CN110057628A - 一种节能抗压固定污染源废气采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能抗压固定污染源废气采样系统，涉及废气采样技术领域，包括烟道、采样管、皮托管、热电偶、样品收集器、净化干燥器、流量计、流量调节装置、抽气泵、回流烟气排放管、压力传感器、温度传感器、微处理系统、微型打印机接口、显示器。本发明设计新颖，结构简单，使用方便，在抽气泵后增加一条回流烟气排放管，使抽气泵排口与烟道相通，使得抽气泵只需克服从采样口到抽气泵烟气排口之间的阻力即可顺利采样，不再需要克服烟道与外环境之间的压差，减少了能源消耗，实现了节能，增加了抽气泵抵抗烟道负压冲击的能力，拓宽了采气泵的适用范围，防止了负压造成的样品倒吸现象，提高了样品的有效性。

Description

一种节能抗压固定污染源废气采样系统

技术领域

本发明涉及废气采样技术领域，具体是一种节能抗压固定污染源废气采样系统。

背景技术

近年来，国家在火电、钢铁等行业逐步实施超低排放改造，有关行业的污染物排放浓度越来越低，为准确测定这些企业的污染物排放情况，所需的污染物采样时间就要相应延长，而抽气泵的能耗也相应增加，同时，政府部门的监督性监测更加强调随机性和时效性，采样设备采用电池作为电源，而不是常规的交流电源，采样泵的节能显得更加重要。

目前采样需要克服烟道与外环境之间的压差，从而增加了能源消耗，当烟道内的负压过大时会造成采样泵动力不足采集不到样品或因漏气样品无效而无法完成采样任务；同时抽气泵无法抵抗烟道负压冲击的能力，容易因负压造成的样品倒吸现象，不但造成样品无效，而且要彻底清洗和干燥采样管路后才能重新采样，对采样工作造成严重影响。因此，本领域技术人员提供了一种节能抗压固定污染源废气采样系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能抗压固定污染源废气采样系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

包括烟道、采样管、皮托管、热电偶、样品收集器、净化干燥器、流量计、流量调节装置、抽气泵、回流烟气排放管、压力传感器、微处理系统、微型打印机接口、显示器，为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种节能抗压固定污染源废气采样系统，包括烟道、采样管、皮托管、热电偶、样品收集器、净化干燥器、流量计、流量调节装置、抽气泵、压力传感器、温度传感器、微处理系统、微型打印机接口、显示器；所述的烟道设置采样孔，将检测其内部温度值的热电偶、检测其内废气流速的皮托管、采集其内废气样品的采样管、所述的回流烟气排放管插入烟道采样孔内，所述热电偶的信号输出端连接微处理系统的信号接收端，所述微处理系统的信号输出端分别连接微型打印机接口和显示器的信号接收端，所述皮托管连接有用于检测全压和静压的微压传感器，所述微压传感器的信号输出端连接微处理系统的信号接收端；所述采样管内含过滤器，其出气端依次串联有样品收集器、净化干燥器、流量计、流量调节装置和抽气泵，所述流量计的温度和压力分别由温度传感器和压力传感器传递给微处理系统；所述抽气泵的排气端连接有与烟道相连的回流烟气排放管。

作为本发明再进一步的方案：所述采样管、净化干燥器、流量计、流量调节装置和抽气泵之间均通过管道相连，管道为一种耐腐蚀的不锈钢材质和PTFE或PFA材质的构件。

作为本发明再进一步的方案：所述皮托管采用S型皮托管，是由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口，测定时，面向气流的开口测得的压力为全压，背向气流的开口测得的压力小于静压。

