CN107917736B - 一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，带有稀释采样的烟气检测系统，通过稀释采样，降低烟气温度与污染物浓度，减少对测试设备的损伤，延长测试仪器的使用寿命。经稀释后进入烟气分析仪的烟气流量与未稀释的烟气流量的比值为稀释比。本发明设计的烟气检测系统可通过调节新鲜空气的流量实现0‑15倍的稀释比，通过民用炉具所排放的各污染物真实浓度为烟气分析仪显示的各污染物浓度数值与稀释比的乘积。本发明提供的民用炉具烟气污染物排放现场检测系统不仅便于实地短期测试使用，同时也可进行全程连续采样监测，保证采样数据的科学性与准确性。

Description

一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统

技术领域

本发明属于环保监测技术领域，尤其是，提供了一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统。

背景技术

实验室民用炉具烟气污染物排放监测系统能够实现各污染物的在线监测，可针对炉具不同燃烧阶段和工况的分析对比。但由于实验室监测系统与采样装置过于庞大，无法携带在实地进行监测。同时实验室烟气监测通常固定在某个特殊位置，而实地测试变异性较大，采样位置比较灵活。因此实验室烟气监测系统不便于现场测试使用。

目前实地测试过程多使用传统采样(直接采样)，即将采样探头直接插入烟囱口进行采样与检测。由于民用炉具燃用固体燃料时燃烧稳定性较差，烟气排放流速低，这样造成采样测试数据误差较大，而且由于烟气温度与污染物浓度较高，采用传统的直接采样还会损坏测试设备，缩短仪器的使用寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，带有稀释采样的烟气检测系统，通过稀释采样，降低烟气温度与污染物浓度，减少测试设备的损伤，延长测试仪器的使用寿命。经稀释后进入烟气分析仪的烟气流量与未稀释的烟气流量的比值为稀释比，即DR＝(Q₁+Q₂)/Q₁，其中DR为稀释比，Q₁、Q₂分别为未稀释烟气流量、新鲜空气流量。本发明设计的烟气检测系统可通过调节新鲜空气的流量实现0-15倍的稀释比，通过民用炉具所排放的各污染物真实浓度为烟气分析仪显示的各污染物浓度数值与稀释比的乘积，即C_真实＝C_显示×DR。

本发明提供的民用炉具烟气污染物排放现场检测系统不仅便于实地短期测试使用，同时也可进行全程连续采样监测，保证采样数据的科学性与准确性。

一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，包括：

(I)烟气捕集和稀释装置包括：90度弯管、第一直导管、T型转换接口、固定夹和第二直导管，其中：

90度弯管的直径为4.6mm，长度为15-20cm；第一直导管的直径为7.7mm，长度为35-40cm；第二直导管的直径为7.7mm，长度为38-40cm且满足雷诺数Re>2300，使烟气与新鲜空气达到充分混合；固定夹是长8-10cm、宽3-5cm、高2-4cm的长方体铁块；

90度弯管一端伸入烟囱采集烟气，另一端通过螺母连接第一直导管；T型转换接口的两个水平端口分别连接第一直导管和第二直导管，T型转换接口的下端口连接第一导电硅胶管；第二直导管的末端连接第二导电硅胶管；固定夹用于夹固第二直导管，通过三角支架支撑为烟气捕集和稀释装置提供稳定性；

(II)烟气分析箱，尺寸为50×30×20cm，包括：

(a)新鲜空气处理部分，包括：空气进口、空气出口、第一气泵、过滤装置、干燥剂；新鲜空气经箱体外部的空气进口进入过滤装置并且经过干燥剂干燥后，通过第一气泵输出到箱体外部的空气出口，第一导电硅胶管将空气出口与T型转换接口的下端口连接，空气通过第一导电硅胶管进入第二直导管与来自第一直导管的烟气进行混合稀释；通过新鲜空气转子流量计调节，新鲜空气电子流量传感器实时监测，控制新鲜空气的流量为0-1.4L/min；

