CN115372210A - 湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，包括模拟烟气发生模块、颗粒物长大管、带电粒子发生器、采样装置和颗粒物检测模块，模拟烟气发生模块能够产生待测模拟烟气，待测模拟烟气进入颗粒物长大管，同时通过带电粒子发生器向颗粒物长大管内通入带电粒子，待测模拟烟气与带电粒子接触后，烟气中的硫酸雾、硫酸铵、有机胺等可凝结颗粒物在长大管内在凝结、碰撞、团聚作用下粒径分布发生改变。通过采用装置采集烟气并通过颗粒物检测模块对采集的烟气进行检测，可对烟气中可凝结颗粒物粒径以及粒径分布进行测试，具有适用条件广、测试精度高、可靠性强的特点。本发明还提出一种湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试方法。

Description

湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及工业湿烟气污染物排放控制领域，特别是涉及一种湿烟气条件 下可凝结颗粒物粒径演变测试系统及测试方法。

背景技术

化石燃料排放的污染物是造成我国严重雾霾的重要原因之一，在烟气污染 物超低排放的重大需求下，我国在燃烧源污染物脱除理论与技术方面均取得了 重要突破，电力、钢铁等行业的常规污染物已实现超低排放(如PM<5mg/m³， SO₂<35mg/m³，NOx<50mg/m³等)。然而，近年来湿法脱硫后的硫酸雾、硫 酸铵等气溶胶排放造成的蓝色黄色“有色烟羽”问题逐渐凸显。除此之外，作 为最具工业应用潜力的CO₂捕集技术，在有机胺湿法吸收CO₂过程中暴露出 显著的有机胺气溶胶排放问题，有机胺排放进入大气造成的环境污染已经引起 了广泛关注。

以上现象中的共性问题在于，湿烟气条件下SO₃、硫酸铵、有机胺等冷凝 形成了大量的超细粒径、超高浓度的可凝结颗粒物。目前现有的排放标准仅考 虑了飞灰等可过滤颗粒物的排放控制，对硫酸雾、硫酸铵、有机胺等可凝结颗 粒物缺乏相应的控制标准，与飞灰等可过滤颗粒物相比，可凝结颗粒物的控制 难度更大。

目前，可凝结颗粒物的控制主要靠现有污染物控制装备的协同控制作用， 如布袋除尘器、低温电除尘器和湿法脱硫塔。随着湿式静电除尘器的推广应用， 湿式静电除尘器对硫酸雾等可凝结颗粒物的控制研究取得了一定进展。然而对 于有机胺气溶胶的控制，目前尚处于起步阶段。传统水洗方法能有效控制有机 胺气态排放，但对有机胺气溶胶的控制效果较差。惯性除雾器对大粒径有机胺 气溶胶颗粒的控制效果好，但对小颗粒脱除效率低。湿式电除尘、蒸汽注入等 方法对气溶胶颗粒的脱除有较好的效果，但受限于亚微米的粒径范围导致脱除 成本较高。

颗粒团聚长大使颗粒物粒径长大是提高颗粒物脱除效率的有效方法，所以 电凝并、相变凝结、声波团聚、化学团聚等方法应运而生，但目前的研究基本 属于“类黑箱”的研究方法，即只关注团聚方法应用前后对脱除效率的强化效 果，由于缺乏对中间粒径演变过程的了解，目前设计上依然存在较大局限。现 有技术通过数值模拟可以一定程度上对颗粒粒径的演变过程进行仿真，但模拟 仿真的精度较差。因此，通过实验的方法对可凝结颗粒物粒径进行测量并进而 获得粒径演变参数是未来可凝结颗粒物排放控制的必要前提，也是本领域技术 人员亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统 及测试方法，以解决上述现有技术存在的无法精准仿真可凝结颗粒粒径的演变 过程并获取相关演变参数的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，包括：

颗粒物长大管，所述颗粒物长大管的两端分别设置烟气进口和烟气出口；

模拟烟气发生模块，其包括沿气流走向依次连接的热风箱和气体发生器， 所述气体发生器能够生成三氧化硫(SO₃)和/或氨气(NH₃)，并将产生的所 述三氧化硫和/或所述氨气排入由所述热风箱排出的热气流内，形成待测模拟 烟气；所述模拟烟气发生模块连接于所述烟气进口，以将所述待测模拟烟气排 入所述颗粒物长大管内；

