CN110118709A - 一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统及其方法，PM10旋风切割器、PM2.5旋风切割器和PM1旋风切割器依次串联，每一个旋风切割器配备一套干燥洁净气流电离装置和荷电颗粒测量装置，并且三个旋风切割器以及每套干燥洁净气流电离装置和荷电颗粒测量装置均进行加热保温，压缩空气缓冲加热及处理装置输出的干燥洁净气流分为三路，分别进入三个干燥洁净气流电离装置中，每个荷电颗粒测量装置均与数据处理器通信连接，实现分级实时采样测量，本发明有效实现颗粒粒径分级、高温伴热、稀释电离、颗粒荷电和高效过滤，实现快速实时采样测量，通过高温伴热使颗粒物的粒径分级和在线测量不受水汽影响，避免管路堵塞，测量结果准确，系统稳定运行时间较长。

Description

一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统及其方法

技术领域

本发明涉及烟气颗粒物检测技术领域，具体地讲，涉及一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统及其方法。

背景技术

烟气颗粒物的采样检测不仅可以用于烟气污染物的生成与控制特性研究，而且在颗粒物特性分析、大气污染影响以及源解析方面的研究中具有重要作用，尤其在颗粒物脱除性能和源解析领域具有很大的应用前景。

颗粒物划分为可捕集颗粒物和可凝结颗粒物，目前，国内主要针对烟气可捕集颗粒物进行采样分析。可捕集颗粒物的采样检测主要基于颗粒物的空气动力学特性、电学特性和过滤特性。过滤特性是常规颗粒物采样方法的常用依托机理，属于非粒径分级在线采样离线检测，典型的有滤筒采样和滤膜采样。电学特性广泛应用于颗粒物非直接接触采样中，主要依托带电颗粒物运动过程中产生的感应电流来对应颗粒物的采样浓度，属于在线检测，往往跟颗粒物的空气动力学特性同时运用可实现粒径分级采样。空气动力学特性是颗粒物随气流运动过程中体现出的特性，也能直接反映颗粒物在大气环境中的污染和迁移特性，因此广泛应用于细颗粒物（PM2.5）的采样检测中，同样属于粒径分级在线采样离线检测。

目前，国内广泛采用的颗粒物采样测量方法主要基于颗粒物的空气动力学特性和过滤特性，均属于在线采样离线检测的方法，但无法实时反映颗粒物的采样浓度。例如申请号为2015209117881，授权公告号为CN205120442U的中国专利：固定源烟气颗粒物稀释法采样系统，该系统无法实时反映颗粒物的采样浓度。

在当前烟气颗粒物的采样过程中，尤其是针对超低排放燃煤机组的烟气颗粒物采样检测过程中，由于尾部烟气中颗粒物浓度较低，同时存在尾部烟道环境中颗粒物浓度分布不均和采样过程中难以实现较好的等速取样，因此使得烟气中颗粒物的采样存在偏差，而在线采样离线检测的方法难以及时反馈采样偏差进行即时调整，只能通过后续的样品分析来调整下一次的采样过程，因此极大地增加了采样检测工作的负荷。在当前燃煤机组负荷不稳定的情况下，容易错失采样检测的良好时机，使得采样检测结果不能准确反映实际情况。此外，对于超低排放机组，由于尾端排放的烟气中不同粒径段的颗粒物浓度分布不均，主要以小粒径段颗粒物为主，因此常规的总尘采样检测方法难以直观反映尾端烟气的颗粒物排放特性。

因此，开发一种新型的基于粒径分级和电离荷电作用的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统非常必要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种系统完善、能够实时分级采样测量、在线测量不受水汽影响的可捕集颗粒物采样测量系统，并给出其采样测量方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：包括等速采样喷嘴、PM10旋风切割器、PM2.5旋风切割器、PM1旋风切割器、PM10级干燥洁净气流电离装置、PM10级荷电颗粒测量装置、PM10级静电中和及加热保温装置、PM2.5级干燥洁净气流电离装置、PM2.5级荷电颗粒测量装置、PM2.5级静电中和及加热保温装置、PM1级干燥洁净气流电离装置、PM1级荷电颗粒测量装置、颗粒物过滤及加热保温装置、采样泵、空气压缩机、压缩空气缓冲加热及处理装置和数据处理器，以及

