，且持续时间超过了60秒时，采样器应停止抽取空气样品，同时停止采样时间累计；采样器应对此种情况给出报警记录和累计采样时间记录，用于判断该采集样品的有效性。”因此，从环境空气中采集PM10或PM2.5颗粒物时需要恒流采样。
国内现有的采样仪器不能满足从固定污染源烟气中采集PM 2.5颗粒物的要求。现有的烟气采样器只能采集总烟尘样品，分离不出PM2.5颗粒物；现有的PM2.5采样器，只能进行恒流采样，没有等速采样功能，不能用于烟气采样。国外有些采样仪器虽然可以做到等速恒流采样，但由于采样点的烟气流速经常变化，为了满足等速采样的要求，采样过程中需要更换不同直径的采样嘴，无法实现连续自动采样。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种烟气等速恒流采样装置及方法，用于采集固定污染源烟气中的PM10或PM2.5等颗粒物。
本发明提供一种烟气等速恒流采样装置，所述采样装置包括采样单元、补气单元、测速单元。
所述采样单元包括采样嘴、颗粒物切割器、滤膜夹、采样流量控制器、抽气泵；所述补气单元包括进气管、空气流量控制器、空气泵；所述测速单元包括烟气流速仪。
所述采样嘴安装在颗粒物切割器的入口；所述颗粒物切割器、滤膜夹、采样流量控制器、抽气泵通过管道依次连接；所述滤膜夹内放有滤膜；所述采样嘴上有一个开孔连接进气管，所述进气管依次连接空气流量控制器和空气泵。
进一步的，所述颗粒物切割器可以是单一粒径颗粒物切割器，也可以是不同粒径颗粒物切割器的组合。
进一步的，所述采样装置还包括控制单元，所述控制单元分别电性连接采样流量控制器、空气流量控制器、烟气流速仪。
本发明还提供一种利用上述烟气等速恒流采样装置进行烟气等速恒流采样的方法，所述方法包括如下步骤。
步骤S1：启动抽气泵采集烟气样品，启动空气泵补充纯净空气。烟气和纯净空气进入采样嘴内，混合后进入颗粒物切割器，分离出的颗粒物沉积在滤膜夹内的滤膜上。
步骤S2：调节采样流量控制器，以设定的工作点流量进行采样并保持恒定流量。采样流量Q等于烟气流量Q1与纯净空气流量Q2之和。
步骤S3：烟气流速仪测出采样点的烟气流速V，已知采样嘴入口的截面积S，根据公式（1）计算出等速采样的烟气流量Q1；
Q1 = 0.06×V×S    （1）
Q1：等速采样的烟气流量，L/min；
V：采样点的烟气流速，m/s；
S：采样嘴入口的截面积，mm2。
步骤S4：根据公式（2）计算出需要补充的纯净空气流量Q2。调节空气流量控制器，使进入采样嘴的纯净空气流量为Q2；
Q2 = Q－Q1         （2）
Q2：补充的纯净空气流量，L/min；
Q：采样流量，L/min；
Q1：等速采样的烟气流量，L/min。
进一步的，所述步骤S3-S4按时序间隔连续进行。
本发明的有益效果：本发明同时满足等速采样和恒流采样的要求，可以采集固定污染源烟气中的PM10或PM2.5等颗粒物，且采样过程中不需要更换采样嘴，可以实现连续自动采样。本发明通过补充纯净空气，可以稀释烟气浓度，避免烟气腐蚀采样装置，且纯净空气可以清洗采样嘴和管道里的积尘，避免采样嘴和管道堵塞。
附图说明
图1为本发明实施例中烟气等速恒流采样装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。
实施例：
如图1所示的烟气等速恒流采样装置，包括采样单元、补气单元、测速单元。采样单元包括采样嘴1、颗粒物切割器2、滤膜夹3、采样流量控制器4、抽气泵5。补气单元包括进气管6、空气流量控制器7、空气泵8。测速单元包括烟气流速仪9。
采样嘴1安装在颗粒物切割器2的入口。颗粒物切割器2、滤膜夹3、采样流量控制器4、抽气泵5通过管道依次连接。滤膜夹3内放有滤膜。采样嘴1上有一个开孔连接进气管6，进气管6依次连接空气流量控制器7和空气泵8。
颗粒物切割器2可以是单一粒径颗粒物切割器（PM10切割器或PM2.5切割器），也可以是不同粒径颗粒物切割器的组合（PM10切割器和PM2.5切割器）。
利用上述烟气等速恒流采样装置进行烟气等速恒流采样的方法包括如下步骤。
步骤S1：启动抽气泵5采集烟气样品，启动空气泵8补充纯净空气。烟气和纯净空气进入采样嘴1内，混合后进入颗粒物切割器2，分离出的颗粒物沉积在滤膜夹3内的滤膜上。
