CN112781939A - 适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，包括：烟囱系统；烟气生成系统，用于生成与实际燃煤烟气一致的烟气，其与烟囱系统的入口连接；可凝结颗粒物发生器，用于形成可凝结颗粒物，其入口与烟囱系统的出口端连接，还与外界连通，以便外界空气进入可凝结颗粒物发生器；可凝结颗粒物发生器还设有用于颗粒物样品采集的采样孔；控制系统，与烟气生成系统和可凝结颗粒物发生器通信连接，控制系统用于调节烟气生成系统的控制参数，以生成不同的烟气，还用于调节可凝结颗粒物发生器的控制参数，以模拟不同的环境条件。该发生系统为可以模拟FPM和CPM同时产生的系统，可以模拟燃煤烟气排入大气后CPM的形成过程，给CPM测试方法的研究提供了条件。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤烟气技术领域，特别是涉及一种适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统。
背景技术
固定污染源排放的颗粒物分为可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物(CPM)，两者之和为固定污染源向环境空气中排放的总颗粒物(TPM)。
现有排放标准规定的烟尘排放限值仅针对FPM，CPM被忽略了，但根据相关资料显示，燃煤烟气的CPM排放占总PM10排放的76％，占TPM排放的49％，有些甚至是FPM排放的2倍以上，可见，CPM排放对固定污染源颗粒物排放的贡献率较大，CPM是不可忽略的固定污染源颗粒状污染物。
近年来，已有一些科研院所和环境监测中心对CPM的测试方法、污染源的排放特征及转化特性等做研究，但是这些研究尚处于起步阶段，均无法模拟烟气排入大气后可凝结颗粒物的形成过程，也无法获知排入大气后受环境影响而产生的形态变化。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，该发生系统为可以模拟FPM和CPM同时产生的系统，可以模拟燃煤烟气排入大气后CPM的形成过程，给CPM测试方法的研究提供条件，同时也能够准确测试一次颗粒物中FPM和CPM的浓度。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，包括：
烟囱系统；
烟气生成系统，用于生成与实际燃煤烟气一致的烟气；所述烟气生成系统与所述烟囱系统的入口连接，以将生成的烟气送入所述烟囱系统内；
可凝结颗粒物发生器，用于形成可凝结颗粒物；所述可凝结颗粒物发生器的入口与所述烟囱系统的出口端连接，还与外界连通，以便外界空气进入所述可凝结颗粒物发生器；
控制系统，与所述烟气生成系统和所述可凝结颗粒物发生器通信连接，所述控制系统用于调节所述烟气生成系统的控制参数，以生成不同的烟气，还用于调节所述可凝结颗粒物发生器的控制参数，以模拟不同的环境条件。
本发明提供的发生系统，通过烟气生成系统生成燃煤烟气，并将燃煤烟气送至烟囱系统中，通过烟囱系统再送入可凝结颗粒物发生器，可凝结颗粒物发生器与外界连通，通过控制系统调节烟气生成系统的控制参数以生成不同的烟气，通过控制系统对可凝结颗粒物发生器的控制参数的调节，可以模拟不同的环境条件，这样，通过该发生系统能够对烟气排入大气后的迁移特性进行分析，能够模拟烟气经烟囱系统排入大气后可凝结颗粒物的形成过程，给可凝结颗粒物测试方法的研究提供了条件，采样后还能够准确测试一次颗粒物中可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的浓度。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟气生成系统包括烟气管路、第一风机和烟气成分发生器；所述烟气管路的入口端与所述第一风机和所述烟气成分发生器连接，出口端与所述烟囱系统的入口连接，所述第一风机与所述控制系统通信连接，所述第一风机用于调节进入所述烟囱系统的风量；所述烟气成分发生器用于提供待测试的燃煤烟气中的气体成分。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的NH3气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的NO气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的SO2气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的HF气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的HCI气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的SO3气源。