用于对PM10旋风切割器进行加热保温的PM10级加热保温装置；

用于对PM10级干燥洁净气流电离装置和PM10级荷电颗粒测量装置进行加热保温的PM10级荷电器加热保温装置；

用于对PM2.5旋风切割器进行加热保温的PM2.5级加热保温装置；

用于对PM2.5级干燥洁净气流电离装置和PM2.5级荷电颗粒测量装置进行加热保温的PM2.5级荷电器加热保温装置；

用于对PM1旋风切割器进行加热保温的PM1级加热保温装置；

用于对PM1级干燥洁净气流电离装置和PM1级荷电颗粒测量装置进行加热保温的PM1级荷电器加热保温装置；

所述等速采样喷嘴连接PM10旋风切割器的进气端，所述PM10级干燥洁净气流电离装置的出口端与PM10级荷电颗粒测量装置的入口端连接，所述PM10旋风切割器的出气端连接所述PM10级干燥洁净气流电离装置与PM10级荷电颗粒测量装置的连接交汇处；所述PM10级荷电颗粒测量装置的出口端连接PM10级静电中和及加热保温装置的进气端，所述PM10级静电中和及加热保温装置的出气端连接PM2.5旋风切割器的进气端；

所述PM2.5级干燥洁净气流电离装置的出口端与PM2.5级荷电颗粒测量装置的入口端连接，所述PM2.5旋风切割器的出气端连接所述PM2.5级干燥洁净气流电离装置与PM2.5级荷电颗粒测量装置的连接交汇处；所述PM2.5级荷电颗粒测量装置的出口端连接PM2.5级静电中和及加热保温装置的进气端，所述PM2.5级静电中和及加热保温装置的出气端连接PM1旋风切割器的进气端；

所述PM1级干燥洁净气流电离装置的出口端与PM1级荷电颗粒测量装置的入口端连接，所述PM1旋风切割器的出气端连接所述PM1级干燥洁净气流电离装置与PM1级荷电颗粒测量装置的连接交汇处；所述PM1级荷电颗粒测量装置的出口端连接颗粒物过滤及加热保温装置的进气端，所述颗粒物过滤及加热保温装置的出气端通过管路连接采样泵，并在该管路上按照气流方向依次安装有烟气流量计和烟气气流控制阀；

所述空气压缩机通过管路连接压缩空气缓冲加热及处理装置的进气口，并在该管路上安装压缩空气控制阀；所述压缩空气缓冲加热及处理装置的出气口分支为三路：PM10级干燥洁净气流路、PM2.5级干燥洁净气流路和PM1级干燥洁净气流路；

所述PM10级干燥洁净气流路通向PM10级干燥洁净气流电离装置的入口端，并且在PM10级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM10级干燥洁净气流控制阀和PM10级干燥洁净气流流量计；

所述PM2.5级干燥洁净气流路通向PM2.5级干燥洁净气流电离装置的入口端，并且在PM2.5级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM2.5级干燥洁净气流控制阀和PM2.5级干燥洁净气流流量计；

所述PM1级干燥洁净气流路通向PM1级干燥洁净气流电离装置的入口端，并且在PM1级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM1级干燥洁净气流控制阀和PM1级干燥洁净气流流量计；

所述PM10级荷电颗粒测量装置、PM2.5级荷电颗粒测量装置和PM1级荷电颗粒测量装置均与数据处理器通信连接。

优选的，所述PM10旋风切割器、PM2.5旋风切割器和PM1旋风切割器的底部均设置灰斗。

优选的，所述PM10级干燥洁净气流电离装置、PM2.5级干燥洁净气流电离装置和PM1级干燥洁净气流电离装置均采用电晕针尖端放电结构，电晕针尖端放置于出口中心，放电电压采用正5000 V。

优选的，所述PM10级荷电颗粒测量装置入口端的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置的出口端的出口通道，PM2.5级荷电颗粒测量装置入口端的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置出口端的出口通道，以及PM1级荷电颗粒测量装置入口端的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置出口端的出口通道均呈“渐缩扩喷嘴”结构形式。

优选的，所述PM10级荷电颗粒测量装置、PM2.5级荷电颗粒测量装置和PM1级荷电颗粒测量装置的内部腔体均采用离子阱结构，并设置有电子测量仪，电子测量仪的电流测量精度为0.1 fA，电子测量仪均与数据处理器通信相连。

优选的，所述PM10级加热保温装置、PM10级荷电器加热保温装置、PM2.5级加热保温装置、PM2.5级荷电器加热保温装置、PM1级加热保温装置、PM1级荷电器加热保温装置、压缩空气缓冲加热及处理装置、PM10级静电中和及加热保温装置、PM2.5级静电中和及加热保温装置和颗粒物过滤及加热保温装置的加热温度均控制在130±10℃。