作为本发明再进一步的方案：所述微压传感器正压端与皮托管全压管出口端连接，负压端与皮托管的静压管出口连接。

作为本发明再进一步的方案：所述微处理系统根据静压、动压、温度大气压力等参数，计算烟气流速，烟气流速包括测点流速和平均流速，其计算公式如下：

测点气流速度Vs可按公式计算；

当干排气成分与空气近似，排气露点温度在35～55℃之间、排气的绝对压力在97～103kPa之间时，Vs可按公式计算；

对于接近常温、常压条件下，通风管道的空气流速Va按公式计算；

式中：VS——湿排气的气体流速，m/s；

Va——常温常压下通风管道的空气流速，m/s；

Ba——大气压力，Pa；

Kp——皮托管修正系数；

Pd——排气动压，Pa；

Ps——排气静压，Pa；

ρs——湿排气的密度，kg/m3；

Ms——湿排气的分子量，kg/kmol；

ts——排气温度，℃。

作为本发明再进一步的方案：所述平均流速可根据断面上各测点测出的流速Vsi，由公式：

计算；

式中：

Pdi——某一测点的动压，Pa；

n——测点的数目。

当干烟气成分与空气近似，排气露点温度在35～55℃之间、排气的绝对压力在97～103kPa之间时，某一断面的平均流速Vs按公式计算；

对于接近常温、常压条件下，通风管道中某一断面的平均空气流速Va按公式计算。

作为本发明再进一步的方案：所述流量调节装置采用自动流量控制阀和手动控制阀。

作为本发明再进一步的方案：所述流量计采用转子流量计，其精确度不低于5％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计新颖，结构简单，使用方便，在抽气泵后增加一条回流烟气排放管，使抽气泵排口与烟道相通，使得抽气泵只需克服从采样口到抽气泵烟气排口之间的阻力即可顺利采样，不再需要克服烟道与外环境之间的压差，减少了能源消耗，实现了节能，延长了电池供电的一次充电可采样时间，提高了抽气泵抵抗烟道负压冲击的能力，同时防止负压造成的样品倒吸现象，提高了样品的有效性，保护了周围环境和采样人员健康，同时回流烟气排放管不仅可以配合热电偶、皮托管、采样管固定搭配组合还可以独立使用，增加了实用性，通过打印机接口连接打印机可以将数据打印出来方便整理记录，提高了工作效率，降低了劳动强度。

附图说明

图1为一种节能抗压固定污染源废气采样系统实施例1的原理框架图；

图2为一种节能抗压固定污染源废气采样系统实施例2的原理框架图。

图中：1、烟道；2、回流烟气排放管；3、热电偶；4、皮托管；5、采样管；6、微处理系统；7、微压传感器；8、净化干燥器；9、压力传感器；10、微型打印机接口；11、显示器；12、温度传感器；13、流量计；14、流量调节装置；15、抽气泵；16、盒体；17、吸收瓶；18、加热采样管；19、旁路吸收瓶；20、温度计；21、真空压力表；22、样品收集器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1，本发明实施例中，一种节能抗压固定污染源废气采样系统，包括烟道1、微型打印机接口10、显示器11、净化干燥器8、流量计13、流量调节装置14、抽气泵15、压力传感器9和温度传感器12，烟道1的内部设置有用于检测其内部温度值的热电偶3，且烟道1的外侧嵌入设置有延伸至其内部的皮托管4，烟道1的外侧位于皮托管4的下方位置处嵌入设置有延伸至其内部的采样管5，热电偶3的信号输出端连接微处理系统6的信号接收端，微处理系统6的信号输出端分别连接微型打印机接口10和显示器11的信号接收端，皮托管4的一端连接有用于检测全压和静压的微压传感器7，微压传感器7的信号输出端连接微处理系统6的信号接收端，采样管5的出气端依次串联有样品收集器22、净化干燥器8、流量计13、流量调节装置14和抽气泵15，压力传感器9和温度传感器12分别对采样管5所采集的气体进行检测并将信号传递给微处理系统6，抽气泵15的排气端连接有与烟道1相连的回流烟气排放管2。

进一步的，采样管5、净化干燥器8、流量计13、流量调节装置14和抽气泵15之间均通过管道相连，管道为一种耐腐蚀的不锈钢材质和PTFE或PFA材质的构件，使其具有一定的耐腐蚀效果，有效体延长其使用寿命。

进一步的，皮托管4采用S型皮托管，是由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口，测定时，面向气流的开口测得的压力为全压，背向气流的开口测得的压力小于静压，S型皮托管4的测压孔开口较大，不易被颗粒物堵塞。