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述SO3气源具体为SO3反应炉，所述SO3反应炉用于生成SO3气体，所述SO3反应炉包括SO2标准气源、抽气泵、空气源和反应罐，所述抽气泵用于将来自所述空气源的空气和来自所述SO2标准气源的SO2气体抽送至所述反应罐，所述反应罐将所述SO2气体催化氧化以生成SO3气体，所述反应罐的出气端与所述烟气管路连接。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述气源与所述烟气管路连接的管路上设有调节阀和质量流量控制器，所述调节阀和所述质量流量控制器均与所述控制系统通信连接。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟气生成系统还包括位于所述第一风机上游的第一集流器，所述第一集流器和所述第一风机之间设有空气过滤器，沿所述第一集流管至所述第一风机的方向，所述第一集流器的直径逐渐减小。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟气生成系统还包括与所述烟气管路连接的气溶胶发生器，所述气溶胶发生器用于使粉尘以气溶胶的形式进入所述烟气管路；
和/或，所述烟气生成系统还包括与所述烟气管路连接的蒸汽发生器，用于调节所述烟囱系统内烟气的含湿量；所述蒸汽发生器与所述烟气管路连接的管路上设有调节阀和湿式流量计，所述调节阀和所述湿式流量计均与所述控制系统通信连接；
和/或，所述烟气生成系统还包括与所述烟气管路连接的电加热器，所述电加热器与所述控制系统通信连接。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟囱系统包括烟囱本体和位于所述烟囱本体的底部入口端的烟囱内管，所述烟囱内管的顶端密封，且其上端的周壁设有多个与所述烟囱本体连通的排气孔；所述烟气生成系统的烟气管路具体与所述烟囱内管的底部入口连接，以使烟气通过所述烟囱内管的所述排气孔进入所述烟囱本体。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟囱内管的顶端还设有帽盖，所述帽盖的帽檐直径大于所述烟囱内管的外径。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟囱本体上还开设有采样口，所述采样口与所述烟囱内管的出口端之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的6倍，所述采样口与所述烟囱本体的出口端之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的3倍。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，还包括设于所述烟囱本体内的喷淋装置，所述喷淋装置位于所述采样口的下方，所述采样口还与所述喷淋装置之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的6倍，所述控制系统还与所述喷淋装置通信连接；
和/或，还包括设于所述烟囱系统的再热器，所述再热器用于提高所述烟囱系统内流动的烟气的温度，所述采样口还与所述再热器之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的6倍，所述控制系统还与所述再热器通信连接。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟囱本体的底部还设有排水口。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述烟囱系统上设有与所述控制系统通信连接的差压流量计、温度计和湿度计。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，还包括设于环境气体发生器，靠近所述可凝结颗粒物发生器的入口端设置，所述环境气体发生器用于生成环境空气中对可凝结颗粒物形成具有贡献作用的气体成分。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述具有贡献作用的气体成分包括臭氧或无机盐气溶胶。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述可凝结颗粒物发生器包括混合罐和采样管，所述烟囱系统的出口端与所述混合罐的入口端连接，所述混合罐的出口端与所述采样管的入口端连接，所述采样管的直径小于所述混合罐的直径；所述采样管的出口端通过管路连接有第二风机，所述第二风机与所述控制系统通信连接，所述第二风机用于将外界空气和所述烟囱系统内的烟气抽吸至所述混合罐内，以在所述混合罐内形成可凝结颗粒物；所述采样管上设有采样孔。