优选的，所述压缩空气缓冲加热及处理装置采用压缩空气干燥洁净和加热保温一体化结构。

优选的，所述PM10级静电中和及加热保温装置和PM2.5级静电中和及加热保温装置均采用高效静电中和和加热保温一体化结构。

优选的，所述颗粒物过滤及加热保温装置采用高效颗粒物过滤膜和加热保温一体化结构。

为解决上述技术问题，本发明还提供了另一技术方案：一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统的采样测量方法，步骤如下：

第一步：将等速采样喷嘴放置于采样烟道内，使等速采样喷嘴入口正对烟气流向，采样喷嘴等速率控制在90%～130%；

第二步：采样烟气进入PM10旋风切割器后，空气动力学粒径大于10微米的可捕集颗粒物被分离进入PM10旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置入口端的入口通道处；

第三步：空气压缩机给出的压缩空气依次通过压缩空气控制阀及压缩空气缓冲加热及处理装置然后分成三路，分别为PM10级干燥洁净气流、PM2.5级干燥洁净气流和PM1级干燥洁净气流；PM10级干燥洁净气流通过PM10级干燥洁净气流控制阀和PM10级干燥洁净气流流量计进入PM10级干燥洁净气流电离装置中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM10级干燥洁净气流电离装置的出口喷嘴进入PM10级荷电颗粒测量装置中；由于PM10级荷电颗粒测量装置的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM10级荷电颗粒测量装置的入口端压力低于PM10旋风切割器采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置入口端的入口通道内，与PM10级干燥洁净气流电离装置出口通道的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM10级荷电颗粒测量装置，干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM10级荷电颗粒测量装置内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM10级荷电颗粒测量装置内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第四步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM10级荷电颗粒测量装置出口端进入PM10级静电中和及加热保温装置中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM2.5旋风切割器；

第五步：空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物被分离进入PM2.5旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置入口端的入口通道处；

第六步：PM2.5级干燥洁净气流依次通过PM2.5级干燥洁净气流控制阀和PM2.5级干燥洁净气流流量计进入PM2.5级干燥洁净气流电离装置内，被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM2.5级干燥洁净气流电离装置的出口喷嘴进入PM2.5级荷电颗粒测量装置；由于PM2.5级荷电颗粒测量装置的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM2.5级荷电颗粒测量装置的入口通道处压力低于PM2.5旋风切割器采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置入口通道内，与PM2.5级干燥洁净气流电离装置出口端的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM2.5级荷电颗粒测量装置，干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM2.5级荷电颗粒测量装置内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM2.5级荷电颗粒测量装置内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第七步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM2.5级荷电颗粒测量装置出口进入PM2.5级静电中和及加热保温装置中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM1旋风切割器中；

第八步：空气动力学粒径大于1微米的可捕集颗粒物被分离进入PM1旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置入口端；PM1级干燥洁净气流依次通过PM1级干燥洁净气流控制阀和PM1级干燥洁净气流流量计进入PM1级干燥洁净气流电离装置中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM1级干燥洁净气流电离装置的出口喷嘴进入PM1级荷电颗粒测量装置中；由于PM1级荷电颗粒测量装置的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM1级荷电颗粒测量装置的入口通道处的压力低于PM1旋风切割器采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置入口通道处，与PM1级干燥洁净气流电离装置出口通道处的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM1级荷电颗粒测量装置，干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM1级荷电颗粒测量装置内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM1级荷电颗粒测量装置内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第九步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM1级荷电颗粒测量装置出口进入颗粒物过滤及加热保温装置中，荷电颗粒物在“静电增强过滤”作用下被高效过滤捕集；颗粒物过滤及加热保温装置过滤后的烟气通过采样泵排出。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

（1）在PM10旋风切割器、PM2.5旋风切割器和PM1旋风切割器串联实现颗粒物粒径切割分级的基础上，联合高温伴热、稀释电离颗粒荷电装置和高效颗粒物过滤装置，可实现可捕集颗粒物的在线分级采样测量，更准确反映烟气的颗粒物排放特性；

（2）设置的PM10级加热保温装置、PM10级荷电器加热保温装置、PM2.5级加热保温装置、PM2.5级荷电器加热保温装置、PM1级加热保温装置、PM1级荷电器加热保温装置、压缩空气缓冲加热及处理装置、PM10级静电中和及加热保温装置、PM2.5级静电中和及加热保温装置和颗粒物过滤及加热保温装置，实现系统采样测量全程高温伴热，使颗粒物的粒径分级和在线测量不受水汽影响，更避免了管路的堵塞；