带电粒子发生器，所述带电粒子发生器包括带电粒子释放件和电源，所述 带电粒子释放件与所述电源电连接，以释放带电粒子；所述带电粒子经载气输 送至所述烟气进口，以和排入所述颗粒物长大管的所述待测模拟烟气混合；

采样装置，所述采样装置连接于所述颗粒物长大管的侧壁，用于多方位采 集所述颗粒物长大管内的所述待测模拟烟气；

颗粒物检测模块，所述颗粒物检测模块与所述采样装置连接，能够对采集 的所述待测模拟烟气内的可凝结颗粒物的粒径以及粒径分布进行测试。

可选的，所述烟气进口设置有烟气湿度计和烟气温度计。

可选的，所述烟气出口沿气流走向依次连接有烟气流量计和引风机。

可选的，还包括气流混合模块，所述气流混合模块包括汇流管、烟气引入 管和载气喷射管，所述汇流管的一端连接所述烟气引入管和所述载气喷射管， 所述汇流管的另一端连接所述烟气进口；其中：

所述烟气引入管包括烟气引入管内管和烟气引入管外管，所述烟气引入管 内管与所述汇流管对接，所述烟气引入管外管密封套装于所述烟气引入管内管 的外周；所述烟气引入管外管与所述模拟烟气发生模块连接，所述烟气引入管 内管的侧壁开设若干进气孔，所述进气孔用于将所述待测模拟烟气引入所述汇 流管；

所述载气喷射管套设于所述烟气引入管内管的内圈，所述载气喷射管的一 端连接所述带电粒子释放件，另一端设置载气喷射口，以将所述带电粒子排入 所述汇流管内。

可选的，所述载气喷射口低于所述烟气引入管内管设置。

可选的，所述烟气引入管内管上所述进气孔的开孔率为30％～50％。

可选的，所述载气的流量不大于所述待测模拟烟气的流量的5％；所述载 气中的颗粒物浓度低于10³/cm³。

可选的，所述载气喷射管的上游连接有精细过滤器，以将所述载气过滤至 颗粒物浓度低于10³/cm³。

可选的，所述模拟烟气发生模块还包括飞灰发生器，所述飞灰发生器沿气 流走向设置于所述气体发生器的下游，用于向所述待测模拟烟气中排入飞灰。

可选的，所述带电粒子释放件为高压电极，所述电源为直流高压电源。

可选的，所述高压电极为针状电极。

可选的，所述采样装置为采样探枪或采样探针。

可选的，还包括液相吸收装置，所述液相吸收装置连接于所述模拟烟气发 生模块与所述烟气进口之间，能够调节所述待测模拟烟气的湿度。

可选的，所述采样装置为可伸缩采样探枪；所述颗粒物长大管的侧壁沿其 轴向间隔布置有多个所述可伸缩采样探枪，采样时多个所述可伸缩采样探枪伸 进所述颗粒物长大管内的长度不完全相同。

可选的，多个所述可伸缩采样探枪沿所述颗粒物长大管的轴向均匀间隔分 布。

可选的，所述颗粒物长大管的侧壁设置有5个所述可伸缩采样探枪，5个 所述可伸缩采样探枪沿程(气流走向或所述颗粒物长大管的轴向)自上而下依 次设置在h＝0(所述颗粒物长大管的顶端)、h＝1/5H、h＝2/5H、h＝3/5H、h＝4/5H、 h＝H(所述颗粒物长大管的底端)处，其中，H为所述颗粒物长大管的轴向总 长度。对应的，按照自上而下的顺序，5个所述可伸缩采样探枪的沿所述颗粒 物长大管的径向采样位置(即伸进所述颗粒物长大管内的长度)分别为r＝0(紧 贴所述颗粒物长大管的一侧内壁)、r＝1/5R、r＝2/5R、r＝3/5R、r＝4/5R、r＝R(紧 贴所述颗粒物长大管的另一侧内壁)处，其中，H为所述颗粒物长大管的内径 总长度。