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述可凝结颗粒物发生器还包括设于所述混合罐和所述烟囱系统之间的第二集流器，沿所述烟囱系统至所述混合罐的方向，所述第二集流器的直径逐渐减小；所述第二集流器的入口端与外界连通。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述混合罐的出口端通过变径管与所述采样管连接，沿所述混合罐至所述采样管的方向，所述变径管的直径逐渐减小。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述采样管上设有与所述控制系统通信连接的差压流量计、温度计和湿度计。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述可凝结颗粒物发生器还包括位于所述第二风机下游的回收装置，所述回收装置用于吸收烟气中的粉尘以及有机或无机组分。
如上所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，所述采样管为直管结构，所述采样孔与所述变径管的出口端之间的距离大于所述采样管的当量直径的6倍，所述采样孔与所述采样管的出口端之间的距离大于所述采样管的当量直径的3倍。
附图说明
图1为本发明所提供适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统的一种具体实施例的结构简示图。
附图标记说明：
烟气生成系统1，烟囱系统2，可凝结颗粒物发生器3；
第一集流器11，第一空气过滤器12，风机13，电加热器14，气溶胶发生器15，蒸汽发生器16，第一调节阀161，湿式流量计162，烟气成分发生器17，NH3气源171，NO气源172，SO2气源173，HF气源174，HCI气源175，第二调节阀176，质量流量控制器177，SO3反应炉178，第二空气过滤器1781，流量计1782，抽气泵1783，反应罐1784；
烟囱本体21，采样口211，烟囱内管22，保温层23，第一差压流量计24，第一温度计25，第一湿度计26，再热器27，喷淋装置28，排水口29；
第二集流器31，环境气体发生器32，混合罐33，变径管34，第二差压流量计35，第二温度计36，第二湿度计37，采样孔38，采样管39，第二风机310，回收装置311。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1，图1为本发明所提供适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统的一种具体实施例的结构简示图。
该实施例提供的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，包括：
烟囱系统2；
烟气生成系统1，用于生成与实际燃煤烟气一致的烟气；烟气生成系统1与烟囱系统2的入口连接，以将生成的烟气送入烟囱系统2内；
可凝结颗粒物发生器3，用于形成可凝结颗粒物；可凝结颗粒物发生器3的入口与烟囱系统2的出口端连接，还与外界连通，以便外界空气进入可凝结颗粒物发生器3；
控制系统，与烟气生成系统1和可凝结颗粒物发生器3通信连接，控制系统用于调节烟气生成系统1的控制参数，以生成不同的烟气，还用于调节可凝结颗粒物发生器3的控制参数，以模拟不同的环境条件。
该发生系统通过烟气生成系统1生成与实际燃煤烟气一致的烟气，并将生成的烟气送至烟囱系统2中，通过烟囱系统2再送入可凝结颗粒物发生器3，可凝结颗粒物发生器3与外界连通，通过控制系统调节烟气生成系统1的控制参数可以生成不同的烟气，通过控制系统对可凝结颗粒物发生器3的控制参数的调节，可以模拟不同的环境条件，这样，通过该发生系统能够对烟气排入大气后的迁移特性进行分析，能够模拟烟气经烟囱系统2排入大气后可凝结颗粒物的形成过程，给可凝结颗粒物测试方法的研究提供了条件，烟气生成系统1生成的是与实际待测燃煤烟气一致的烟气，所以通过采样能够准确测试一次颗粒物中可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的浓度。
这里需要说明的是，烟气生成系统1生成的烟气与实际待测燃煤烟气一致，表示的是其组分及组分占比，以及相关参数，比如湿度、温度等大体一致，以使得模拟条件与实际燃煤烟气的排放等类似，能够提高测试结果的准确性。
如图1所示，该实施例中，烟气生成系统1包括烟气管路(图中未标记)、第一风机13和烟气成分发生器；其中，烟气管路的入口段与第一风机13和烟气成分发生器连接，出口段与烟囱系统2的入口连接，第一风机13用于调节进入烟囱系统2的风量，烟气成分发生器用于提供待测试的燃煤烟气中的气体成分，可以理解，这里的气体成分与实际燃煤烟气中的气体成分一致，可根据实际测试需要来设置。
