CN104677696A - 一种等速采样枪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等速采样枪，其特征在于：它包括采样管、稀释管、停留室、零空气流量控制单元、压差采集单元和采样泵；所述采样管入口端位于固定源烟道内，其出口端连接所述稀释管入口，所述稀释管出口连接所述停留室上部；在所述稀释管上还连接有所述零空气流量控制单元，所述压差采集单元将采集到的烟道内压差信号传输至所述零空气流量控制单元；位于所述停留室下部设置有采样口，所述采样泵经所述采样口采样。本发明体积小，便于携带、安装和拆卸，可直接伸入烟道内完成采样和稀释过程，使样品损失最小，可以广泛在固定源排放烟气研究领域中使用。

Description

一种等速采样枪

技术领域

本发明涉及一种采样枪，特别是关于一种在固定源排放烟气中用于采样和稀释的等速采样枪。

背景技术

固定源排放的烟尘是大气污染的重要来源，尤其是排放的颗粒物在大气的传输和稀释过程中进行着各种复杂的物理和化学变化，对人体健康、辐射强迫、大气能见度等都有极大的影响。研究固定源排放的烟尘污染对研究大气污染的形成机理、进行污染源种类、数量和化学成分的分析有重要意义。

研究固定源排放的烟尘污染首先必须对固定源排放烟气进行采样。对固定源排放烟气的样品采集存在采集的样品不能准确反映烟尘在排放到大气环境中的真实形态的缺陷。其原因是许多有机化合物同时存在于气相和颗粒相中，并在两相中的比率是随着源排放在大气中温度和稀释程度的变化而变化的。由于烟道中的温度很高，在常温下以气溶胶状态存在的气溶胶在烟道中是以气体状态和超细颗粒物存在的，因此不能用从热烟道中直接过滤颗粒物的方法来捕集气溶胶。

此外，采集烟气浓度必须采用等速采样法，即烟气进入采样嘴的速度应与采样点烟气流速相等。当采样速度大于采样点烟气流速时，由于气体分子惯性小，容易改变方向，而尘粒惯性大，不容易改变方向，所以采样嘴边缘以外的部分气流被抽入采样嘴，而其中的尘粒按原方向前进，不进入采样嘴，从而导致测量结果偏低；当采样速度小于采样点烟气流速时，测量结果偏高。

对于固定源排放烟气的采集应尽可能真实地模拟实际大气的稀释状态，即在采集过程中烟尘必须有较大的稀释倍数，并且有足够的停留时间使烟气冷却到常温。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种等速采样枪，该采样枪体积小，便于携带、安装和拆卸，可直接伸入烟道内完成采样和稀释过程，使样品损失最小。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种等速采样枪，其特征在于：它包括采样管、稀释管、停留室、零空气流量控制单元、压差采集单元和采样泵；所述采样管入口端位于固定源烟道内，其出口端连接所述稀释管入口，所述稀释管出口连接所述停留室上部；在所述稀释管上还连接有所述零空气流量控制单元，所述压差采集单元将采集到的烟道内压差信号传输至所述零空气流量控制单元；位于所述停留室下部设置有采样口，所述采样泵经所述采样口采样。

所述稀释管包括一级稀释管和二级稀释管，所述采样管出口端伸入所述一级稀释管入口端，所述一级稀释管出口端伸入所述二级稀释管入口端，所述二级稀释管出口端连接所述停留室；所述一级稀释管入口端处设置有一级零空气入口，所述二级稀释管入口端处设置有二级零空气入口。

所述采样管出口端伸入所述一级稀释管入口端内长度超过所述一级零空气入口设置位置；所述一级稀释管出口端伸入所述二级稀释管内长度超过所述二级零空气入口设置位置。

所述零空气流量控制单元包括数据采集控制器、第一级流量控制器、第二级流量控制器和零空发生器；所述数据采集控制器采集所述压差采集单元传输至的烟道内气体压差信号，并将所述气体压差信号转换为所述采样管的采样流速信号；所述数据采集控制器根据采样流速信号调节所述第一级流量控制器保证所述一级稀释管出口的气体流量达到稳定值；所述第一级流量控制器经所述一级零空气入口与所述一级稀释管连接；所述数据采集控制器调节所述第二级流量控制器为所述二级稀释管提供恒定流量的零空气；所述第二级流量控制器经所述二级零空气入口与所述二级稀释管连接；所述零空发生器的两个输出端分别连接所述第一级流量控制器和第二级流量控制器。

所述压差采集单元包括皮托管和压差传感器；所述皮托管一端位于固定源烟道内，另一端经硅胶管连接所述压差传感器；所述压差传感器将采集到的固定源烟道内气体压差信号传输至所述零空气流量控制单元内。

