CN104502156B - 一种民用炉灶排放大气污染物采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，包括烟气捕集部分、稀释空气部分、排气部分、测量与采样部分。炉灶排放的烟气由烟罩全部捕集，并用洁净空气稀释，降低烟气温度与污染物浓度，保持稀释后的气体流量稳定，气体速率处于可测量的范围，采用大气环境的采样方法采集大气污染物。本发明的优点为：适应于不同炉灶结构的排放测量，不受外界背景大气浓度的影响，测量结果可靠。

Description

一种民用炉灶排放大气污染物采样系统

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，涉及一种民用炉灶排放大气污染物采样系统。

背景技术

我国农村生活用能仍然以秸秆和薪材等生物质燃料为主；近年来，我国农村家庭炊事和取暖每年直接烧掉3亿吨秸秆和1.5亿吨薪材，折合2.04亿吨标准煤；生物质燃料主要在传统的生物质炉灶内燃烧。此外，燃用原煤是我国中小城镇、农村和非集中采暖区家庭炊事和采暖的主要方式；近些年民用燃煤量约为九千万吨，民用燃煤主要在简易的燃煤炉具内进行。以上燃用生物质或煤的民用炉灶结构简单，燃烧时燃料和空气的混合基本为自然混合，混合效果不佳；同时由于燃烧温度低，炉灶燃烧空间较小，大量析出的挥发分往往来不及完全燃烧即被排出。以上几种因素导致燃料燃烧不充分，燃烧效率低，排烟中含有大量的含碳颗粒物、CO、挥发性有机物等污染物。以上民用炉灶几乎没有采取任何的污染控制措施，都是直接排放到大气中，造成大气污染，是我国大气污染的重要来源。如何合理采集民用炉灶污染源排放的大气污染物，对于准确得到其排放量，对污染排放进行管理与控制，分析大气污染的来源，制定民用炉灶排放大气污染控制措施和排放标准都具有十分重要的意义。

民用炉灶属于小型燃烧源，这类燃烧源烟气排放速率不稳定且极小，有些小型燃烧源没有烟道或烟囱，难以采用固定燃烧源常用的测试方法定量测定其污染物的排放，主要表现在以下几个方面：1.对于无烟囱的炉灶，烟气四处逃逸，烟气难以捕集；2.对于有烟囱的炉灶，工况波动大，烟气排放速率不稳定且烟气排放速率低，甚至低于流速测量仪表的检测限，烟气速度难以准确测定，进而难以确定烟气排放量与污染物排放量。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，具体来说，是一种能够针对民用炉灶烟气排放速率小且不稳定，烟气温度和污染物浓度高且变化大等特点，通过烟罩捕集全部烟气，并用洁净空气稀释，降低烟气温度与污染物浓度，保持稀释后的气体流量稳定，气体速率处于可测量的范围，采用大气环境的采样方法采集大气污染物的采样系统。

一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，包括烟气捕集部分、稀释空气部分、排气部分、测量与采样部分；

烟气捕集部分包括烟气捕集罩、锁紧螺母、螺杆、金属软管和实验舱；捕集罩采用四棱台结构，下部开口端侧部开设四个孔，分别插入四根垂直放置的螺杆，通过锁紧螺母将捕集罩固定在螺杆上；捕集罩上部出气端与金属软管的进气端连通，金属软管的出气端与排气部分的排放管道相连；烟气捕集罩、金属软管、螺杆布置在实验舱内；

稀释空气部分包括三层过滤结构、送风风机、送风管、调节阀和气流分布板；三层过滤结构包括上层粗过滤器、中层活性炭过滤器、下层高效过滤器，粗过滤器一端与大气连通，高效过滤器一端通过稀释空气进气管道连接调节阀，粗过滤器与高效过滤器之间设有中层活性炭过滤器，调节阀连接送风风机，送风风机通过送风管连接气流分布板，气流分布板与实验舱连接，通过气流分布板调节进入实验舱内气流方向；