可以理解，风量和烟气成分发生器生成的气体成分经烟气管路混合后进入烟囱系统2。
控制系统能够对烟气成分发生器控制以确定气体成分的种类，以及不同气体成分的气体量，以及对第一风机13的频率进行控制以确定提供的风量。可以理解，烟气生成系统的控制参数包括气体成分的种类、每一气体成分的供给量以及第一风机13的频率等。
图1所示方案中，风量的供给和烟气成分发生供给的各气体成分分别通过两条管路与烟囱系统的进口端连接，方便控制。
该方案中，在第一风机13上游设有第一集流器11，第一集流器11和第一风机13之间设有第一空气过滤器12。
其中，沿着第一集流管11至第一风机13的方向，第一集流器11的直径逐渐减小，这样设置，能够减小风量所在管路的入口端的气体流速。
第一空气过滤器12的设置，可以过滤空气中的粉尘和其他影响物质，以确保进入发生系统内的空气为洁净的空气。
图1所示方案中，烟气成分发生器具体包括与烟气管路连接的NH3气源171、NO气源172、SO2气源173、HF气源174、HCI气源175以及SO3气源。
具体地，NH3气源171、NO气源172、SO2气源173、HF气源174、HCI气源175均可以通过相应的标准气体直接供给，为了使得控制系统能够控制各气体的供给量，在这些气源与烟气管路连接的管路上均设有第二调节阀176和质量流量控制器177，以通过控制这些气源与烟气管路的通断以及导通后的流量大小。
该实施例中，SO3气源为SO3反应炉178，即SO3气体是通过反应生成的，不是直接供给的，具体地，SO3反应炉178包括SO2标准气源、抽气泵1783、空气源和反应罐1784，抽气泵1783用于将来自空气源的空气和来自SO2标准气源的SO2气体抽送至反应罐1784，反应罐1784将SO2气体催化氧化以生成SO3气体，反应罐1784的出气端与烟气管路连接。也就是说，反应罐1784能够提高催化氧化反应所需的温度条件及催化环境，可以理解，经反应罐1784后，大部分SO2被催化氧化生成了SO3，形成SO2、SO3和空气的混合气体。
该实施例中，在烟气成分发生器已设有SO2气源173的基础上，可以同时也将其作为SO3反应炉178的SO2标准气源，即，在SO2气源173的出气端还分出一条管路与SO3反应炉178连接。
由于SO3气体是通过反应生成的，其供给量可以根据SO2气体量确定，所以，该例中，在SO2气源173与SO3反应炉178之间的管路上也设有第二调节阀176和质量流量控制器177，以控制是否向SO3反应炉178提供SO2气体，以及提供的SO2气体量大小。
也就是说，在图示示例中，SO2气源173为烟气提供其气体成分SO2，同时为SO3反应炉178提供作为SO2气体以生成SO3气体，所以，在图示示例中，SO2气源173与烟气管路连接的管路上设有一组第二调节阀176和质量流量控制器177，与SO3反应炉178连接的管路上也设有一组第二调节阀176和质量流量控制器177。
SO3反应炉178的反应罐1784的进口端管路上分出一支路与SO2气源173连接，分出另一支路与空气源连接，在与空气源连接的分支管路上具体设有第二空气过滤器1781，以对进入反应罐1784的空气进行过滤，确保生成的SO3气体的质量。
可以理解，具体设置时，抽气泵1783具体是设置在与前述两个支路连接的总管路上，以便于同时抽送空气和SO2气体，另外在于两个支路连接的总管路上还可以设置流量计1782，可以获知空气和SO2气体混合后的气体流量。
其中，前述各第二调节阀176、各质量流量控制器177、抽气泵1783以及流量计1782均与控制系统通信连接，实际应用中，根据实际需求，控制系统根据实际需求来发送调控相关部件启闭或者运行的指令。
这里需要说明的是，上述及图示只是以示例性的方式示出了烟气成分发生器的几个气源的设置，可以理解，实际设置时，烟气成分发生器的气源可以为上述任一个或几个的组合，当然，根据实验需求，也可以设置其他需要的气源，相关布置与上述介绍类似，不再一一说明。
上述烟气成分发生器的设置可以研究分析固定污染源形成可凝结颗粒物的影响因素，如SO2气体和SO3气体对可凝结颗粒物形成的影响，为治理与控制可凝结颗粒物提供理论技术支撑；烟气成分发生器也可以模拟固定污染源生成的不同烟气环境，可以系统地研究分析不同燃煤烟气的排放特征，通过准确测量和分析不同烟气条件下的可凝结颗粒物，可以研究可凝结颗粒物的组成，包括无机物、有机物，以及无机物中水溶性离子的组成，从而为治理和控制或协同脱除提供科学依据。
该实施例中，烟气生成系统1还包括与烟气管路连接的气溶胶发生器15，该气溶胶发生器15用于使粉尘以气溶胶的形式进入烟气管路，与烟气混合后进入烟囱系统2。