进一步的，微压传感器7正压端与皮托管4全压管出口端连接，负压端与皮托管4的静压管出口连接，由全压管测孔吹气后，迅速堵严该测孔，如微压计的液柱面位置不变，则表明全压管不漏气；此时再将静压测孔用橡皮管或胶布密封，然后打开全压测孔，此时微压计液柱将跌落至某一位置，如果液面不继续跌落，则表明静压管不漏气，校准时将皮托管4插入采样孔，开孔平面垂直于测量断面插入，如断面上无涡流，微压计读数应在零点左右，测量静压时将皮托管4插入到烟道1近中心处，使其测量端开口平面平行于气流方向，所测得的压力即为静压。

进一步的，微处理系统6根据静压、动压、温度大气压力等参数，计算烟气流速，烟气流速包括测点流速和平均流速，其计算公式如下：

测点气流速度Vs可按公式计算；

当干排气成分与空气近似，排气露点温度在35～55℃之间、排气的绝对压力在97～103kPa之间时，Vs可按公式计算；

对于接近常温、常压条件下ts＝20℃，Ba+Ps＝101325Pa，通风管道的空气流速Va按公式计算；

式中：VS——湿排气的气体流速，m/s；

Va——常温常压下通风管道的空气流速，m/s；

Ba——大气压力，Pa；

Kp——皮托管修正系数；

Pd——排气动压，Pa；

Ps——排气静压，Pa；

ρs——湿排气的密度，kg/m3；

Ms——湿排气的分子量，kg/kmol；

ts——排气温度，℃。

平均流速可根据断面上各测点测出的流速Vsi，由公式：

计算；

式中：

Pdi——某一测点的动压，Pa；

n——测点的数目。

当干烟气成分与空气近似，排气露点温度在35～55℃之间、排气的绝对压力在97～103kPa之间时，某一断面的平均流速Vs按公式计算；

对于接近常温、常压条件下ts＝20℃，Ba+Ps＝101325Pa，通风管道中某一断面的平均空气流速Va按公式计算。

同时用于烟气流速的测定，烟气中颗粒物的采集和气态污染物的采集。

进一步的，流量调节装置14采用自动流量控制阀和手动控制阀。

进一步的，流量计13采用转子流量计，其精确度不低于5％。

综上所述，通过皮托管4和微压传感器7对烟道1中的静压和全压进行检查，采样管5用于采集烟道中的气体，经净化干燥器8干燥后通过流量调节装置14再由抽气泵15排出，其中压力传感器9、温度传感器12和流量计13对采集传输的气体进行参数检测并将测出的数据传输给微处理系统6，微处理系统6对根据静压、动压、温度大气压力等参数，自动计算烟气流速和等速跟踪采样流量，从而控制气泵的抽气能力，使实际流量与计算的采样流量相等，从而保证了烟尘自动等速采样，最后在抽气泵15后增加一条回流烟气排放管2，使抽气泵15排口与烟道1相通，使得抽气泵15只需克服从采样口到抽气泵15烟气排口之间的阻力即可顺利采样，不再需要克服烟道1与外环境之间的压差，减少了能源消耗，实现了节能，提高了抽气泵15抵抗烟道负压冲击的能力，同时防止负压造成的样品倒吸现象，提高了样品的有效性。

实施例2

请参阅图2：不同于实施例1的是：烟道1的一侧嵌入设置有延伸至其内部的加热采样管18，加热采样管18的出气端分别连接吸收瓶17和旁路吸收瓶19，吸收瓶17和旁路吸收瓶19的出气端均匀净化干燥器8相连，净化干燥器8的出气端连接盒体16，盒体16的上表面嵌入安装有温度计20和真空压力表21，且盒体16的出气端依次串联有流量计13、流量调节装置14和抽气泵15，抽气泵15的出气端与烟道1中通过回流烟气排放管2相连。