可选的，所述颗粒物检测模块包括：

多通取样阀，所述多通取样阀同时与多个所述可伸缩采样探枪连接；

粒径检测仪，所述粒径检测仪与所述多通取样阀连接，以接收任意一所述 可伸缩采样探枪采集的烟气样品，并对其进行粒径检测。

可选的，所述粒径检测仪与所述多通取样阀之间沿气流走向依次连接有一 级稀释装置和二级稀释装置。

可选的，所述颗粒物长大管包括长大管内管和与所述长大管内管同轴布置 的长大管外管，所述长大管外管套设于所述长大管内管的外部，并与所述长大 管内管之间形成夹层；所述夹层连接循环控温模块，所述循环控温模块用于向 所述夹层内通入循环水，以控制所述长大管内管内的温度。

可选的，所述循环控温模块包括可控温循环水箱，所述可控温循环水箱通 过循环水管路与所述夹层连接形成闭环，所述循环水管路上设置有循环水流量 计和循环水温度计。

可选的，所述长大管内管的直径为80mm；所述颗粒物长大管的轴向长度 为1000mm。

可选的，所述循环水在所述夹层中沿与气流走向相反的方向流动；所述循 环水的水温为20℃～80℃。

可选的，所述循环水在所述夹层中循环更新，更新周期为一分钟全部替换 一次。

同时，本发明提出一种基于上述湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试 系统进行的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试方法，包括：

步骤1：通过所述颗粒物检测模块对所述颗粒物长大管内的所述待测模拟 烟气中的颗粒物浓度进行实时监测，待所述待测模拟烟气中颗粒物浓度稳定 后，通过所述采样装置采集试样；

步骤2：根据流经采样位置处时，所述待测模拟烟气和所述带电粒子相互 作用的时间，以及步骤1中所测得的所述颗粒物浓度绘制浓度-时间曲线，并 按照颗粒物团聚方程对所述浓度-时间曲线的数据进行非线性拟合，进而获得 团聚系数；

步骤3：对所述浓度-时间曲线的数据进行微分，得到颗粒物浓度的变化速 率；

步骤4：调整所述待测模拟烟气的温度、所述待测模拟烟气的湿度、所述 待测模拟烟气中的离子浓度以及所述颗粒物长大管内的温度中的至少一种参 数，循环操作步骤1～3。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，主要由模拟 烟气发生模块、颗粒物长大管、带电粒子发生器、采样装置和颗粒物检测模块 组成，模拟烟气发生模块能够产生与实际烟气的温度、湿度和/或污染物浓度 等条件相近的待测模拟烟气，待测模拟烟气进入颗粒物长大管，同时通过带电 粒子发生器向颗粒物长大管内通入带电粒子，颗粒物长大管内的待测模拟烟气 与带电粒子接触后，烟气中的硫酸雾、硫酸铵、有机胺等可凝结颗粒物在长大 管内在凝结、碰撞、团聚作用下粒径分布发生改变。通过采用装置采集烟气并 通过颗粒物检测模块对采集的烟气进行检测，可对烟气中可凝结颗粒物粒径以 及粒径分布进行测试。本发明结构布置合理，具有适用条件广、测试精度高、 可靠性强的特点，可应用于湿法烟气脱硫、吸收法二氧化碳捕集等湿烟气条件 下硫酸雾、硫酸铵、有机胺等复杂多种可凝结颗粒物的粒径分布测量，为确定 排放特征和开发强化脱除技术提供数据支撑。

本发明还提出一种基于上述湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系 统而进行的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试方法，可对烟气中可凝结 颗粒物粒径以及粒径分布进行测试，并进一步通过数据的非线性拟合和微分处 理等，获得颗粒团聚系数、浓度变化速率等粒径演变的关键参数信息，测试精 度高，数据可靠性强，能够为确定排放特征和开发强化脱除技术提供有效数据 支撑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例所公开的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试 系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的颗粒物长大管的结构示意图；

