CN104406826A - 可凝结颗粒物采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可凝结颗粒物采样装置，包括采样头、过滤器、加热器、采样管、伴热带、三通球阀、反吹管、进气管、冷凝器、制冷器、滤膜夹、滤膜、排气管、流量计、真空泵。所述采样头、过滤器、采样管、三通球阀、进气管、冷凝器、滤膜夹、排气管、流量计、真空泵依次连接；所述采样头和过滤器位于烟道内，过滤器上设有加热器；所述采样管通过法兰固定在烟道上，采样管的一端位于烟道内，另一端位于烟道外，采样管上设有伴热带；所述三通球阀的两端分别连接采样管和进气管，另一端连接反吹管；所述冷凝器上设有制冷器；所述滤膜夹位于冷凝器出口外，所述滤膜位于滤膜夹内。

Description

可凝结颗粒物采样装置

技术领域

本发明属于环保监测技术领域，涉及一种采样装置，尤其涉及一种可凝结颗粒物采样装置。

背景技术

固定源排放出的颗粒物是最早为人类所认识的污染物之一。我国固定源颗粒物测试标准GB16157-1996（固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法）及HJ/T397-2007（固定源废气监测技术规范）中对颗粒物的定义是：“燃料和其他物质在燃烧、合成、分解以及各种物料在机械处理中所产生的悬浮于排放气体中的固体和液体颗粒物状物质”。此类颗粒物称为可过滤颗粒物（Filterable Particulate Matter），可以被我国现有颗粒物监测方法使用的过滤介质捕获。

然而，气态或蒸汽类物质由于温度、压力变化，也可凝结为固态或液态，形成颗粒物。此类颗粒物称为可凝结颗粒物（Condensable Particulate Matter）。美国环境保护署对可凝结颗粒物的定义是：“该物质在烟道温度状况下在采样位置处为气态，离开烟道后在环境状况下降温数秒内凝结成为液态或固态”。可凝结颗粒物在烟道内呈气态，故相应的除尘设备（静电或布袋除尘器）对其无能为力，也可穿透我国现有颗粒物监测方法使用的过滤介质。

可凝结颗粒物属于微细颗粒物，对环境的影响主要缘由其物理形态及化学组成。从物理形态上看，可冷凝颗粒物主要由气态物质凝聚而成，粒径一般小于1微米，以气溶胶的形式存在于环境空气中；从化学组成上看，这些颗粒物上通常富集各种重金属和多环芳烃等污染物，多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。对于环境，可凝结颗粒物能显著影响能见度，鉴于其对温度的敏感性，可能为霾的成因之一。可凝结颗粒物对人体健康的危害有两个方面：一是可凝结颗粒物复杂的化学成分造成的危害，作为其他污染物的载体，能吸附多种化学组分随呼吸进入人体，并能使毒性物质有更高的反应和溶解速度，而且随着粒径的减小，可凝结颗粒物在大气中的存留时间和在呼吸系统的吸收率也随之增加；二是微细颗粒物可直接进入肺泡并在肺内沉积，被细胞吸收，侵入组织细胞，形成尘肺。

目前，我国涉及到固定源颗粒物测定的国家及行业标准为GB16157—1996（固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法）及HJ/T397-2007（固定源废气监测技术规范）。两个标准中规定的颗粒物测定方法类似，均仅针对可过滤颗粒物，不能监测可凝结颗粒物。可过滤颗粒物与可凝结颗粒物之和，才是固定污染源向环境空气中排放的总颗粒物。因此，无论是固定源污染物监测或空气污染控制领域，可凝结颗粒物均为遗漏的组分。国外研究指出，对于燃煤锅炉而言，以质量计，可凝结颗粒物排放占到总PM₁₀排放的76％，总PM排放的49％，这意味着：第一，我国目前对于固定源颗粒物的测试结果（即可过滤颗粒物）不能代表固定源的真实排放情况；第二，可凝结颗粒物属于微细颗粒物且在总PM₁₀排放中份额甚大，随着颗粒物粒径的减小其富集程度也逐渐加大，如果不加考虑则必将对环境空气可吸入颗粒物控制政策的制定造成负面影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种可凝结颗粒物采样装置，该装置可以采集烟气中的可凝结颗粒物，用于测定烟气中的可凝结颗粒物的含量。具体方案如下： 