排气部分包括排气管、除尘器、调节阀、排风风机和烟囱；排气管一端连接金属软管，另一端连接除尘器，除尘器的另一端通过排气管道连接调节阀，调节阀连接排风风机，通过调节阀和排风风机的变频调速，调节排放气体流量，烟气经烟囱排入室外大气；

测量与采样部分包括烟气流速测量单元、温湿度传感器、气体组分测量单元、颗粒物采样单元；烟气流速测量单元用于测量管道内烟气流速，温湿度传感器用于测量烟气温度和湿度，气体组分测量单元用于测量管道内的气体组分测量，颗粒物采样单元用于测量管道内的颗粒物在线浓度。

本发明的优点在于：

(1)采用可升降式烟气捕集罩，将炉灶置于烟罩下部，捕集全部烟气；捕集罩的下部开口端侧部四周开设四个孔，分别插入四根垂直固定的螺杆，通过锁紧螺母固定，捕集罩上部的出气端通过金属软管与排气管道相连，这样捕集罩形成升降式的结构，对于有烟囱或无烟囱，不同结构，高度不一的炉灶都适用；

(2)将烟气捕集罩和实验炉灶布置在实验舱内；通过调节送风风机和排放风机风量，保持实验舱内压力处于微正压状态，未进入捕集罩的气体自动从实验舱壁的缝隙逸出，保证捕集罩捕集的炉灶排放烟气及洁净的稀释空气，不受外界背景大气浓度的影响；实验舱侧部设有观测孔和检修门，便于实验过程中观测炉灶工作、烟气捕集状态和人员进入内部操作；

(3)送风风机和排风风机均采用变频调速，根据烟气捕集和稀释比要求，调节气体的流量，确保捕集全部烟气；且在捕集罩下部的风速处于一个较低的范围，避免排气对燃料在炉灶正常燃烧的影响；此外,排气污染物浓度处于可检测的范围；

(4)稀释空气净化处理，采用三层过滤结构，依次粗过滤器、活性炭过滤器、高效过滤器，分别去除空气中粗颗粒、有机气体和细小颗粒，避免大气背景浓度高对炉灶排放测量的干扰，特别是对于低排放的炉灶；

(5)采用自动数据采集与控制，测量结果可靠。

附图说明

图1为本发明一种民用炉灶排放大气污染物采样系统结构示意图。

图中：

1-烟气捕集部分 2-稀释空气部分 3-排气部分

4-测量与采样部分

101-烟气捕集罩 102-锁紧螺母 103-螺杆

104-金属软管 105-实验舱

201-初过滤器 202-活性炭过滤器 203-高效过滤器

204-调节阀1 205-送风风机 206-送风管

207-气流分布板

301-排放管道 302-除尘器 303-调节阀2

304-排风风机 305-烟囱

401-温湿度传感器 402-速度测量仪表 403-气体组分测量仪

404-颗粒物采样单元

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，如图1所示，包括烟气捕集部分1、稀释空气部分2、排气部分3、测量与采样部分4。

烟气捕集部分1包括烟气捕集罩101、锁紧螺母102、螺杆103、金属软管104和实验舱105。

捕集罩101采用四棱台结构，下部开口端大，为1x1m²；下部开口端侧部四周设有裙边加固，在裙边上开设四个孔，分别插入四根垂直放置的螺杆103上，通过锁紧螺母102固定在螺杆103上；捕集罩101的上部出气端与金属软管104的进气端连通，金属软管104可伸缩；金属软管104的出气端与排气部分3的排放管道301相连；捕集罩101可根据需要在螺杆103上下移动，调节罩口高度，形成可升降式的结构，适应于是否设有烟囱的炉灶，对无烟囱的炉灶且不同结构、高度不同也适应，对设有烟囱的炉灶不同结构和烟囱高度不一也适应。烟气捕集罩101、金属软管104、螺杆103布置在实验舱105内；通过调节送风风机205和排放风机304风量，保持实验舱105内压力处于微正压，未进入捕集罩的气体自动从实验舱105壁的缝隙逸出，保证捕集罩101捕集的炉灶排放烟气及洁净的稀释空气，不受外界背景大气浓度的影响；实验舱105侧部设有观测孔和检修门，便于实验过程中观测炉灶工作和烟气捕集状态以及人员进入内部操作。