气溶胶发生器15的粉尘给料量以及给料的粉尘种类可以根据实际测量需要来选择，如此设置后，可以研究分析不同粉尘成分以及不同粉尘量对可凝结颗粒物的形成影响，使得对可凝结颗粒物的形成机理等有更深入的理解。
实际设置时，粉尘也可以以其他方式进入烟气管路中与烟气混合，相对来说，以气溶胶的形式与烟气混合，能够使得混合更均匀。
该实施例中，烟气生成系统1还包括与烟气管路连接的蒸汽发生器16，用于调节烟囱系统2内烟气的含湿量，蒸汽发生器16与烟气管路连接的管路上设有第一调节阀161和湿式流量计162，控制系统与第一调节阀161和湿式流量计162通信连接。实际应用时，控制系统通过对第一调节阀161调节和湿式流量计162的反馈控制蒸汽发生器16的出气量，以使进入烟囱系统2的烟气含湿量达到实验所需湿度范围。
该实施例中，烟气生成系统1还包括与烟气管路连接的电加热器14，电加热器14用于加热烟气管路内的烟气，以控制进入烟囱系统2内的烟气温度，使其保持在实验所需的温度范围内。
电加热器14与控制系统通信连接，以便于控制系统对电加热器14的调节。
同样可以理解，上述气溶胶发生器15、电加热器14和蒸汽发生器16在实际设置时，可以只设置其中一个或两个，当然，三个都设置，实验条件的选择更多，对可凝结颗粒物的形成等研究更充分。
如上，通过烟气生成系统1的各部分的相互作用，烟气生成系统1可以模拟燃煤烟气经过终端环保处理设备(如湿法脱硫或湿式电除尘器)处理后进入烟囱前的一种持续稳定的具有一定湿度、酸度、温度的气体条件。
如图1所示，该实施例中，烟囱系统2包括烟囱本体21和位于烟囱本体21底部入口端的烟囱内管22，显然，烟囱内管22内套于烟囱本体21，烟囱内管22的顶端密封，且其上端的周壁设有多个与烟囱本体21连通的排气孔。
前述烟气生成系统1的烟气管路具体与烟囱内管22的底部入口连，以使其生成的烟气通过烟囱内管22，经其上端的排气孔进入烟囱本体21。
具体地，烟囱内管22上端的排气孔最好均匀设置，以使烟气能够均匀地进入烟囱本体21内部。
实际设置时，烟囱内管22具有一定的高度，这个高度可以根据需要来设置，只要使得烟气能够充分进入烟囱本体21，经烟囱本体21排出至可凝结颗粒物发生器3即可，以尽可能真实地模拟实际中烟气经烟囱排入大气的过程。
该方案中，在烟囱内管22的顶端还设有帽盖，该帽盖可以是封堵烟囱内管22顶端的结构，也可以是单独设置的结构，帽盖的帽檐直径大于烟囱内管22的外径，以免烟气在烟囱本体21内冷凝后形成的冷凝水滴直接滴进烟囱内管22。
该方案中，在烟囱本体21上还开设有采样口211，采样口211相对烟囱本体21的设置满足下述条件：采样口211与烟囱内管22出口端之间的距离大于烟囱本体21的当量直径的6倍，采样口211与烟囱本体21出口端之间的距离大于烟囱本体21的当量直径的3倍。
通过该采样口211可以对烟囱系统内的烟气进行采样，以获知烟囱内流动烟气的相关数据，比如未排入大气的可过滤颗粒物浓度，以及未排入大气的可凝结颗粒物浓度等。
显然，在正常实验过程中，采样口211处密封，具体可以通过螺帽密封。
实际设置时，烟囱本体21的周壁可以设置有保温层23，以有效降低外界环境对烟囱本体21内部烟气温度的影响。
该实施例中，在烟囱本体21内还设有喷淋装置28，喷淋装置28具体设于采样口211的下方，采样口211与喷淋装置28之间的距离大于烟囱本体21的当量直径的6倍。控制系统也与喷淋装置28通信连接，以控制喷淋装置28的启闭和相关参数。
喷淋装置28的设置可以用于模拟分析湿式电除尘器喷淋对可凝结颗粒物的形成影响。
该实施例中，烟囱系统2还设有再热器27，该再热器27也设于采样口211的下方，采样口211与再热器27之间的距离大于烟囱本体21的当量直径的6倍。控制系统与再热器27通信连接，以控制再热器27的相关参数，再热器27用于提高烟囱系统2内流动的烟气的温度。通过开启再热器27可以用于模拟分析提高烟气排烟温度对可凝结颗粒物形成的影响。
具体设置时，再热器27可以设于烟囱本体21的保温层23的内部。
可以理解，实际设置时，再热器27和喷淋装置28可以只设其中一者，也可以两者都设置，相对来说，两者都设置可测试的范围更广。
实际设置时，烟囱本体21的底部还设有排水口29，用于排出实验过程中烟气中的冷凝水滴，或者在设置喷淋装置28的基础上，还可以排出喷淋水。
该实施例中，在烟囱系统2上还设有与控制系统通信连接的第一差压流量计24、第一温度计25和第一湿度计26。
具体应用时，控制系统可根据烟囱系统2的第一差压流量计24、第一温度计25和第一湿度计26的反馈来调节前述烟气生成系统1中相关控制参数，以使烟囱系统2内流动的烟气的流量、温度和湿度等满足实验需求。
可凝结颗粒物发生器3模拟的是烟气排入大气中的状态，该实施例中，在靠近可凝结颗粒物发生器3的入口端设置有环境气体发生器32，该环境气体发生器32用于生成环境空气中对可凝结颗粒物形成具有贡献作用的气体成分，如此，可以分析这些具有贡献作用的气体成分对可凝结颗粒物形成的影响。