（3）干燥洁净气流电离装置对高速干燥洁净气流进行电晕电离，一方面可以在荷电颗粒测量装置入口对旋风切割器出口的采样烟气进行颗粒荷电，另一方面干燥洁净空气可以形成鞘气流持续冲刷荷电颗粒测量装置内部腔壁，保持腔壁干净；

（4）干燥洁净气流电离装置的出口通道和荷电颗粒测量装置的入口通道构成“渐缩扩喷嘴”形式，一方面利用“文丘里效应”促进采样烟气进入荷电颗粒测量装置入口，另一方面减少泵入系统对荷电颗粒通过荷电颗粒测量装置内部离子阱的干扰；

（5）荷电颗粒测量装置和数据处理器联合，可以在线测量显示颗粒物的采样浓度，及时反馈采样偏差进行即时调整，极大地减轻了采样检测工作的负荷，在当前燃煤机组负荷不稳定的情况下，更好地把握采样检测的时机，使得采样检测结果能准确反映实际情况；

（6）PM10级荷电颗粒测量装置出口连接PM10级静电中和及加热保温装置，PM2.5级荷电颗粒测量装置出口连接PM2.5级静电中和及加热保温装置，使荷电颗粒表面的电荷中和，避免对PM2.5旋风切割器和PM1旋风切割器的粒径切割的影响；

（7）PM1级荷电颗粒测量装置与颗粒物过滤及加热保温装置相连，一方面可以通过“静电增强过滤”作用使颗粒物被高效过滤捕集，另一方面采集的样品可以开展更进一步的检测分析；

（8）该可捕集颗粒物在线分级采样测量系统通过空气动力学粒径切割、颗粒荷电和高效过滤，实现可捕集颗粒物的在线分级采样测量，该装置有效实现颗粒粒径分级、高温伴热、稀释电离、颗粒荷电和高效过滤，实现快速实时采样测量，颗粒物采样测量反馈及时，此外，通过高温伴热使颗粒物的粒径分级和在线测量不受水汽影响，更避免了管路的堵塞，适用于低浓度下可捕集颗粒物的在线分级采样测量，测量结果准确，系统稳定运行时间较长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图。

附图标记说明：等速采样喷嘴1；PM10旋风切割器2；PM10级加热保温装置3；空气压缩机4；压缩空气控制阀5；压缩空气缓冲加热及处理装置6；PM10级干燥洁净气流控制阀7；PM2.5级干燥洁净气流控制阀8；PM1级干燥洁净气流控制阀9；PM1级干燥洁净气流流量计10；PM2.5级干燥洁净气流流量计11；PM10级干燥洁净气流流量计12；PM10级干燥洁净气流电离装置13；PM10级荷电颗粒测量装置14；PM10级荷电器加热保温装置15；PM10级静电中和及加热保温装置16；PM2.5旋风切割器17；PM2.5级加热保温装置18；PM2.5级干燥洁净气流电离装置19；PM2.5级荷电颗粒测量装置20；PM2.5级荷电器加热保温装置21；PM2.5级静电中和及加热保温装置22；PM1旋风切割器23；PM1级加热保温装置24；PM1级干燥洁净气流电离装置25；PM1级荷电颗粒测量装置26；PM1级荷电器加热保温装置27；数据处理器28；颗粒物过滤及加热保温装置29；烟气流量计30；烟气气流控制阀31；采样泵32。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，本实施例为一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，包括等速采样喷嘴1、PM10旋风切割器2、PM2.5旋风切割器17、PM1旋风切割器23、PM10级干燥洁净气流电离装置13、PM10级荷电颗粒测量装置14、PM10级静电中和及加热保温装置16、PM2.5级干燥洁净气流电离装置19、PM2.5级荷电颗粒测量装置20、PM2.5级静电中和及加热保温装置22、PM1级干燥洁净气流电离装置25、PM1级荷电颗粒测量装置26、颗粒物过滤及加热保温装置29、采样泵32、空气压缩机4、压缩空气缓冲加热及处理装置6、数据处理器28、PM10级加热保温装置3、PM10级荷电器加热保温装置15、PM2.5级加热保温装置18、PM2.5级荷电器加热保温装置21、PM1级加热保温装置24和PM1级荷电器加热保温装置27。

本实施例中，PM10旋风切割器2、PM2.5旋风切割器17和PM1旋风切割器23的底部均设置灰斗。PM10旋风切割器2、PM2.5旋风切割器17和PM1旋风切割器23依次串联实现颗粒物粒径切割分级。