稀释空气部分2包括送风风机205、送风管206、调节阀204和气流分布板207，以及由上层粗过滤器201、中层活性炭过滤器202、下层高效过滤器203构成的三层过滤结构。

三层过滤结构中，粗过滤器201一端与大气连通，高效过滤器203一端通过稀释空气进气管道连接调节阀204，粗过滤器201与高效过滤器203之间设有中层活性炭过滤器202，调节阀204连接送风风机205，送风风机205通过送风管206连接气流分布板207，气流分布板207与实验舱105连接，稀释空气通过送风风机205经送风管206和气流分布板207送入实验舱内，空气由三层过滤结构中的粗过滤器201一端进入，依次经粗过滤器201、活性炭过滤器202、高效过滤器203，分别去除空气中粗颗粒、有机气体和细小颗粒后，得到洁净稀释空气。通过调节阀204和送风机205变频调速，调节稀释空气流量。通过气流分布板207调节进入实验舱内气流方向，避免局部气流速度过高影响捕集罩101有效捕集炉灶排放烟气。

排气部分3包括排放管道301、除尘器302、调节阀303、排风风机304和烟囱305。排放管道301一端连接金属软管104，另一端连接除尘器302，除尘器302采用静电式结构，去除排气中的颗粒物；除尘器302的另一端通过排气管道连接调节阀303，调节阀303连接排风风机304，通过调节阀303和排风风机304的变频调速，调节排放气体流量；最后烟气经烟囱305排入室外大气。

测量与采样部分4包括烟气流速测量单元402、温湿度传感器401、气体组分(如CO₂和CO)测量单元403、颗粒物采样单元404。

烟气流速测量单元402包括皮托管、连接管和压差变送器，皮托管一端插于排气部分排放管道301中，皮托管另一端通过连接管和压差变送器相连，由压差信号得到管道内烟气流速。温湿度传感器401直接插入排放管道301中测量烟气温度和湿度。气体组分(如CO₂和CO)测量单元403包括取样管、相应的气体组分(如CO₂和CO)在线监测传感器、离线采样罐。多个气体取样管前端直接伸入排放管道301，中部和排放管壁焊接保证排放管道301内气体不泄漏，后端通过软管连接颗粒物过滤器之后与传感器、采样罐相连。颗粒物采样单元404包括取样管、颗粒物在线监测仪器(如SMPS)、离线滤膜采集装置。多个颗粒物取样管通过焊接伸入排放管道301，保证前端位于排放管道301中轴线并且安装颗粒物等速采样嘴，后端通过管路连接在线监测装置和离线滤膜采集装置。按照大气环境的采样方法在线和离线采集相应的大气污染物。

本发明采样装置通过数据采集与控制部分，实现对采集装置各组成部分的控制，包括采集和存储采样过程中所测量到的压差、压力、温度、湿度、流量、气体组分和颗粒物在线浓度等参数，并且实现送风风机205和排放风机304转速的调节等。

本发明采样装置的工作过程如下：

A、开启送风风机205，测量气流分布板207出口颗粒物浓度，确保洁净稀释空气中颗粒物低于5μg/m³，避免大气背景浓度高对炉灶排放测量的干扰。

B、开启排风风机304，启动烟气流速测量单元402、温湿度传感器401、气体组分在线监测传感器、颗粒物在线监测仪器。

C、将实验炉灶放置在烟气捕集罩101下，调节捕集罩101罩口高度，点燃炉灶，启动气体组分离线采样、离线滤膜采装置；调节送风和排风风量，确保捕集全部烟气，保持实验舱105内压力处于微正压；且在捕集罩下部的风速处于一个较低的范围，避免排气对燃料在炉灶内正常燃烧的影响；此外排气污染物浓度处于在线监测仪器可检测的范围。

