CN110998276B - 烟囱废气细粉连续自动测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对废气中含有的悬浮颗粒物进行取样的方法，涉及为了以废气排放源的流速相同的速度进行吸入，自动调整吸嘴的截面积，以与排放源的流速相同的速度吸入样品，从而去除因悬浮颗粒物的惯性力导致的检测误差，同时对于吸入气体流量，以16.67l/min的定速，向粒径分离装置(串级冲击式取样器：cascade impactor)流入悬浮颗粒物，连续分离出悬浮微粒小于10μm(PM10)和悬浮微粒小于2.5μm(PM2.5)，进行自动检测的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置和结合其的废气粉尘连续自动检测系统。根据本发明，具有对于废气中的悬浮颗粒物同时满足取样装置和分离装置的相冲突的条件，从而能够极大减小检测误差来对悬浮颗粒物进行取样以及连续自动检测的优点。

Description

烟囱废气细粉连续自动测量装置
技术领域
本发明涉及一种在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置，涉及一种在样品取样管的前端设置基于废气流速的吸嘴截面积比例控制调整装置以检测废气流速来保持与检测的流速等速的吸入的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置。
背景技术
目前为止，一直在检测总悬浮颗粒物(Total suspended Particles)，然而随着对粉尘的重要性变大，需要将其分离成PM10nm以下进行连续检测，该重要性备受瞩目。
通常，大气或者室内环境的粉尘检测被标准化(美国为EPA认证，欧洲为EN12341)，被分离成PM10nm以下进行连续检测，然而对于烟囱中排放的废气(stack gas)的粉尘检测，则在取样步骤和分离步骤中相互矛盾而制约条件相互发生冲突，因此，无法进行将检测误差最小化的精密的连续检测。
一方面，制约连续检测的不同的制约条件为如下。
第一，在取样步骤中，如图5所示，当为对悬浮颗粒物进行取样时，如果取样流速与排放源的流速不同，则因惯性力而产生误差。
作为将该误差最小化的方法，有等速取样(Isokinetic Sampling)。现有的等速取样采用如下方式，即计算出作为主要排放源的烟囱(STACK)的设计容量后，在现有的由5个或者6个构成的多个喷嘴口径中选择一个最符合烟囱排放容量的喷嘴口径，然后手动插入设置到检测管上。
在使用固定的喷嘴口径进行取样的途中，作为排放源的烟囱的废气流速肯定会随时发生变化，因此，根据原则，需要替换符合该变化的流速的喷嘴口径，然而，由于已经固定的喷嘴无法进行替换，因此，通过抽泵改变吸入速度来减小检测的误差。具体的方法为，在满足以与排放源流速相同的流速通过吸嘴的等速吸入流量(容许范围95％-110％)条件的范围内，需要改变取样流速。
第二，在分离步骤中，作为细微分离装置的串级冲击式取样器(cascadeimpactor)(以下用撞击器(IMPACTOR)表示)的通过流量，需要以每分钟16.67l的等速进行通过才能分离出颗粒，从而能够在后端进行取样或者连续检测。
整理的话，如果想要通过固定的喷嘴面积，对悬浮颗粒物没有检测误差地进行取样，则需要与每次变化的废气流速成比例地进行取样“改变”，然而，为了将取样的悬浮颗粒物连续分离成PM10(悬浮微粒小于10μm)和PM2.5(悬浮微粒小于2.5μm)来进行自动检测，需要将悬浮颗粒物以16.67l/min的“定速”流入到颗粒分离装置中，因此，相互矛盾而难以检测。