本实施例中，等速采样喷嘴1连接PM10旋风切割器2的进气端，PM10级干燥洁净气流电离装置13的出口端与PM10级荷电颗粒测量装置14的入口端连接，PM10旋风切割器2的出气端连接PM10级干燥洁净气流电离装置13与PM10级荷电颗粒测量装置14的连接交汇处；PM10级荷电颗粒测量装置14的出口端连接PM10级静电中和及加热保温装置16的进气端，PM10级静电中和及加热保温装置16的出气端连接PM2.5旋风切割器17的进气端。

本实施例中，PM2.5级干燥洁净气流电离装置19的出口端与PM2.5级荷电颗粒测量装置20的入口端连接，PM2.5旋风切割器17的出气端连接PM2.5级干燥洁净气流电离装置19与PM2.5级荷电颗粒测量装置20的连接交汇处；PM2.5级荷电颗粒测量装置20的出口端连接PM2.5级静电中和及加热保温装置22的进气端，PM2.5级静电中和及加热保温装置22的出气端连接PM1旋风切割器23的进气端。

本实施例中，PM1级干燥洁净气流电离装置25的出口端与PM1级荷电颗粒测量装置26的入口端连接，PM1旋风切割器23的出气端连接PM1级干燥洁净气流电离装置25与PM1级荷电颗粒测量装置26的连接交汇处；PM1级荷电颗粒测量装置26的出口端连接颗粒物过滤及加热保温装置29的进气端，颗粒物过滤及加热保温装置29的出气端通过管路连接采样泵32，并在该管路上按照气流方向依次安装有烟气流量计30和烟气气流控制阀31。

本实施例中，空气压缩机4通过管路连接压缩空气缓冲加热及处理装置6的进气口，并在该管路上安装压缩空气控制阀5；压缩空气缓冲加热及处理装置6的出气口分支为三路：PM10级干燥洁净气流路、PM2.5级干燥洁净气流路和PM1级干燥洁净气流路。

本实施例中，PM10级干燥洁净气流路通向PM10级干燥洁净气流电离装置13的入口端，并且在PM10级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM10级干燥洁净气流控制阀7和PM10级干燥洁净气流流量计12。

本实施例中，PM2.5级干燥洁净气流路通向PM2.5级干燥洁净气流电离装置19的入口端，并且在PM2.5级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM2.5级干燥洁净气流控制阀8和PM2.5级干燥洁净气流流量计11。

本实施例中，PM1级干燥洁净气流路通向PM1级干燥洁净气流电离装置25的入口端，并且在PM1级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM1级干燥洁净气流控制阀9和PM1级干燥洁净气流流量计10。

本实施例中，PM10级荷电颗粒测量装置14、PM2.5级荷电颗粒测量装置20和PM1级荷电颗粒测量装置26的内部腔体均采用离子阱结构，并设置有电子测量仪，电子测量仪的电流测量精度为0.1 fA，电子测量仪均与数据处理器28通信相连。至于离子阱结构和电子测量仪的具体结构参考现有技术。

本实施例中，PM10级干燥洁净气流电离装置13、PM2.5级干燥洁净气流电离装置19和PM1级干燥洁净气流电离装置25均采用电晕针尖端放电结构，电晕针尖端放置于出口中心，放电电压采用正5000 V。

本实施例中，PM10级荷电颗粒测量装置14入口端的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置13的出口端的出口通道，PM2.5级荷电颗粒测量装置20入口端的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置19出口端的出口通道，以及PM1级荷电颗粒测量装置26入口端的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置25出口端的出口通道均呈“渐缩扩喷嘴”结构形式，“渐缩扩喷嘴”结构形式的作用是利用“文丘里效应”促进采样烟气进入荷电颗粒测量装置入口。

本实施例中，PM10级加热保温装置3用于对PM10旋风切割器2进行加热保温；PM10级荷电器加热保温装置15用于对PM10级干燥洁净气流电离装置13和PM10级荷电颗粒测量装置14进行加热保温；PM2.5级加热保温装置18用于对PM2.5旋风切割器17进行加热保温；PM2.5级荷电器加热保温装置21用于对PM2.5级干燥洁净气流电离装置19和PM2.5级荷电颗粒测量装置20进行加热保温；PM1级加热保温装置24用于对PM1旋风切割器23进行加热保温；PM1级荷电器加热保温装置27用于对PM1级干燥洁净气流电离装置25和PM1级荷电颗粒测量装置26进行加热保温。