D、采样一段时间t后，关闭离线滤膜和离线气体采装置，将实验炉灶移出实验舱105，待气体组分在线监测传感器和颗粒物在线监测仪器降低至洁净稀释空气的浓度，关闭送风风机205和排风风机304，采样结束。

上述采样过程中，通过数据采集与控制部分实时采集和存储测量包括采集和存储采样过程中所测量到的压差、压力、温度、湿度、流量、气体组分和颗粒物在线浓度等参数，并且实现送风风机205和排放风机304转速的调节等；并记录气体组分离线采样、离线滤膜采集装置开启和结束时间，称重并记录燃料使用量和剩余灰渣量等参数。

Claims (7)

1.一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，包括烟气捕集部分、稀释空气部分、排气部分、测量与采样部分；

烟气捕集部分包括烟气捕集罩、锁紧螺母、螺杆、金属软管和实验舱；捕集罩采用四棱台结构，下部开口端侧部开设四个孔，分别插入四根垂直放置的螺杆，通过锁紧螺母将捕集罩固定在螺杆上；捕集罩上部出气端与金属软管的进气端连通，金属软管的出气端与排气部分的排放管道相连；烟气捕集罩、金属软管、螺杆布置在实验舱内；

稀释空气部分包括三层过滤结构、送风风机、送风管、调节阀和气流分布板；三层过滤结构包括上层粗过滤器、中层活性炭过滤器、下层高效过滤器，粗过滤器一端与大气连通，高效过滤器一端通过稀释空气进气管道连接调节阀，粗过滤器与高效过滤器之间设有中层活性炭过滤器，调节阀连接送风风机，送风风机通过送风管连接气流分布板，气流分布板与实验舱连接，通过气流分布板调节进入实验舱内气流方向；

排气部分包括排气管、除尘器、调节阀、排风风机和烟囱；排气管一端连接金属软管，另一端连接除尘器，除尘器的另一端通过排气管道连接调节阀，调节阀连接排风风机，通过调节阀和排风风机的变频调速，调节排放气体流量，烟气经烟囱排入室外大气；

测量与采样部分包括烟气流速测量单元、温湿度传感器、气体组分测量单元、颗粒物采样单元；烟气流速测量单元用于测量管道内烟气流速，温湿度传感器用于测量烟气温度和湿度，气体组分测量单元用于测量管道内的气体组分测量，颗粒物采样单元用于测量管道内的测量颗粒物在线浓度。

2.根据权利要求1所述的一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，所述的捕集罩下部开口端侧部四周设有裙边加固，在裙边上开设四个孔。

3.根据权利要求1所述的一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，所述的实验舱侧部设有观测孔和检修门。

4.根据权利要求1所述的一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，所述的除尘器采用静电式结构。

5.根据权利要求1所述的一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，所述的烟气流速测量单元包括皮托管、连接管和压差变送器，皮托管一端插于排气部分排放管道中，皮托管另一端通过连接管和压差变送器相连，由压差信号得到管道内烟气流速。

6.根据权利要求1所述的一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，所述的气体组分测量单元包括取样管、气体组分在线监测传感器、离线采样罐；多个气体取样管前端直接伸入排放管道，中部和排放管壁焊接，后端通过软管连接颗粒物过滤器后与传感器、采样罐连接，测量管道内的气体组分。

7.根据权利要求1所述的一种民用炉灶排放大气污染物采样系统，所述的颗粒物采样单元包括取样管、颗粒物在线监测仪器和离线滤膜采集装置，多个颗粒物取样管通过焊接伸入排放管道，保证前端位于排放管道中轴线并且安装颗粒物等速采样嘴，后端通过管路连接在线监测装置和离线滤膜采集装置，按照大气环境的采样方法在线和离线采集相应的大气污染物，测量颗粒物在线浓度。