可凝结颗粒物采样装置，包括采样头、过滤器、加热器、采样管、伴热带、三通球阀、反吹管、进气管、冷凝器、制冷器、滤膜夹、滤膜、排气管、流量计、真空泵。

所述采样头、过滤器、采样管、三通球阀、进气管、冷凝器、滤膜夹、排气管、流量计、真空泵依次连接；所述采样头和过滤器位于烟道内，过滤器上设有加热器；所述采样管通过法兰固定在烟道上，采样管的一端位于烟道内，另一端位于烟道外，采样管上设有伴热带；所述三通球阀的两端分别连接采样管和进气管，另一端连接反吹管；所述冷凝器上设有制冷器；所述滤膜夹位于冷凝器出口外，所述滤膜位于滤膜夹内。

进一步的，所述采样头为向上弯曲的不锈钢管，用于逆向采样。

进一步的，所述过滤器为陶瓷过滤器或烧结金属过滤器。

进一步的，所述采样管为不锈钢管。 

进一步的，所述冷凝器为平板式冷凝器，内有一个空腔。

进一步的，所述冷凝器垂直放置，入口在冷凝器顶部，出口在冷凝器底部。 

进一步的，所述制冷器为半导体制冷器。

进一步的，所述滤膜为聚四氟乙烯滤膜。

本发明的有益效果：本发明提供的可凝结颗粒物采样装置，先过滤烟气中的可过滤颗粒物，再冷凝烟气中的可凝结颗粒物，然后用滤膜捕获可凝结颗粒物，最后取出滤膜干燥后称重，可以精确测定烟气中的可凝结颗粒物的含量。本发明采用逆向采样方式，采样头向上弯曲，由于烟道内的烟气自下而上流动，因此可以减少进入采样头的可过滤颗粒物，从而减轻过滤器的负担。本发明采用陶瓷过滤器或烧结金属过滤器，耐高温耐腐蚀，过滤精度可达0.1微米，过滤效率可达99%以上。本发明采用反吹风定期清洁过滤器，使过滤器恢复过滤性能。本发明采用平板式冷凝器且垂直放置，可凝结颗粒物在冷凝器内凝结成液滴，在重力的作用下流出，从而减少冷凝器的阻塞损失。本发明采用反吹风吹扫出冷凝器内残留的可凝结颗粒物，从而减少冷凝器的残留损失。本发明采用半导体制冷器，具有制冷速度快，易于维护等优点。本发明采用聚四氟乙烯滤膜，具有耐高温耐腐蚀，透气不透水，透气量大等特性，过滤效率可达99.99%。

附图说明

图1为本发明实施例的可凝结颗粒物采样装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的可凝结颗粒物采样装置中冷凝器的外观图。

图3为本发明实施例的可凝结颗粒物采样装置中冷凝器的剖面图。

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1-3所示的可凝结颗粒物采样装置，包括采样头1、过滤器2、加热器3、采样管4、伴热带5、三通球阀6、反吹管7、进气管8、冷凝器9、制冷器10、滤膜夹11、滤膜12、排气管13、流量计14、真空泵15。

采样头1、过滤器2、采样管4、三通球阀6、进气管8、冷凝器9、滤膜夹11、排气管13、流量计14、真空泵15依次连接。采样头1和过滤器2位于烟道17内。采样头1为向上弯曲的不锈钢管，用于逆向采样。过滤器2为陶瓷过滤器或烧结金属过滤器，用于过滤烟气中的可过滤颗粒物。过滤器2上设有加热器3，用于加热烟气，避免烟气在过滤器2中冷凝。采样管4为不锈钢管，通过法兰16固定在烟道17上，采样管4的一端位于烟道内，另一端位于烟道外。采样管4上设有伴热带5，用于加热烟气，避免烟气在采样管4中冷凝。三通球阀6的两端分别连接采样管4和进气管8，另一端连接反吹管7。反吹管7用于将反吹风送入本装置。冷凝器9为平板式冷凝器，内有一个空腔，用于冷凝烟气中的可凝结颗粒物。冷凝器9垂直放置，入口在冷凝器9顶部，出口在冷凝器9底部。冷凝器9上设有制冷器10，制冷器10为半导体制冷器，用于给冷凝器9制冷。滤膜夹11位于冷凝器9出口外，滤膜12位于滤膜夹11内。滤膜12为聚四氟乙烯滤膜，用于捕获烟气中的可凝结颗粒物。