步骤S2：调节采样流量控制器4，以设定的工作点流量进行采样并保持恒定流量。采样流量Q等于烟气流量Q1与纯净空气流量Q2之和。
步骤S3：烟气流速仪9测出采样点的烟气流速V，已知采样嘴1入口的截面积S，根据公式（1）计算出等速采样的烟气流量Q1；
Q1 = 0.06×V×S    （1）
Q1：等速采样的烟气流量，L/min；
V：采样点的烟气流速，m/s；
S：采样嘴入口的截面积，mm2。
步骤S4：根据公式（2）计算出需要补充的纯净空气流量Q2。调节空气流量控制器7，使进入采样嘴的纯净空气流量为Q2；
Q2 = Q－Q1           （2）
Q2：补充的纯净空气流量，L/min；
Q：采样流量，L/min；
Q1：等速采样的烟气流量，L/min。
上述步骤S3-S4按时序间隔连续进行。
上述烟气等速恒流采样装置选用最小直径的采样嘴，确保烟气流量Q1小于采样流量Q。采样过程中不需要更换采样嘴。当采样点的烟气流速V变化时，等速采样的烟气流量Q1随之变化，根据计算结果实时调节补充的纯净空气流量Q2，使得烟气进入采样嘴的流速等于采样点的烟气流速V，同时采样流量Q维持恒定，从而实现等速采样和恒流采样。
上述烟气等速恒流采样装置还包括控制单元10，控制单元10分别电性连接采样流量控制器4、空气流量控制器7、烟气流速仪9，进行数据采集处理与自动化控制，从而实现连续自动采样。
本发明同时满足等速采样和恒流采样的要求，可以采集固定污染源烟气中的PM10或PM2.5等颗粒物，且采样过程中不需要更换采样嘴，可以实现连续自动采样。本发明通过补充纯净空气，可以稀释烟气浓度，避免烟气腐蚀采样装置，且纯净空气可以清洗采样嘴和管道里的积尘，避免采样嘴和管道堵塞。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (5)

1.一种烟气等速恒流采样装置，其特征在于：所述采样装置包括采样单元、补气单元、测速单元；
所述采样单元包括采样嘴、颗粒物切割器、滤膜夹、采样流量控制器、抽气泵；所述补气单元包括进气管、空气流量控制器、空气泵；所述测速单元包括烟气流速仪；
所述采样嘴安装在颗粒物切割器的入口；所述颗粒物切割器、滤膜夹、采样流量控制器、抽气泵通过管道依次连接；所述滤膜夹内放有滤膜；所述采样嘴上有一个开孔连接进气管，所述进气管依次连接空气流量控制器和空气泵。
2.根据权利要求1所述的烟气等速恒流采样装置，其特征在于：所述颗粒物切割器可以是单一粒径颗粒物切割器，也可以是不同粒径颗粒物切割器的组合。
3.根据权利要求1所述的烟气等速恒流采样装置，其特征在于：所述采样装置还包括控制单元，所述控制单元分别电性连接采样流量控制器、空气流量控制器、烟气流速仪。
4.一种利用权利要求1 至3 之一所述烟气等速恒流采样装置进行烟气等速恒流采样的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：启动抽气泵采集烟气样品，启动空气泵补充纯净空气；烟气和纯净空气进入采样嘴内，混合后进入颗粒物切割器，分离出的颗粒物沉积在滤膜夹内的滤膜上；
步骤S2：调节采样流量控制器，以设定的工作点流量进行采样并保持恒定流量；采样流量Q等于烟气流量Q1与纯净空气流量Q2之和；
步骤S3：烟气流速仪测出采样点的烟气流速V，已知采样嘴入口的截面积S，根据公式（1）计算出等速采样的烟气流量Q1；
Q1 = 0.06×V×S      （1）
Q1：等速采样的烟气流量，L/min；
V：采样点的烟气流速，m/s；
S：采样嘴入口的截面积，mm2；
步骤S4：根据公式（2）计算出需要补充的纯净空气流量Q2；调节空气流量控制器，使进入采样嘴的纯净空气流量为Q2；
Q2 = Q－Q1            （2）
Q2：补充的纯净空气流量，L/min；
Q：采样流量，L/min；
Q1：等速采样的烟气流量，L/min。
5.根据权利要求4 所述的方法，其特征在于：所述步骤S3-S4按时序间隔连续进行。
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