为了满足所述不同的两个条件，最基本地，定义为Q(流量)＝A(截面积)*V(流速)*K(补偿系数)，现有技术中是将A(吸嘴的截面积)作为固定定数，补偿系数K为相同的检测条件(温度、压力)，因此，通过改变V(瞬间流速)来计算出Q(瞬间流量)流量，从而调整设置在抽泵前端的调整阀来引导等速吸入，然而，本发明利用所述流量检测公式，第一，Q(瞬间流量)是将作为撞击器的要求流量的16.67l/min设为定数，从而设定为定速吸入，第二，对于排放源等速吸入流量，由于作为排放源流速的V随着工序负荷而发生变动，因此，将由流速检测器检测的流速代入到上述公式中，就可以容易求取作为变量要求的喷嘴的截面积A。
针对此，在等速吸入流量允许误差范围的95％-110％范围内，利用喷嘴截面积自动调整器调整A(喷嘴的截面积)，此时，可以满足两个不同的要求事项，因此，可以成为对废气中的粉尘浓度可以进行自动取样以及连续检测的新方法。(其中，作为计算出等速吸入流量计算式的方法，使用现有方式的皮托管和差压计以及干式气体表时，需要考虑温度、压力、差压、定压、气体表的表压等多个变量进行计算，然而在热式质量流量计中，与温度压力无关，在流量值上仅补偿气体密度就能检测出精密的流体流速以及流量。)
在用于对所述废气中含有的物质进行取样的装置中，作为一实施例，公开有以下专利文献1的“废气中含有的悬浮颗粒物的取样装置(大韩民国授权专利公报第10-1250249号)”。
发明内容
本发明是为了解决所述课题而提出的，其目的在于，在现有检测中的总粉尘检测中，通过皮托管(302)和差压计(305)检测流速，并通过设置在抽泵(309)前端的流量调整阀(308)调整基于单一规格喷嘴(301)口径的等速吸入流量，从而通过干式气体表(311)累积计算来进行检测，然而，为了检测通过相同的工序有着联系的粉尘，还需要满足作为粉尘分离装置的撞击器(IMPACTOR)的定速吸入流量，因此，作为用于满足所述两个条件的方法，提供一种设置吸嘴口径自动调整装置(102)，能够同时满足等速吸入流量和定速吸入流量的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置。
另外，提供一种在为了符合撞击器(201)、(202)中要求的16.67l/min的定速吸入流量，在已经使用吸入装置内的流量调整阀(207)的状态下，为了符合废气的等速吸入流量，只有对吸嘴口径的截面积使用变量，才能满足顺利的等速吸入的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置。
另外，提供一种当吸嘴口径超过公害对策基本法中要求的等速吸入允许误差95％-110％范围时，即刻进入到喷嘴变更模式，替换成经计算的喷嘴，或者启动喷嘴面积自动调整装置，计算吸入时要求的喷嘴面积后，即刻按比例控制调整的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置。
另外，提供一种为了保持与排放源的流速相同的速度，自动调整喷嘴的截面积，实现等速取样的同时，无需改变取样流速，将串级冲击式取样器的吸入气体流量满足16.67l/min的定速条件，从而使检测误差最小化的精密的废气粉尘连续自动检测系统。
为了解决如上所述问题，根据本发明的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置，其在样品取样管的前端设置基于废气流速的吸嘴截面积比例控制调整装置以检测废气流速来保持与检测的流速相同的等速吸入。
另外，为了满足在流速检测器(109)中检测并计算的废气等速吸入流量(210)和粒径分离装置(201)所要求的定速吸入流量，而设置特定的数学式中要求的喷嘴截面积，为此包括定位滑动杆(105)、定位调整装置(106)以及喷嘴截面积调整用按钮(102)，作为在定速条件下调整等速吸入流量的手段，改变喷嘴口径。
另外，作为用于等速吸入的手段，在样品取样部设置规格相互不同的多个吸嘴，自动选择根据流速计算的喷嘴，根据流速自动改变吸嘴的口径，从而吸入等速吸入流量。