具体的，具有贡献作用的气体成分包括臭氧或者无机盐气溶胶，也可以为其他有机组分等。
该可凝结颗粒物发生器包括混合罐33和采样管39，烟囱系统2的出口端与混合罐33的入口端连接，混合罐33的出口端与采样管39的入口端连接，采样管39的直径小于混合罐33的直径；采样管39的出口端通过管路连接有第二风机310，第二风机310与控制系统通信连接，第二风机310用于将外界空气和烟囱系统2内的烟气抽吸至混合罐33内，以在混合罐33内形成可凝结颗粒物；在采样管39上设有采样孔38，以便于采集经过混合罐33后的烟气样本，对其进行分析。
可以理解，外界空气也可以进入混合罐33内，外界大量的空气进入混合罐33内与烟气混合，稀释烟气，烟气降温速度快，是模拟真实排入大气中的状态，还可以理解，混合罐33内实际上模拟的是实际中烟气经烟囱排出大气后的状态，所以，实际设置时，混合罐33的直径相对较大设置，烟气进入混合罐33后流速降低，有利于可凝结颗粒物的形成。
实际设置时，混合罐33的直径可以根据实际需要来设置，此处不做限定。
第二风机310的设置，通过抽吸作用，方便将外界的空气抽吸至混合罐33内。具体地，通过控制系统来控制第二风机310的功率。
该实施例中，可凝结颗粒物发生器3还包括设于混合罐33和烟囱系统2之间的第二集流器31，沿烟囱系统2至混合罐33的方向，第二集流器31的直径逐渐减小，第二集流器31的入口端与外界连通，即外界空气和来自烟囱系统2的烟气均通过第二集流器31进入混合罐33。
显然，第二集流器31的开口端为敞口式的，烟囱系统2的烟囱本体21可伸入第二集流器31的开口端，这样，烟囱系统2和第二集流器31开口端之间的区域形成第二集流器31与外界连通的通道，具体布置是，烟囱本体21的出口端位于第二集流器31的中部设置，以使从四周进入第二集流器31的空气能够尽量快速均匀地与烟气混合。
该实施例中，可凝结颗粒物发生器3还包括变径管34，混合罐33的出口端具体通过变径管34与采样管39连接，沿混合罐33至采样管39的方向，变径管34的直径逐渐减小。
采样管39具体可设为等径管，以确保采样样本的质量。
采样管39的管径小，有利于提高内部的烟气流速，避免烟气在上升过程中，形成的冷凝水滴自然降落对可凝结颗粒物的形成产生影响。可以理解，相对来说，采样管39的管径远小于混合罐33的直径，实际设置时根据需要来设定。
需要指出的是，由于该发生系统中生成的烟气模拟的实际燃煤烟气，其排出路径也模拟的实际情形，所以经采样管39的采样孔38采集的样本中既包括在混合罐33内形成的可凝结颗粒物，也包括已经存在的可过滤颗粒物，也就是说，通过实验一次采集的样本中就可以实现对可过滤颗粒物和可凝结颗粒物浓度的准确测试。
该实施例中，在可凝结颗粒物发生器3的采样管39上设有与控制系统通信连接的第二差压流量计35、第二温度计36和第二湿度计37，以实时监测采样管39内的烟气流量、温度和湿度。
可以理解，采样管39的采样孔38在常态下也是密封状态，需要采样时再打开，具体也可采用螺帽密封。
具体的方案中，采样管39为直管结构，其出口端通过弯管等结构与第二风机310连接，为确保采样后测量的准确性，采样孔38的设置位置应满足下述条件：采样孔38与变径管34的出口端之间的距离大于采样管39的当量直径的6倍，采样孔38与采样管39的出口端之间的距离大于采样管39的当量直径的3倍。
实际设置时，控制系统可以根据第二差压流量计35的反馈来调节第二风机310的频率，从而控制风量。
该实施例中，可凝结颗粒物发生器3还包括位于第二风机310下游的回收装置311，该回收装置311用于吸收烟气中的粉尘以及有机或无机组分。
前述第一风机13和第二风机310均可以采用离心式风机、具有与控制系统通信连接的风机变频控制器。
如上，该发生系统可以模拟产生不同的燃煤烟气条件和不同的环境气体条件，通过测试不同工况条件下烟气中的可过滤颗粒物浓度和可凝结颗粒物中的无机组分和/或有机组分含量，能够进行以下的实验研究：对可凝结颗粒物测试技术研究，建立适合的可凝结颗粒物测试方法；研究分析烟气排入到大气后的迁移特性；研究分析提高烟气排烟温度对可凝结颗粒物的影响；研究分析不同的粉尘成分对可凝结颗粒物的形成影响；研究分析不同颗粒物浓度对可凝结颗粒物的影响；研究分析SO2和SO3气体浓度对可凝结颗粒物的影响；研究分析喷淋对可凝结颗粒物的影响；研究分析环境中气体对排入到大气中颗粒物的影响等等。
实际应用时，该发生系统的相应的计算方法如下：
环境气体发生器32不工作时，总颗粒物浓度的计算公式为：
Ct＝Cf,2＝Cf,1+Cc,1；
式中：Ct为总颗粒物浓度，mg/m3；Cf,2为排入大气后的可过滤颗粒物浓度，mg/m3；Cf,1为未排入大气的可过滤颗粒物浓度，mg/m3；Cc,1为未排入大气的可凝结颗粒物浓度，mg/m3。