综上所述，加热采样管18加热后置换吸收瓶17和旁路吸收瓶19前采样管路内的空气，带管路内空气置换干净后调节采样流量至所需流量进行采样，采样气体经吸收瓶17和旁路吸收瓶19进入净化干燥器8进行干燥，干燥后气体经检测最后有抽气泵15排出，抽气泵15后增加一条回流烟气排放管2，使抽气泵15排口与烟道1相通，使得抽气泵15只需克服从采样口到抽气泵15烟气排口之间的阻力即可顺利采样，不再需要克服烟道1与外环境之间的压差，减少了能源消耗，实现了节能，延长了电池供电的一次充电可采样时间，提高了抽气泵15抵抗烟道负压冲击的能力，防止了负压造成的样品倒吸现象，提高了样品的有效性，同时保护了周围环境和采样人员健康。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种节能抗压固定污染源废气采样系统，包括烟道、采样管、皮托管、热电偶、样品收集器、净化干燥器、流量计、流量调节装置、抽气泵、回流烟气排放管、压力传感器、温度传感器、微处理系统、微型打印机接口、显示器，其特征在于，所述的烟道设置采样孔，将检测其内部温度值的热电偶、检测其内废气流速的皮托管、采集其内废气样品的采样管、所述的回流烟气排放管插入烟道采样孔内，所述热电偶的信号输出端连接微处理系统的信号接收端，所述微处理系统的信号输出端分别连接微型打印机接口和显示器的信号接收端，所述皮托管连接有用于检测全压和静压的微压传感器，所述微压传感器的信号输出端连接微处理系统的信号接收端；所述采样管内含过滤器，其出气端依次串联有样品收集器、净化干燥器、流量计、流量调节装置和抽气泵，所述流量计的温度和压力分别由温度传感器和压力传感器传递给微处理系统；所述抽气泵的排气端连接有与烟道相连的回流烟气排放管。

2.根据权利要求1所述的一种节能抗压固定污染源废气采样系统，其特征在于，所述采样管、净化干燥器、流量计、流量调节装置和抽气泵之间均通过管道相连，管道为一种耐腐蚀的不锈钢材质和PTFE或PFA材质的构件。

3.根据权利要求1所述的一种节能抗压固定污染源废气采样系统，其特征在于，所述皮托管采用S型皮托管，是由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口，测定时，面向气流的开口测得的压力为全压，背向气流的开口测得的压力为静压。

4.根据权利要求3所述的一种节能抗压固定污染源废气采样系统，其特征在于，所述微压传感器正压端与皮托管全压管出口端连接，负压端与皮托管的静压管出口端连接。

5.根据权利要求1所述的一种节能抗压固定污染源废气采样系统，其特征在于，所述微处理系统根据静压、动压、温度大气压力等参数，计算烟气流速，烟气流速包括测点流速和平均流速，其计算公式如下：

当干排气成分与空气近似，排气露点温度在35～55℃之间、排气的绝对压力在97～103kPa之间时，Vs可按公式计算；

对于接近常温、常压条件下，通风管道的空气流速Va按公式计算；

式中：VS——湿排气的气体流速，m/s；

Va——常温常压下通风管道的空气流速，m/s；

Ba——大气压力，Pa；

Kp——皮托管修正系数；

Pd——排气动压，Pa；

Ps——排气静压，Pa；

ρs——湿排气的密度，kg/m3；

Ms——湿排气的分子量，kg/kmol；

ts——排气温度，℃。

6.根据权利要求5所述的一种节能抗压固定污染源废气采样系统，其特征在于，所述平均流速可根据断面上各测点测出的流速Vsi，由公式：

计算；

式中：

Pdi——某一测点的动压，Pa；

n——测点的数目。

当干烟气成分与空气近似，排气露点温度在35～55℃之间、排气的绝对压力在97～103kPa之间时，某一断面的平均流速Vs按公式计算；

对于接近常温、常压条件下，通风管道中某一断面的平均空气流速Va按公式计算。

7.根据权利要求1所述的一种节能抗压固定污染源废气采样系统，其特征在于，所述流量调节装置采用自动流量控制阀和手动控制阀。

8.根据权利要求1所述的一种节能抗压固定污染源废气采样系统，其特征在于，所述流量计采用转子流量计，其精确度不低于5％。