图3为本发明实施例所公开的颗粒物长大管的横截面示意图。

其中，附图标记为：100-湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统、 1-热风箱、2-气体发生器、3-飞灰发生器、4-液相吸收装置、5-烟气湿度计、 6-烟气温度计、7-电源、8-高压电极、91-烟气引入管内管、92-烟气引入管外 管、10-载气喷射管、101-载气喷射口、11-载气流量计、12-精细过滤器、13- 循环水温度计、14-循环水流量计、15-可控温循环水箱、16-颗粒物长大管、161- 长大管内管、162-长大管外管、17-烟气流量计、18-引风机、19-可伸缩采样探 枪、20-多通取样阀、21-一级稀释装置、22-二级稀释装置、23-粒径检测仪、 24-汇流管。

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。

本发明的目的之一是提供一种湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试 系统，以解决现有技术存在的无法精准仿真可凝结颗粒粒径的演变过程并获取 相关演变参数的问题。

本发明的另一目的还在于提供一种基于上述湿烟气条件下可凝结颗粒物 粒径演变测试系统而进行的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-3所示，本实施例提供一种湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测 试系统100，主要由颗粒物长大管16、模拟烟气发生模块、带电粒子发生器、 采样装置和颗粒物检测模块组成。颗粒物长大管16的两端分别设置烟气进口 和烟气出口，在本实施例中，优选颗粒物长大管16竖直设置，烟气进口和烟 气出口分别设置于颗粒物长大管16的顶端和底端。模拟烟气发生模块包括沿 气流走向依次连接的热风箱1和气体发生器2，气体发生器2能够生成三氧化 硫(SO₃)和/或氨气(NH₃)，并将产生的三氧化硫(SO₃)和/或氨气(NH₃) 排入由热风箱1排出的热气流内，形成待测模拟烟气；模拟烟气发生模块连接 颗粒物长大管16的烟气进口，以将待测模拟烟气排入颗粒物长大管16内。带 电粒子发生器包括带电粒子释放件和电源7，带电粒子释放件与电源7电连接， 以释放带电粒子(或称之为“带电离子”)，带电粒子经载气输送至颗粒物长 大管16的烟气进口，以和排入颗粒物长大管16的待测模拟烟气混合，在待测 模拟烟气与夹带带电粒子的载气混合后，其中含有的硫酸雾、硫酸铵、有机胺 等可凝结颗粒物能够在带电粒子的作用下凝结、碰撞、团聚，以使颗粒物粒径分布发生改变，该过程中多为颗粒团聚长大的过程，且发生在流经颗粒物长大 管16的过程中。采样装置连接于颗粒物长大管16的侧壁，用于多方位采集颗 粒物长大管16内的待测模拟烟气；相应的，颗粒物检测模块与采样装置连接， 能够对采样装置采集的待测模拟烟气内的可凝结颗粒物的粒径以及粒径分布 进行测试。

本实施例中，所用载气可为氢、氦、氮、氩或二氧化碳，其主要起运输带 电粒子的作用，不参与颗粒物的团聚长大过程。

本实施例中，模拟烟气发生模块还包括飞灰发生器3，飞灰发生器3沿气 流走向设置于气体发生器2的下游，用于向待测模拟烟气中排入飞灰。

本实施例中，模拟烟气发生模块中将污染物的添加位置设置在热风箱1 后，即气体发生器2和飞灰发生器3依次设置于热风箱1的下游。作为优选方 式，气体发生器2的设置位置(污染物的添加位置)优选设置在热风箱1排出 热气流的温度达到250℃～300℃时。若含有飞灰颗粒物，则先通过气体发生 器2添加气态污染物再通过飞灰发生器3添加飞灰，两者之间的距离不小于6 倍的管子内径，该管子为连接于飞灰发生器3和气体发生器2之间、供热气流 流过的管道。

本实施例中，还包括液相吸收装置4，液相吸收装置4连接于模拟烟气发 生模块与颗粒物长大管16的烟气进口之间，能够调节待测模拟烟气的湿度。 一般情况下，模拟烟气发生模块产生的已经混有硫酸雾、硫酸铵、有机胺等可 凝结颗粒物(主要由气体发生器2产生)的待测模拟烟气自上而下流经该液相 吸收装置4，以得到饱和状态(湿度饱和)的待测模拟烟气。该液相吸收装置 4优选为常规的吸收塔布置，圆柱形状，吸收液采用分层喷淋的方式，烟气自 下而上进入吸收塔，气体与喷淋液滴逆流，从而得到饱和状态(湿度饱和)的待测模拟烟气。