(b)烟气分析部分，包括：烟气进口、烟气出口、PM_2.5旋风分离器、温湿度传感器、PM_2.5传感器、特氟龙滤膜、石英滤膜、第一路电子流量传感器、第二路电子流量传感器、第三路电子流量传感器、第一路转子流量计、第二路转子流量计、第三路转子流量计、第二气泵、气体分析模块、预留分析模块、电源模块、机箱、微机控制板和传感器信号板；其中：第二导电硅胶管将第二直导管与烟气进口连接，将稀释后的烟气送入烟气采样与测量通道，第一步通过PM_2.5旋风分离器分离并且截留大颗粒物质，第二步通过温湿度传感器检测温度和湿度，第三步通过PM_2.5传感器检测PM_2.5浓度；之后分为三路：

第一路通过特氟龙滤膜收集PM_2.5进行称重分析，通过第一路转子流量计调节，第一路电子流量传感器监测控制第一路烟气流量为0-0.2L/min；第二路通过石英滤膜收集PM_2.5进行成分分析，通过第二路转子流量计调节，第二路电子流量传感器监测控制第二路烟气流量为0-0.2L/min；第三路无处理，通过第三路转子流量计调节，第三路电子流量传感器监测控制第三路烟气流量，直接与第一路和第二路处理后的气体进行混合后，烟气总流量为1.5L/min，通过第二气泵将三路汇合后的气体输送至气体分析模块监测分析气体污染物，气体分析模块包括CO浓度传感器、CO₂浓度传感器、NO浓度传感器、NO₂浓度传感器、SO₂浓度传感器；最后通过机箱外部的烟气出口将气体排出；气体分析模块对烟气中组分数据进行采集，并将采集的数据经传感器信号板处理后送入微机控制板；同时通过温湿度传感器和PM_2.5传感器对烟气的温湿度数据和PM_2.5数据进行采集，并将实时采集的数据储存在微机控制板的数据储存模块中。

优选的，民用炉具所排放的各污染物真实浓度为烟气分析仪显示的各污染物浓度数值与稀释比的乘积，所述稀释比是经稀释后进入烟气分析仪的烟气流量与未稀释的烟气流量的比值。

优选的，第一路通过特氟龙滤膜收集PM_2.5进行称重分析，根据采样过程中收集到的PM_2.5质量与采样体积的比值，计算出民用炉具所排放的烟气中PM_2.5浓度，采样体积为烟气流量与采样时间乘积。

优选的，第二路通过石英滤膜收集PM_2.5进行成分分析，所述成分包括：PM_2.5中元素碳、有机碳和多环芳烃。

优选的，所述烟气分析箱的烟气进口处设置有流量校准点。

优选的，所述特氟龙滤膜和第一路电子流量传感器之间、所述石英滤膜和第二路电子流量传感器之间、所述第三路转子流量计之后与三路气体汇聚点之前均设置有流量校准点。

优选的，所述流量校准点指通过外接皂膜流量计，调节转子流量计观察皂膜流量计读数，使之达到所需流量，进而实现流量校准。

优选的，所述预留分析模块是黑碳仪。

优选的，所述90度弯管、第一直导管、T型转换接口、固定夹和第二直导管均是由不锈钢制成的。

本发明设计的民用炉具烟气污染物排放现场检测系统简单、方便、高效，可进行全程24小时稀释采样测量，第一路与第二路可通过一定的烟气流量控制，避免采样过程中滤膜过载的现象，通过对高温、高浓度的烟气稀释能够有效避免因烟气浓度和烟气温度过高而损坏测试仪器，延长仪器的使用寿命，克服了传感器使用寿命短的缺点。同时传统的采样装置在测试过程中需要测试人员时刻用手支撑，本套检测系统的烟气捕集与稀释装置可用三角支架固定，因此在测试过程中给测试人员带来了很大便利。本套检测系统的便携式烟气分析仪将烟气中各组分浓度测量与颗粒物采集、分析、储存集成到一个50×30×20cm的长方体机箱中，大大减少了分析仪的体积与重量，方便用户携带。