另外，对于排放源流速、流量和样品自动吸入装置的流速、流量计，在相同的检测方法的热式质量流量计(Thermal mass flowmeter)中选择边界层(boundary-layer)方式作为109、208，从而即便在温度、压力或者组成变化的情况下也没有检测误差地检测流量。
如上所述，根据本发明具有如下优点，即结合大气污染公害对策基本法中规定的排放源总粉尘自动检测方式和大气污染粉尘自动检测法，不同地适用流量调整方法，从而能够自动检测排放源的粉尘浓度，由此将排放源的粉尘浓度管理和数据累积、工序相联系，有效减少粉尘。
附图说明
图1是现有废气样品取样装置的概略示意图；
图2是根据本发明的优选实施例的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置的结构示意图；
图3是包括根据本发明的优选实施例的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置的废气粉尘连续自动检测系统的结构示意图；
图4是根据本发明的优选实施例的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置的结构中吸嘴变更装置的概略示意图；
图5是现有具有可替换尖头的喷嘴的状态示意图。
具体实施方式
以下，参考附图详细说明根据本发明的一实施例的在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置。首先，在附图中，对于相同的构成要素或者部件应留意尽可能使用相同的附图标记。在说明本发明之际，为了不混淆本发明的要旨，省略与相关公知功能或者构成有关的具体说明。
如图2所示，在样品取样管(以下，用探头(Probe)表示)的前端设置流速传感器103、吸嘴101、吸嘴截面积调整按钮102以及按钮稳定用弹簧107而直接露出于烟囱排放源，探头内部被构成为加热耐酸性材质的样品取样管104。
一方面，优选为，探头后端由热式质量流量计109和吸入气体定温装置110构成，结合有按钮调整用滑动杆105和定位装置106。
一方面，根据本发明的样品取样装置其核心在于，保持撞击器201、202所要求的定速吸入条件的同时，将废弃吸入速度控制为等速，作为用于满足所述两个要求条件的手段，将定速吸入流量(16.67l/min)设为定数，接收在热式质量流量计109中检测的流速信号发出指示并在控制部210计算等速吸入流量之后，计算出作为变量的吸嘴截面积，由此，将吸嘴101的截面积利用调整用按钮102左右水平移动的同时，准确地调整吸入面积，从而能够与等速吸入进行配合。
在此过程中，按钮位置调整是由与按钮连接的定位滑动杆105和定位装置106构成，通过精密地调整在控制部210计算并指示的值来完成。(等速吸入流量的重要性在于，在从排放源吸入样品气体的过程中，当吸入流速大于排放流速时，以周围的轻颗粒为中心进行吸入，而大颗粒因惯性而不被吸入，因此检测为比实际浓度低的值，与此相反地，如果吸入晚的话，则检测的检测值较高。因此，为了与排放源浓度均等的检测，在公害对策基本法中，将排放流速和喷嘴吸入速度规定为95％-110％范围。)
图2是包括根据本发明的样品取样以及自动吸入装置的系统的结构示意图，从样品取样装置流入的样品气体首先通过PM10撞击器201之后，通过PM2.5撞击器202。(颗粒分离装置利用颗粒的惯性冲突法则，当急速改变流体流动方向时，大颗粒因重力和惯性力而具有直行的性质，与捕集板发生冲突而被捕集，轻颗粒则与流体一起被排放，由于利用该原理，因此，对流体的引入速度和装置的结构以及大小的设计极其重要。)
进行样品取样工序，即含有在撞击器分离的粉尘的样品气体，在样品捕集过滤器203中被标准滤纸捕集后，通过重量检测法检测总吸入流量和粉尘重量差，从而求粉尘浓度。