所述采样管采用L型弯管结构，其采样头位于固定源烟道内。

所述采样管的采样头和皮托管的入口都与固定源烟道内气流方向正对。

所述采样管、稀释管和皮托管均采用不锈钢管。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用的等速采样枪设备体积小，可直接在烟道内完成采样和稀释过程；在烟道内直接稀释与采样后先输送烟气再进行稀释相比，一方面省略了烟气加热系统，另一方面可减少由于浓烟气冷凝而造成颗粒物的损失。2、本发明采用两级稀释，可减少颗粒物损失，灵活地调节稀释比，便于模拟烟气在大气中的稀释过程。3、本发明采用等速采样法，利用皮托管测量固定源排放烟道内的压力参数，压差传感器将测得的压差信号传递给数据采集控制器，进而控制第一级流量控制器实时调节零空气发生器的供气流量，从而保证一级稀释管内气体总流量恒定。4、本发明采用第二级流量控制器控制零空气发生器为二级稀释管提供恒定的零空气流量，以保证稳定的二级稀释比。5、本发明等速采样枪还连接一停留室，烟气在停留室中冷却停留，由此模拟烟气在大气中的成核、碰并、长大过程。6、本发明将采样管伸入一级稀释管内，采样管末端伸入长度超过一级零空气进口较长距离，以此在采样管末端周围形成一个低压区，使烟道中的烟气自主进入采样管内，并防止烟气倒流，实现实时等速采样。7、本发明将一级稀释管末端伸入二级稀释管内，一级稀释管末端伸入长度超过二级零空气进口较长距离，以此在二级稀释管末端周围形成一个低压区，防止二级稀释管内的样气倒流至一级稀释管内。8、本发明采用S型皮托管测量烟道压差，S型皮托管具有测压孔开口较大，不易被颗粒物堵塞等优点，便于在厚壁烟道中使用。本发明可以广泛在固定源排放烟气研究领域中使用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的采样管与稀释管连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供一种等速采样枪，采用等速采样法，根据烟道的压力变化(采样流速)动态调节零空气发生器的供气量，改变稀释比，模拟烟气在大气中的稀释和成核长大过程。其包括采样管10、稀释管20、停留室30、零空气流量控制单元40、压差采集单元50和采样泵60。

采样管10入口端位于固定源烟道内，其出口端连接稀释管20入口，稀释管20出口连接停留室30上部。在稀释管20上还连接有零空气流量控制单元40，压差采集单元50将采集到的烟道内压差信号传输至零空流量控制单元40，由零空气流量控制单元40控制进入稀释管20内的零空气流量。位于停留室30下部设置有采样口31，采样泵60经采样口31与停留室30连通，以便从采样口31处采样，供分析研究。

上述实施例中，如图2所示，采样管10采用L型弯管结构，其采样头11位于固定源烟道内，其出口端12伸入一级稀释管21入口端211内。

上述各实施例中，如图2所示，稀释管20包括一级稀释管21和二级稀释管22，采样管10出口端12伸入一级稀释管21入口端211，一级稀释管21出口端212伸入二级稀释管22入口端221，二级稀释管22出口端222连接停留室30。其中，一级稀释管21入口端211处设置有一级零空气入口213，二级稀释管22入口端221处设置有二级零空气入口223。其中，采样管10出口端伸入一级稀释管21入口端211内长度超过一级零空气入口213设置位置；一级稀释管21出口端212伸入二级稀释管22内长度超过二级零空气入口223设置位置。其中：

本发明优选采样管10的出口端12伸入距一级稀释管21的入口端211端面约25cm处；距一级稀释管21的入口端211端面约10cm处为一级零空气入口213。由于采样管10的出口端12端伸入一级稀释管21内的距离超过一级零空气入口213处，因此采样管10出口端12处于负压状态，固定源烟道内样气能自动从采样管10进入一级稀释管21内，而经过一级稀释后的样气不能倒流回固定源烟道内。

本发明优选一级稀释管21的出口端212伸入距二级稀释管22的入口端221端面约25cm处；距二级稀释管22的入口端221端面约10cm处为二级零空气入口223。由于一级稀释管21的出口端212伸入二级稀释管22内的距离超过二级零空气入口223处，因此一级稀释管21出口端212处于负压状态，一级稀释管21内的样气能自动进入二级稀释管22内，而经过二级稀释后的样气不能倒流回一级稀释管21。

上述各实施例中，如图1、图2所示，零空气流量控制单元40包括数据采集控制器41、第一级流量控制器42、第二级流量控制器43和零空发生器44。数据采集控制器41用于采集压差采集单元50传输至的烟道内气体压差信号，并将气体压差信号转换为气体流速信号，该气体流速信号即为采样管10的采样流速信号；数据采集控制器41根据采样流速信号调节第一级流量控制器42和第二级流量控制器43。第一级流量控制器42经一级零空气入口213与一级稀释管21连接，第二级流量控制器43经二级零空气入口223与二级稀释管22连接。零空发生器44的两个输出端分别连接第一级流量控制器42和第二级流量控制器43。第一级流量控制器42根据采样流速信号调节零空发生器44输出的供气流量，以保证一级稀释管21出口端212处气体流量达到稳定值；第二级流量控制器43调节并保证零空发生器44为二级稀释管22提供恒定流量的零空气，并与经过一级稀释管21稀释后的样气混合，样气在二级稀释管22内得到进一步稀释，由此来模拟烟气在自然大气中的稀释过程。经过两级稀释的烟气样品进入停留室30在停留室30中冷却，延长停留时间，可以模拟其在大气中的成核、碰并、长大的过程。