本发明设计的便携式烟气分析仪能够检测出烟气中的CO浓度、CO₂浓度、SO₂浓度、NO_X浓度、PM_2.5浓度和烟气温湿度数据；同时可通过滤膜收集烟气中的PM_2.5；可根据炉具不同工况设定调整测试时间及数据记录间隔，具有功能全面的优点。本发明设计的便携式烟气分析仪为手提箱式，该机箱盖设有把手，以便于移动式监测分析，同时可通过机箱面板上显示灯状态观察仪器的运转情况，及时调整测试仪器，能够有效保障测试数据的完整性。

附图说明

图1是本发明提供的烟气捕集和稀释装置的结构示意图。

图2是本发明提供的民用炉具烟气污染物排放现场检测系统的监测流程图。

附图标记说明：

1-90度弯管、2-第一直导管、3-T型转换接口、4-固定夹、5-第二直导管、6-采样探头、7-PM_2.5旋风分离器、8-温湿度传感器、9-PM_2.5传感器、10-特氟龙滤膜、11-石英滤膜、12-第一路电子流量传感器、13-第二路电子流量传感器、14-第三路电子流量传感器、15-第一路转子流量计、16-第二路转子流量计、17-第三路转子流量计、18-第二气泵、19-气体分析模块、20-预留分析模块、21-过滤装置、22-干燥剂、23-新鲜空气电子流量传感器、24-新鲜空气转子流量计、25-第一气泵。

具体实施方式

为便于本领域技术人员理解本发明设计的技术方案，下面结合说明书附图对本发明所述的用于民用炉具烟气污染物排放现场检测系统的技术方案作进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。

一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，带有稀释采样的烟气检测系统，通过稀释采样，降低烟气温度与污染物浓度，减少对测试设备的损伤，延长测试仪器的使用寿命。经稀释后进入烟气分析仪的烟气流量与未稀释的烟气流量的比值为稀释比，即DR＝(Q₁+Q₂)/Q₁，其中DR为稀释比，Q₁、Q₂分别为未稀释烟气流量、新鲜空气流量。本发明设计的烟气检测系统可通过调节新鲜空气的流量实现0-15倍的稀释比，通过民用炉具所排放的各污染物真实浓度为烟气分析仪显示的各污染物浓度数值与稀释比的乘积，即C_真实＝C_显示×DR。

本发明提供的民用炉具烟气污染物排放现场检测系统不仅便于实地短期测试使用，同时也可进行全程连续采样监测，保证采样数据的科学性与准确性。

一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，包括：

(I)烟气捕集和稀释装置包括：90度弯管1、第一直导管2、T型转换接口3、固定夹4和第二直导管5，其中：

90度弯管1的直径为4.6mm，长度为15-20cm；第一直导管2的直径为7.7mm，长度为35-40cm；第二直导管5的直径为7.7mm，长度为38-40cm且满足雷诺数Re>2300，使烟气与新鲜空气达到充分混合；固定夹4是长8-10cm、宽3-5cm、高2-4cm的长方体铁块；

90度弯管1一端伸入烟囱采集烟气，另一端通过螺母连接第一直导管2；T型转换接口3的两个水平端口分别连接第一直导管2和第二直导管5，T型转换接口3的下端口连接第一导电硅胶管；第二直导管5的末端连接第二导电硅胶管；固定夹4用于夹固第二直导管5，通过三角支架支撑为烟气捕集和稀释装置提供稳定性；

(II)烟气分析箱，尺寸为50×30×20cm，包括：

(a)新鲜空气处理部分，包括：空气进口、空气出口、第一气泵25、过滤装置21、干燥剂22；新鲜空气经箱体外部的空气进口进入过滤装置21并且经过干燥剂22干燥后，通过第一气泵25输出到箱体外部的空气出口，第一导电硅胶管将空气出口与T型转换接口3的下端口连接，空气通过第一导电硅胶管进入第二直导管5与来自第一直导管2的烟气进行混合稀释；通过新鲜空气转子流量计24调节，新鲜空气电子流量传感器23实时监测，控制新鲜空气的流量为0-1.4L/min；