环境气体发生器32工作时，总颗粒物浓度的计算公式为：
Ct＝Cf,2＝Cf,1+Cc,1+Cf,0；
式中：Ct为总颗粒物浓度，mg/m3；Cf,2为排入大气后的可过滤颗粒物浓度，mg/m3；Cf,1为未排入大气的可过滤颗粒物浓度，mg/m3；Cc,1为未排入大气的可凝结颗粒物浓度，mg/m3；Cf,0为排入大气后反应生成的可过滤颗粒物浓度，mg/m3。
此处计算以第二集流器31引入的环境空气为洁净的空气计算，未考虑环境空气中的PM2.5浓度。
其中，未排入大气的相关颗粒物浓度可以通过对在烟囱本体21的采样口211采样的样本确定，排入大气的相关颗粒物浓度可以通过对在采样管39的采样孔38采样的样本确定。
以上对本发明所提供的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (21)
1.适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，包括：
烟囱系统；
烟气生成系统，用于生成与实际燃煤烟气一致的烟气；所述烟气生成系统与所述烟囱系统的入口连接，以将生成的烟气送入所述烟囱系统内；
可凝结颗粒物发生器，用于形成可凝结颗粒物；所述可凝结颗粒物发生器的入口与所述烟囱系统的出口端连接，还与外界连通，以便外界空气进入所述可凝结颗粒物发生器；
控制系统，与所述烟气生成系统和所述可凝结颗粒物发生器通信连接，所述控制系统用于调节所述烟气生成系统的控制参数，以生成不同的烟气，还用于调节所述可凝结颗粒物发生器的控制参数，以模拟不同的环境条件。
2.根据权利要求1所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟气生成系统包括烟气管路、第一风机和烟气成分发生器；所述烟气管路的入口端与所述第一风机和所述烟气成分发生器连接，出口端与所述烟囱系统的入口连接，所述第一风机与所述控制系统通信连接，所述第一风机用于调节进入所述烟囱系统的风量；所述烟气成分发生器用于提供待测试的燃煤烟气中的气体成分。
3.根据权利要求2所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的NH3气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的NO气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的SO2气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的HF气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的HCI气源；
和/或，所述烟气成分发生器包括与所述烟气管路连接的SO3气源。
4.根据权利要求3所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述SO3气源具体为SO3反应炉，所述SO3反应炉用于生成SO3气体，所述SO3反应炉包括SO2标准气源、抽气泵、空气源和反应罐，所述抽气泵用于将来自所述空气源的空气和来自所述SO2标准气源的SO2气体抽送至所述反应罐，所述反应罐将所述SO2气体催化氧化以生成SO3气体，所述反应罐的出气端与所述烟气管路连接。
5.根据权利要求3所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述气源与所述烟气管路连接的管路上设有调节阀和质量流量控制器，所述调节阀和所述质量流量控制器均与所述控制系统通信连接。
6.根据权利要求2所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟气生成系统还包括位于所述第一风机上游的第一集流器，所述第一集流器和所述第一风机之间设有空气过滤器，沿所述第一集流管至所述第一风机的方向，所述第一集流器的直径逐渐减小。
7.根据权利要求2所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟气生成系统还包括与所述烟气管路连接的气溶胶发生器，所述气溶胶发生器用于使粉尘以气溶胶的形式进入所述烟气管路；
和/或，所述烟气生成系统还包括与所述烟气管路连接的蒸汽发生器，用于调节所述烟囱系统内烟气的含湿量；所述蒸汽发生器与所述烟气管路连接的管路上设有调节阀和湿式流量计，所述调节阀和所述湿式流量计均与所述控制系统通信连接；
和/或，所述烟气生成系统还包括与所述烟气管路连接的电加热器，所述电加热器与所述控制系统通信连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟囱系统包括烟囱本体和位于所述烟囱本体的底部入口端的烟囱内管，所述烟囱内管的顶端密封，且其上端的周壁设有多个与所述烟囱本体连通的排气孔；所述烟气生成系统的烟气管路具体与所述烟囱内管的底部入口连接，以使烟气通过所述烟囱内管的所述排气孔进入所述烟囱本体。