本实施例中，PM10级加热保温装置3、PM10级荷电器加热保温装置15、PM2.5级加热保温装置18、PM2.5级荷电器加热保温装置21、PM1级加热保温装置24、PM1级荷电器加热保温装置27、压缩空气缓冲加热及处理装置6、PM10级静电中和及加热保温装置16、PM2.5级静电中和及加热保温装置22和颗粒物过滤及加热保温装置29的加热温度均控制在130±10℃，加热保温装置实现系统采样测量全程高温伴热，使颗粒物的粒径分级和在线测量不受水汽影响，更避免了管路的堵塞。

本实施例中，压缩空气缓冲加热及处理装置6采用压缩空气干燥洁净和加热保温一体化结构。PM10级静电中和及加热保温装置16和PM2.5级静电中和及加热保温装置22均采用高效静电中和和加热保温一体化结构。颗粒物过滤及加热保温装置29采用高效颗粒物过滤膜和加热保温一体化结构。至于具体的加热保温一体化结构可参考现有技术。

本实施例中，可捕集颗粒物在线分级采样测量系统的采样测量方法，步骤如下：

第一步：将等速采样喷嘴1放置于采样烟道内，使等速采样喷嘴1入口正对烟气流向，采样喷嘴等速率控制在90%～130%；

第二步：采样烟气进入PM10旋风切割器2后，空气动力学粒径大于10微米的可捕集颗粒物被分离进入PM10旋风切割器2的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置14入口端的入口通道处；

第三步：空气压缩机4给出的压缩空气依次通过压缩空气控制阀5及压缩空气缓冲加热及处理装置6然后分成三路，分别为PM10级干燥洁净气流、PM2.5级干燥洁净气流和PM1级干燥洁净气流；PM10级干燥洁净气流通过PM10级干燥洁净气流控制阀7和PM10级干燥洁净气流流量计12进入PM10级干燥洁净气流电离装置13中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM10级干燥洁净气流电离装置13的出口喷嘴进入PM10级荷电颗粒测量装置14中；由于PM10级荷电颗粒测量装置14的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置13的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM10级荷电颗粒测量装置14的入口端压力低于PM10旋风切割器2采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置14入口端的入口通道内，与PM10级干燥洁净气流电离装置13出口通道的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM10级荷电颗粒测量装置14，干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM10级荷电颗粒测量装置14内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM10级荷电颗粒测量装置14内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器28中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第四步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM10级荷电颗粒测量装置14出口端进入PM10级静电中和及加热保温装置16中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM2.5旋风切割器17；

第五步：空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物被分离进入PM2.5旋风切割器17的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置20入口端的入口通道处；

第六步：PM2.5级干燥洁净气流依次通过PM2.5级干燥洁净气流控制阀8和PM2.5级干燥洁净气流流量计11进入PM2.5级干燥洁净气流电离装置19内，被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM2.5级干燥洁净气流电离装置19的出口喷嘴进入PM2.5级荷电颗粒测量装置20；由于PM2.5级荷电颗粒测量装置20的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置19的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM2.5级荷电颗粒测量装置20的入口通道处压力低于PM2.5旋风切割器17采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置20入口通道内，与PM2.5级干燥洁净气流电离装置19出口端的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM2.5级荷电颗粒测量装置20，干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM2.5级荷电颗粒测量装置20内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM2.5级荷电颗粒测量装置20内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器28中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第七步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM2.5级荷电颗粒测量装置20出口进入PM2.5级静电中和及加热保温装置22中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM1旋风切割器23中；

第八步：空气动力学粒径大于1微米的可捕集颗粒物被分离进入PM1旋风切割器23的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置26入口端；PM1级干燥洁净气流依次通过PM1级干燥洁净气流控制阀9和PM1级干燥洁净气流流量计10进入PM1级干燥洁净气流电离装置25中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM1级干燥洁净气流电离装置25的出口喷嘴进入PM1级荷电颗粒测量装置26中；由于PM1级荷电颗粒测量装置26的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置25的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM1级荷电颗粒测量装置26的入口通道处的压力低于PM1旋风切割器23采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置26入口通道处，与PM1级干燥洁净气流电离装置25出口通道处的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM1级荷电颗粒测量装置26，干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM1级荷电颗粒测量装置26内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM1级荷电颗粒测量装置26内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器28中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第九步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM1级荷电颗粒测量装置26出口进入颗粒物过滤及加热保温装置29中，荷电颗粒物在“静电增强过滤”作用下被高效过滤捕集；颗粒物过滤及加热保温装置29过滤后的烟气通过采样泵32排出。