(b)烟气分析部分，包括：烟气进口、烟气出口、PM_2.5旋风分离器7、温湿度传感器8、PM_2.5传感器9、特氟龙滤膜10、石英滤膜11、第一路电子流量传感器12、第二路电子流量传感器13、第三路电子流量传感器14、第一路转子流量计15、第二路转子流量计16、第三路转子流量计17、第二气泵18、气体分析模块19、预留分析模块20、电源模块、机箱、微机控制板和传感器信号板；其中：第二导电硅胶管将第二直导管5与烟气进口连接，将稀释后的烟气送入烟气采样与测量通道，第一步通过PM_2.5旋风分离器7分离并且截留大颗粒物质，第二步通过温湿度传感器8检测温度和湿度，第三步通过PM_2.5传感器9检测PM_2.5浓度；之后分为三路：

第一路通过特氟龙滤膜10收集PM_2.5进行称重分析，通过第一路转子流量计15调节，第一路电子流量传感器12监测控制第一路烟气流量为0-0.2L/min；第二路通过石英滤膜11收集PM_2.5进行成分分析，通过第二路转子流量计16调节，第二路电子流量传感器13监测控制第二路烟气流量为0-0.2L/min；第三路无处理，通过第三路转子流量计17调节，第三路电子流量传感器14监测控制第三路烟气流量，直接与第一路和第二路处理后的气体进行混合后，烟气总流量为1.5L/min，通过第二气泵18将三路汇合后的气体输送至气体分析模块19监测分析气体污染物，气体分析模块19包括CO浓度传感器、CO₂浓度传感器、NO浓度传感器、NO₂浓度传感器、SO₂浓度传感器；最后通过机箱外部的烟气出口将气体排出；气体分析模块19对烟气中组分数据进行采集，并将采集的数据经传感器信号板处理后送入微机控制板；同时通过温湿度传感器8和PM_2.5传感器9对烟气的温湿度数据和PM_2.5数据进行采集，并将实时采集的数据储存在微机控制板的数据储存模块中。

第一路通过特氟龙滤膜10收集PM_2.5进行称重分析，根据采样过程中收集到的PM_2.5质量与采样体积的比值，计算出民用炉具所排放的烟气中PM_2.5浓度，采样体积为烟气流量与采样时间乘积，即C_PM2.5＝m_PM2.5/(Q×t)。第二路通过石英滤膜收集PM_2.5进行成分分析，例如对PM_2.5中EC(元素碳)、OC(有机碳)及PAHs(多环芳烃)等物质的分析。民用炉具所排放的各污染物真实浓度为烟气分析仪显示的各污染物浓度数值与稀释比的乘积，即C_真实＝C_显示×DR，所述稀释比是经稀释后进入烟气分析仪的烟气流量与未稀释的烟气流量的比值即DR＝(Q₁+Q₂)/Q₁，其中DR为稀释比，Q₁、Q₂分别为未稀释烟气流量、新鲜空气流量。

所述特氟龙滤膜10和第一路电子流量传感器12之间、所述石英滤膜11和第二路电子流量传感器13之间、所述第三路转子流量计17之后与三路气体汇聚点之前均设置有流量校准点。所述烟气分析箱的烟气进口处设置有流量校准点。所述流量校准点指通过外接皂膜流量计，调节转子流量计观察皂膜流量计读数，使之达到所需流量，进而实现流量校准。

所述预留分析模块20是黑碳仪。所述90度弯管1、第一直导管2、T型转换接口3、固定夹4和第二直导管5均是由不锈钢制成的。

以上实施方式仅仅是为了说明本发明的技术方案而采用的示范性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，其特征在于，包括：

(I)烟气捕集和稀释装置包括：90度弯管、第一直导管、T型转换接口、固定夹和第二直导管，其中：

90度弯管的直径为4.6mm，长度为15-20cm；第一直导管的直径为7.7mm，长度为35-40cm；第二直导管的直径为7.7mm，长度为38-40cm且满足雷诺数Re>2300，使烟气与新鲜空气达到充分混合；固定夹是长8-10cm、宽3-5cm、高2-4cm的长方体铁块；

90度弯管一端伸入烟囱采集烟气，另一端通过螺母连接第一直导管；T型转换接口的两个水平端口分别连接第一直导管和第二直导管，T型转换接口的下端口连接第一导电硅胶管；第二直导管的末端连接第二导电硅胶管；固定夹用于夹固第二直导管，通过三角支架支撑为烟气捕集和稀释装置提供稳定性；