上述各实施例中，压差采集单元50包括皮托管51和压差传感器52。皮托管51一端位于固定源烟道内，另一端经硅胶管连接压差传感器52。压差传感器52经皮托管51采集固定源烟道内气体的压差，并将气体压差信号传输至零空气流量控制单元40中的数据采集控制器41内。在本实施例中，皮托管51优选S型皮托管，S型皮托管具有测压孔开口较大，不易被颗粒物堵塞等优点，便于在厚壁烟道中使用。

上述各实施例中，采样管10的采样头11和皮托管51的入口都与固定源烟道内气流方向正对，以保证等速采样。

上述各实施例中，采样管10、稀释管20和皮托管51均采用不锈钢管。采样管10优选1/4不锈钢管制成；一级稀释管21优选3/8不锈钢管制成；二级稀释管22优选1/2不锈钢管制成。采样管10与一级稀释管21通过1/4转3/8不锈钢直通接头连接，一级稀释管21与二级稀释管22通过3/8转1/2不锈钢直通接头连接。一级零空气入口213和二级零空气入口223都通过1/4不锈钢管进入稀释管20。

上述各实施例中，采样泵60为真空泵。

综上所述，本发明的等速采样枪在工作时，采样管10从烟道内采样，样气进入一级稀释管21内与一级零空气混合，并通过皮托管51测得固定源烟道内压力，换算为烟道内气体流速即采样流速，从而调节一级零空气流量，使一级稀释管21内混合气体流量恒定。经过一级稀释后的恒定流量的样气进入二级稀释管22内进行二级稀释，二级稀释后的样气进入停留室30混合，样气在停留室30中成核生长，并由采样泵60从停留室30的采样口31处采样供后续分析研究。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种等速采样枪，其特征在于：它包括采样管、稀释管、停留室、零空气流量控制单元、压差采集单元和采样泵；所述采样管入口端位于固定源烟道内，其出口端连接所述稀释管入口，所述稀释管出口连接所述停留室上部；在所述稀释管上还连接有所述零空气流量控制单元，所述压差采集单元将采集到的烟道内压差信号传输至所述零空气流量控制单元；位于所述停留室下部设置有采样口，所述采样泵经所述采样口采样。

2.如权利要求1所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述稀释管包括一级稀释管和二级稀释管，所述采样管出口端伸入所述一级稀释管入口端，所述一级稀释管出口端伸入所述二级稀释管入口端，所述二级稀释管出口端连接所述停留室；所述一级稀释管入口端处设置有一级零空气入口，所述二级稀释管入口端处设置有二级零空气入口。

3.如权利要求2所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述采样管出口端伸入所述一级稀释管入口端内长度超过所述一级零空气入口设置位置；所述一级稀释管出口端伸入所述二级稀释管内长度超过所述二级零空气入口设置位置。

4.如权利要求2或3所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述零空气流量控制单元包括数据采集控制器、第一级流量控制器、第二级流量控制器和零空发生器；所述数据采集控制器采集所述压差采集单元传输至的烟道内气体压差信号，并将所述气体压差信号转换为所述采样管的采样流速信号；所述数据采集控制器根据采样流速信号调节所述第一级流量控制器保证所述一级稀释管出口的气体流量达到稳定值；所述第一级流量控制器经所述一级零空气入口与所述一级稀释管连接；所述数据采集控制器调节所述第二级流量控制器为所述二级稀释管提供恒定流量的零空气；所述第二级流量控制器经所述二级零空气入口与所述二级稀释管连接；所述零空发生器的两个输出端分别连接所述第一级流量控制器和第二级流量控制器。

5.如权利要求1或2或3所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述压差采集单元包括皮托管和压差传感器；所述皮托管一端位于固定源烟道内，另一端经硅胶管连接所述压差传感器；所述压差传感器将采集到的固定源烟道内气体压差信号传输至所述零空气流量控制单元内。

6.如权利要求4所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述压差采集单元包括皮托管和压差传感器；所述皮托管一端位于固定源烟道内，另一端经硅胶管连接所述压差传感器；所述压差传感器将采集到的固定源烟道内气体压差信号传输至所述零空气流量控制单元内。

7.如权利要求1～3、6任一项所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述采样管采用L型弯管结构，其采样头位于固定源烟道内。

8.如权利要求4所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述采样管采用L型弯管结构，其采样头位于固定源烟道内。

9.如权利要求6所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述采样管的采样头和皮托管的入口都与固定源烟道内气流方向正对。

10.如权利要求6所述的一种等速采样枪，其特征在于：所述采样管、稀释管和皮托管均采用不锈钢管。