本实施例可捕集颗粒物在线分级采样测量系统通过空气动力学粒径切割、颗粒荷电和高效过滤，实现可捕集颗粒物的在线分级采样测量，该装置有效实现颗粒粒径分级、高温伴热、稀释电离、颗粒荷电和高效过滤，实现快速实时采样测量，颗粒物采样测量反馈及时，此外，通过高温伴热使颗粒物的粒径分级和在线测量不受水汽影响，更避免了管路的堵塞，适用于低浓度下可捕集颗粒物的在线分级采样测量，测量结果准确，系统稳定运行时间较长。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：包括等速采样喷嘴（1）、PM10旋风切割器（2）、PM2.5旋风切割器（17）、PM1旋风切割器（23）、PM10级干燥洁净气流电离装置（13）、PM10级荷电颗粒测量装置（14）、PM10级静电中和及加热保温装置（16）、PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）、PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）、PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）、PM1级干燥洁净气流电离装置（25）、PM1级荷电颗粒测量装置（26）、颗粒物过滤及加热保温装置（29）、采样泵（32）、空气压缩机（4）、压缩空气缓冲加热及处理装置（6）和数据处理器（28），以及

用于对PM10旋风切割器（2）进行加热保温的PM10级加热保温装置（3）；

用于对PM10级干燥洁净气流电离装置（13）和PM10级荷电颗粒测量装置（14）进行加热保温的PM10级荷电器加热保温装置（15）；

用于对PM2.5旋风切割器（17）进行加热保温的PM2.5级加热保温装置（18）；

用于对PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）和PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）进行加热保温的PM2.5级荷电器加热保温装置（21）；

用于对PM1旋风切割器（23）进行加热保温的PM1级加热保温装置（24）；

用于对PM1级干燥洁净气流电离装置（25）和PM1级荷电颗粒测量装置（26）进行加热保温的PM1级荷电器加热保温装置（27）；

所述等速采样喷嘴（1）连接PM10旋风切割器（2）的进气端，所述PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口端与PM10级荷电颗粒测量装置（14）的入口端连接，所述PM10旋风切割器（2）的出气端连接所述PM10级干燥洁净气流电离装置（13）与PM10级荷电颗粒测量装置（14）的连接交汇处；所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）的出口端连接PM10级静电中和及加热保温装置（16）的进气端，所述PM10级静电中和及加热保温装置（16）的出气端连接PM2.5旋风切割器（17）的进气端；

所述PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的出口端与PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的入口端连接，所述PM2.5旋风切割器（17）的出气端连接所述PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）与PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的连接交汇处；所述PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的出口端连接PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）的进气端，所述PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）的出气端连接PM1旋风切割器（23）的进气端；

所述PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的出口端与PM1级荷电颗粒测量装置（26）的入口端连接，所述PM1旋风切割器（23）的出气端连接所述PM1级干燥洁净气流电离装置（25）与PM1级荷电颗粒测量装置（26）的连接交汇处；所述PM1级荷电颗粒测量装置（26）的出口端连接颗粒物过滤及加热保温装置（29）的进气端，所述颗粒物过滤及加热保温装置（29）的出气端通过管路连接采样泵（32），并在该管路上按照气流方向依次安装有烟气流量计（30）和烟气气流控制阀（31）；

所述空气压缩机（4）通过管路连接压缩空气缓冲加热及处理装置（6）的进气口，并在该管路上安装压缩空气控制阀（5）；所述压缩空气缓冲加热及处理装置（6）的出气口分支为三路：PM10级干燥洁净气流路、PM2.5级干燥洁净气流路和PM1级干燥洁净气流路；

所述PM10级干燥洁净气流路通向PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的入口端，并且在PM10级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM10级干燥洁净气流控制阀（7）和PM10级干燥洁净气流流量计（12）；

所述PM2.5级干燥洁净气流路通向PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的入口端，并且在PM2.5级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM2.5级干燥洁净气流控制阀（8）和PM2.5级干燥洁净气流流量计（11）；

所述PM1级干燥洁净气流路通向PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的入口端，并且在PM1级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM1级干燥洁净气流控制阀（9）和PM1级干燥洁净气流流量计（10）；

所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）、PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）和PM1级荷电颗粒测量装置（26）均与数据处理器（28）通信连接。

2.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10旋风切割器（2）、PM2.5旋风切割器（17）和PM1旋风切割器（23）的底部均设置灰斗。

3.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级干燥洁净气流电离装置（13）、PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）和PM1级干燥洁净气流电离装置（25）均采用电晕针尖端放电结构，电晕针尖端放置于出口中心，放电电压采用正5000 V。