(II)烟气分析箱，尺寸为50×30×20cm，包括：

(a)新鲜空气处理部分，包括：空气进口、空气出口、第一气泵、过滤装置、干燥剂；新鲜空气经箱体外部的空气进口进入过滤装置并且经过干燥剂干燥后，通过第一气泵输出到箱体外部的空气出口，第一导电硅胶管将空气出口与T型转换接口的下端口连接，空气通过第一导电硅胶管进入第二直导管与来自第一直导管的烟气进行混合稀释；通过新鲜空气转子流量计调节，新鲜空气电子流量传感器实时监测，控制新鲜空气的流量为0-1.4L/min；

(b)烟气分析部分，包括：烟气进口、烟气出口、PM_2.5旋风分离器、温湿度传感器、PM_2.5传感器、特氟龙滤膜、石英滤膜、第一路电子流量传感器、第二路电子流量传感器、第三路电子流量传感器、第一路转子流量计、第二路转子流量计、第三路转子流量计、第二气泵、气体分析模块、预留分析模块、电源模块、机箱、微机控制板和传感器信号板；其中：第二导电硅胶管将第二直导管与烟气进口连接，将稀释后的烟气送入烟气采样与测量通道，第一步通过PM_2.5旋风分离器分离并且截留大颗粒物质，第二步通过温湿度传感器检测温度和湿度，第三步通过PM_2.5传感器检测PM_2.5浓度；之后分为三路：

第一路通过特氟龙滤膜收集PM_2.5进行称重分析，通过第一路转子流量计调节，第一路电子流量传感器监测控制第一路烟气流量为0-0.2L/min；第二路通过石英滤膜收集PM_2.5进行成分分析，通过第二路转子流量计调节，第二路电子流量传感器监测控制第二路烟气流量为0-0.2L/min；第三路无处理，通过第三路转子流量计调节，第三路电子流量传感器监测控制第三路烟气流量，直接与第一路和第二路处理后的气体进行混合后，烟气总流量为1.5L/min，通过第二气泵将三路汇合后的气体输送至气体分析模块监测分析气体污染物，气体分析模块包括CO浓度传感器、CO₂浓度传感器、NO浓度传感器、NO₂浓度传感器、SO₂浓度传感器；最后通过机箱外部的烟气出口将气体排出；气体分析模块对烟气中组分数据进行采集，并将采集的数据经传感器信号板处理后送入微机控制板；同时通过温湿度传感器和PM_2.5传感器对烟气的温湿度数据和PM_2.5数据进行采集，并将实时采集的数据储存在微机控制板的数据储存模块中；

民用炉具所排放的各污染物真实浓度为烟气分析仪显示的各污染物浓度数值与稀释比的乘积，所述稀释比是经稀释后进入烟气分析仪的烟气流量与未稀释的烟气流量的比值；

第一路通过特氟龙滤膜收集PM_2.5进行称重分析，根据采样过程中收集到的PM_2.5质量与采样体积的比值，计算出民用炉具所排放的烟气中PM_2.5浓度，采样体积为烟气流量与采样时间乘积；第二路通过石英滤膜收集PM_2.5进行成分分析，所述成分包括：PM_2.5中元素碳、有机碳和多环芳烃；

所述烟气分析箱的烟气进口处设置有流量校准点；所述特氟龙滤膜和第一路电子流量传感器之间、所述石英滤膜和第二路电子流量传感器之间、所述第三路转子流量计之后与三路气体汇聚点之前均设置有流量校准点；所述流量校准点指通过外接皂膜流量计，调节转子流量计观察皂膜流量计读数，使之达到所需流量，进而实现流量校准。

2.根据权利要求1所述的民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，其特征在于，所述预留分析模块是黑碳仪。

3.根据权利要求2所述的民用炉具烟气污染物排放现场检测系统，其特征在于，所述90度弯管、第一直导管、T型转换接口、固定夹和第二直导管均是由不锈钢制成的。

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