9.根据权利要求8所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟囱内管的顶端还设有帽盖，所述帽盖的帽檐直径大于所述烟囱内管的外径。
10.根据权利要求8所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟囱本体上还开设有采样口，所述采样口与所述烟囱内管的出口端之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的6倍，所述采样口与所述烟囱本体的出口端之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的3倍。
11.根据权利要求10所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，还包括设于所述烟囱本体内的喷淋装置，所述喷淋装置位于所述采样口的下方，所述采样口还与所述喷淋装置之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的6倍，所述控制系统还与所述喷淋装置通信连接；
和/或，还包括设于所述烟囱系统的再热器，所述再热器用于提高所述烟囱系统内流动的烟气的温度，所述采样口还与所述再热器之间的距离大于所述烟囱本体的当量直径的6倍，所述控制系统还与所述再热器通信连接。
12.根据权利要求8所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟囱本体的底部还设有排水口。
13.根据权利要求1-7任一项所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述烟囱系统上设有与所述控制系统通信连接的差压流量计、温度计和湿度计。
14.根据权利要求1-7任一项所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，还包括设于环境气体发生器，靠近所述可凝结颗粒物发生器的入口端设置，所述环境气体发生器用于生成环境空气中对可凝结颗粒物形成具有贡献作用的气体成分。
15.根据权利要求14所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述具有贡献作用的气体成分包括臭氧或无机盐气溶胶。
16.根据权利要求1-15任一项所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述可凝结颗粒物发生器包括混合罐和采样管，所述烟囱系统的出口端与所述混合罐的入口端连接，所述混合罐的出口端与所述采样管的入口端连接，所述采样管的直径小于所述混合罐的直径；所述采样管的出口端通过管路连接有第二风机，所述第二风机与所述控制系统通信连接，所述第二风机用于将外界空气和所述烟囱系统内的烟气抽吸至所述混合罐内，以在所述混合罐内形成可凝结颗粒物；所述采样管上设有采样孔。
17.根据权利要求16所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述可凝结颗粒物发生器还包括设于所述混合罐和所述烟囱系统之间的第二集流器，沿所述烟囱系统至所述混合罐的方向，所述第二集流器的直径逐渐减小；所述第二集流器的入口端与外界连通。
18.根据权利要求17所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述混合罐的出口端通过变径管与所述采样管连接，沿所述混合罐至所述采样管的方向，所述变径管的直径逐渐减小。
19.根据权利要求16所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述采样管上设有与所述控制系统通信连接的差压流量计、温度计和湿度计。
20.根据权利要求16所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述可凝结颗粒物发生器还包括位于所述第二风机下游的回收装置，所述回收装置用于吸收烟气中的粉尘以及有机或无机组分。
21.根据权利要求18所述的适用于燃煤烟气颗粒物的发生系统，其特征在于，所述采样管为直管结构，所述采样孔与所述变径管的出口端之间的距离大于所述采样管的当量直径的6倍，所述采样孔与所述采样管的出口端之间的距离大于所述采样管的当量直径的3倍。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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