4.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）入口端的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口端的出口通道，PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）入口端的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）出口端的出口通道，以及PM1级荷电颗粒测量装置（26）入口端的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置（25）出口端的出口通道均呈“渐缩扩喷嘴”结构形式。

5.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）、PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）和PM1级荷电颗粒测量装置（26）的内部腔体均采用离子阱结构，并设置有电子测量仪，电子测量仪的电流测量精度为0.1fA，电子测量仪均与数据处理器（28）通信相连。

6.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级加热保温装置（3）、PM10级荷电器加热保温装置（15）、PM2.5级加热保温装置（18）、PM2.5级荷电器加热保温装置（21）、PM1级加热保温装置（24）、PM1级荷电器加热保温装置（27）、压缩空气缓冲加热及处理装置（6）、PM10级静电中和及加热保温装置（16）、PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）和颗粒物过滤及加热保温装置（29）的加热温度均控制在130±10℃。

7.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述压缩空气缓冲加热及处理装置（6）采用压缩空气干燥洁净和加热保温一体化结构。

8.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级静电中和及加热保温装置（16）和PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）均采用高效静电中和和加热保温一体化结构。

9.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述颗粒物过滤及加热保温装置（29）采用高效颗粒物过滤膜和加热保温一体化结构。

10.一种如权利要求1-9中任一权利要求所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统的采样测量方法，其特征在于：步骤如下：

第一步：将等速采样喷嘴（1）放置于采样烟道内，使等速采样喷嘴（1）入口正对烟气流向，采样喷嘴等速率控制在90%～130%；

第二步：采样烟气进入PM10旋风切割器（2）后，空气动力学粒径大于10微米的可捕集颗粒物被分离进入PM10旋风切割器（2）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置（14）入口端的入口通道处；

第三步：空气压缩机（4）给出的压缩空气依次通过压缩空气控制阀（5）及压缩空气缓冲加热及处理装置（6）然后分成三路，分别为PM10级干燥洁净气流、PM2.5级干燥洁净气流和PM1级干燥洁净气流；PM10级干燥洁净气流通过PM10级干燥洁净气流控制阀（7）和PM10级干燥洁净气流流量计（12）进入PM10级干燥洁净气流电离装置（13）中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口喷嘴进入PM10级荷电颗粒测量装置（14）中；由于PM10级荷电颗粒测量装置（14）的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM10级荷电颗粒测量装置（14）的入口端压力低于PM10旋风切割器（2）采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置（14）入口端的入口通道内，与PM10级干燥洁净气流电离装置（13）出口通道的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM10级荷电颗粒测量装置（14），干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM10级荷电颗粒测量装置（14）内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM10级荷电颗粒测量装置（14）内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器（28）中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第四步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM10级荷电颗粒测量装置（14）出口端进入PM10级静电中和及加热保温装置（16）中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM2.5旋风切割器（17）；

第五步：空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物被分离进入PM2.5旋风切割器（17）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）入口端的入口通道处；

第六步：PM2.5级干燥洁净气流依次通过PM2.5级干燥洁净气流控制阀（8）和PM2.5级干燥洁净气流流量计（11）进入PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）内，被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的出口喷嘴进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）；由于PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的入口通道处压力低于PM2.5旋风切割器（17）采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）入口通道内，与PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）出口端的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20），干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器（28）中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第七步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）出口进入PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM1旋风切割器（23）中；

第八步：空气动力学粒径大于1微米的可捕集颗粒物被分离进入PM1旋风切割器（23）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置（26）入口端；PM1级干燥洁净气流依次通过PM1级干燥洁净气流控制阀（9）和PM1级干燥洁净气流流量计（10）进入PM1级干燥洁净气流电离装置（25）中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的出口喷嘴进入PM1级荷电颗粒测量装置（26）中；由于PM1级荷电颗粒测量装置（26）的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM1级荷电颗粒测量装置（26）的入口通道处的压力低于PM1旋风切割器（23）采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置（26）入口通道处，与PM1级干燥洁净气流电离装置（25）出口通道处的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM1级荷电颗粒测量装置（26），干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM1级荷电颗粒测量装置（26）内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM1级荷电颗粒测量装置（26）内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器（28）中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；

第九步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM1级荷电颗粒测量装置（26）出口进入颗粒物过滤及加热保温装置（29）中，荷电颗粒物在“静电增强过滤”作用下被高效过滤捕集；颗粒物过滤及加热保温装置（29）过滤后的烟气通过采样泵（32）排出。