 可凝结颗粒物采样装置的工作过程如下： 在滤膜夹11中放入已知重量的空白滤膜12。启动真空泵15，开始采样。在真空泵15产生的负压作用下，烟道17内的烟气进入采样头1和过滤器2，烟气中的可过滤颗粒物被过滤器2过滤，未被过滤的其它烟气组分进入采样管4，被伴热带5加热至80℃左右，再经过三通球阀6进入进气管8，然后进入冷凝器9。烟气在冷凝器9内的空腔中停留一定时间，经过膨胀降温和半导体制冷器10制冷，烟气被冷却至20℃以下。烟气中的水分和可凝结颗粒物凝结成液滴，在重力作用下从冷凝器9内流出，沉积在滤膜12上。未被冷凝的其它烟气组分透过滤膜12进入排气管13，再经过流量计14，最后被真空泵15排出本装置。到达设定的采样时间后，关闭真空泵15。向反吹管7内送入反吹风，调节三通球阀6的介质流向，使反吹风经过三通球阀6进入进气管8，然后进入冷凝器9。反吹风将冷凝器9内残留的可凝结颗粒物吹扫出冷凝器9，沉积在滤膜12上。停止反吹风，卸下滤膜夹11，取出滤膜12。将滤膜12干燥后称重，增重的部分即是可凝结颗粒物的质量，再除以采样体积即是可凝结颗粒物的质量浓度。

可凝结颗粒物采样装置运行一段时间后，需要定期清洁过滤器2，以免过滤器2堵塞，过程如下：向反吹管7内送入反吹风，调节三通球阀6的介质流向，使反吹风经过三通球阀6进入采样管4，然后进入过滤器2和采样头1。反吹风将过滤器2吸附的可过滤颗粒物吹扫回烟道17内，从而使过滤器2恢复过滤性能。

综上所述，本发明提供的可凝结颗粒物采样装置，先过滤烟气中的可过滤颗粒物，再冷凝烟气中的可凝结颗粒物，然后用滤膜捕获可凝结颗粒物，最后取出滤膜干燥后称重，可以精确测定烟气中的可凝结颗粒物的含量。

本发明采用逆向采样方式，采样头向上弯曲，由于烟道内的烟气自下而上流动，因此可以减少进入采样头的可过滤颗粒物，从而减轻过滤器的负担。本发明采用陶瓷过滤器或烧结金属过滤器，耐高温耐腐蚀，过滤精度可达0.1微米，过滤效率可达99%以上。本发明采用反吹风定期清洁过滤器，使过滤器恢复过滤性能。本发明采用平板式冷凝器且垂直放置，可凝结颗粒物在冷凝器内凝结成液滴，在重力的作用下流出，从而减少冷凝器的阻塞损失。本发明采用反吹风吹扫出冷凝器内残留的可凝结颗粒物，从而减少冷凝器的残留损失。本发明采用半导体制冷器，具有制冷速度快，易于维护等优点。本发明采用聚四氟乙烯滤膜，具有耐高温耐腐蚀，透气不透水，透气量大等特性，过滤效率可达99.99%。

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 (8)

1.可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述可凝结颗粒物采样装置包括采样头、过滤器、加热器、采样管、伴热带、三通球阀、反吹管、进气管、冷凝器、制冷器、滤膜夹、滤膜、排气管、流量计、真空泵；

所述采样头、过滤器、采样管、三通球阀、进气管、冷凝器、滤膜夹、排气管、流量计、真空泵依次连接；所述采样头和过滤器位于烟道内，过滤器上设有加热器；所述采样管通过法兰固定在烟道上，采样管的一端位于烟道内，另一端位于烟道外，采样管上设有伴热带；所述三通球阀的两端分别连接采样管和进气管，另一端连接反吹管；所述冷凝器上设有制冷器；所述滤膜夹位于冷凝器出口外，所述滤膜位于滤膜夹内。

2.根据权利要求1 所述的可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述采样头为向上弯曲的不锈钢管，用于逆向采样。

3.根据权利要求1 所述的可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述过滤器为陶瓷过滤器或烧结金属过滤器。

4.根据权利要求1 所述的可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述采样管为不锈钢管。

5.根据权利要求1 所述的可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述冷凝器为平板式冷凝器，内有一个空腔。

6.根据权利要求1 所述的可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述冷凝器垂直放置，入口在冷凝器顶部，出口在冷凝器底部。

7.根据权利要求1 所述的可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述制冷器为半导体制冷器。

8.根据权利要求1 所述的可凝结颗粒物采样装置，其特征在于：所述滤膜为聚四氟乙烯滤膜。