一方面，优选为，本发明不仅是基于重量法的样品取样，而且还取出捕集过滤口203，用直线管代替后，引导至连续自动检测装置。
(烟囱排放源排放由多种粒径构成的粉尘。其中，大部分的70μm以上的大颗粒因颗粒自重而自然落到不远的地方，然而其以下的微细颗粒则悬浮在空中，导致多种问题。其中，PM2.5以下的粉尘容易与其他化合物发生反应，引起二次污染，另外，通过人类的肺囊，对人类健康产生严重影响，因此需要进行管理。)
一方面，通过撞击器的样品气体通过设置有粉尘检测传感器204的粒子线粉尘检测器，自动检测粉尘浓度，然后将数据传送到平板电脑中。
此时，为了调整撞击器201、202的定速吸入流量，针对吸泵209吸入的样品气体，热式质量流量计208检测流量，然后向指示控制装置210传送瞬间流量信号，此时，配合调整流量调整阀207，控制为以每分钟16.67l的定速吸入。
一方面，图1是现有的烟囱气体样品取样装置的结构示意图，在样品取样管的前端形成有吸嘴301、皮托管302以及温度检测传感器303，在检测粉尘(TSP总悬浮颗粒物)时，选定合适的吸嘴，并固定安装，检测皮托管和废气温度304，代入由差压计305检测的值，检测烟囱流速，并代入选定(4、6、8、10、12Φ中)的喷嘴和流速，计算出等速吸入流量，此时，接收由干式气体表311输入的流量信号，调整设置在抽泵309前端的流量调整阀308以等速吸入。
此时，构成为如下结构，即由于针对粉尘是检测总悬浮颗粒物TSP，因此，中间安装样品取样过滤器306，通过抽泵前端的阀门调整算出的等速吸入量，从而进行检测。
即，现有技术和本发明的区别在于，本发明通过设置在抽泵前端的流量调整阀207以定速(16.67l/min)进行吸入，同时，作为等速吸入的手段，使用改变吸嘴截面积的方法，而现有的粉尘(总粉尘)检测方法是通过调整阀308调整算出的吸入流量进行吸入。
一方面，本发明不仅是基于重量法的样品取样，而且还取出捕集过滤口203，用直线管代替后，引导至连续自动检测装置。
通过撞击器的样品气体通过设置有粉尘检测传感器204的粒子线粉尘检测器，自动检测粉尘浓度，然后将数据传送到平板电脑中。
其中，为了调整细微颗粒分离装置201、202的定速吸入流量，针对吸泵209吸入的样品气体，通过热式质量流量计208检测流量，然后向指示控制装置210传送瞬间流量信号，此时，配合调整流量调整阀207，控制为以每分钟16.67l的定速吸入。
在附图和说明书中公开了最佳实施例。其中，使用了特定的术语，然而其仅是为了说明本发明而使用，并不用于含义限定或者限定专利权利要求范围中记载的本发明的范围。因此，只要是本领域技术人员应理解可以由此进行多种变形以及均等的其他实施例。本发明的真正的技术保护范围应有所附的专利权利要求范围的技术思想而定。

Claims (1)

1.一种在吸嘴设置有截面积调整装置的废气连续等速取样装置，其特征在于，
包括：
配置为在烟囱内吸取烟囱气体的吸嘴；
设置在所述吸嘴外侧和前端的吸嘴截面积控制旋钮；
设置在所述烟囱外部的粒径分离装置，其配置为从被所述吸嘴吸入的所述烟囱气体中分离和取样细粉尘；以及设置在所述烟囱外部的旋钮位置控制装置，其配置为控制设置在所述吸嘴前端的吸嘴截面积控制旋钮的位置；
其中，当从烟囱气体流动方向观察时，所述吸嘴前端的开口呈椭圆形跑道形状，并且所述吸嘴截面积控制旋钮设置在所述吸嘴的前端；
当从所述烟囱气体流动方向观察时，所述吸嘴截面积控制旋钮在一端具有朝向其中心向内形成的半圆形状；
所述旋钮位置控制装置通过控制所述吸嘴截面积控制旋钮的位置以选择性地覆盖所述开口的一部分，并通过位置控制滑杆调整烟囱气体流过的所述开口的截面积，从而保持与所述烟囱内的所述烟囱气体的流速等效的吸力，同时实施所述粒径分离装置所需的恒定吸力。
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