本实施例中，颗粒物长大管16的烟气进口设置有烟气湿度计5和烟气温 度计6。作为优选方式，烟气湿度计5和烟气温度计6连接于液相吸收装置4 和颗粒物长大管16的烟气进口之间，烟气湿度计5和烟气温度计6沿气流走 向依次布置。

本实施例中，颗粒物长大管16的烟气出口沿气流走向依次连接有烟气流 量计17和引风机18。其中，引风机18用于将烟气引出颗粒物长大管16，以 便清理颗粒物长大管16或进行下一周期试验。烟气流量计17则用于检测烟气 排出时的流量。

本实施例中，还包括气流混合模块，气流混合模块包括汇流管24、烟气 引入管和载气喷射管10，汇流管24竖直布置，并优选与颗粒物长大管16同 轴。汇流管24的顶端连接烟气引入管和载气喷射管10，底端连接颗粒物长大 管16的烟气进口。其中，烟气引入管包括烟气引入管内管91和烟气引入管外 管92，烟气引入管内管91与汇流管24的顶端对接，烟气引入管外管92与烟 气引入管内管91同轴并密封套装于烟气引入管内管91的外周，烟气引入管外 管92与烟气引入管内管91之间形成两端封闭的环形腔；烟气引入管外管92 与模拟烟气发生模块连接，烟气引入管内管91的侧壁开设若干进气孔，进气 孔用于将待测模拟烟气引入汇流管24内。载气喷射管10与烟气引入管内管 91同轴，并套设于烟气引入管内管91的内圈，载气喷射管10的顶端与带电 粒子释放件衔接或连接，底端设置有载气喷射口101，以将带电粒子排入汇流 管24内，使带电粒子与待测模拟烟气在汇流管24内得到均匀混合。

本实施例中，基于上述烟气引入管中烟气引入管内管91和烟气引入管外 管92内外叠套的结构布置，使得进入烟气引入管内的气流首先在烟气引入管 内管91和烟气引入管外管92之间的夹层中形成旋流，之后经烟气引入管内管 91的进气孔排出，通过旋转改变烟气的流动方向并最终将水平流整流为垂直 流。同时，烟气经烟气引入管内管91的进气孔排入汇流管24，还达到了进气 汇合的效果。实际操作中，饱和待测模拟烟气经气流混合模块旋汇耦合后整流 进入颗粒物长大管16，烟气中的颗粒物在不同的离子浓度、温度、湿度工况 条件下发生粒径演变，通过沿程设置的采样装置进行采样，并通过颗粒物检测 模块对颗粒物的粒径分布进行检测，获得湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径的空 间分布和演变规律。

本实施例中，作为优选方式，烟气引入管内管91上进气孔的开孔率为 30％～50％。

本实施例中，带电粒子释放件优选为高压电极8，电源7则优选为直流高 压电源。作为优选方式，可将高压电极8设置为针状，其针尖位于载气喷射管 10内，形成“针-筒”式结构。作为优选，高压电极8的针尖距载气喷射管10 的底端面距离为1/2的载气喷射管10直径。载气喷射口101低于烟气引入管 内管91设置，以确保进入汇流管24内的待测模拟烟气与混有带电粒子的载气 充分接触、混合。作为优选，载气喷射管10的底端面距烟气引入管内管91 的距离优选为1倍载气喷射管10的直径。高压电极8与直流高压电源连接， 产生的带电粒子经载气输送后与待测模拟烟气混合，载气的流量不大于待测模 拟烟气的流量的5％；且载气须经精细过滤器12将颗粒物浓度降低至10³/cm³以下。作为优选方式，可在载气喷射管10的上游连接有精细过滤器12，即精 细过滤器12位于载气喷射管10和载气源之间，在载气进入载气喷射管10之 前，先流经精细过滤器12过滤，以确保进入载气喷射管10的载气的颗粒物浓 度低于10³/cm³。

本实施例中，采样装置可为采样探枪或采样探针。作为优选方式，采样装 置选用可伸缩采样探枪19；颗粒物长大管16的侧壁沿其轴向间隔布置有多个 可伸缩采样探枪19，采样时多个可伸缩采样探枪19伸进颗粒物长大管16内 的长度不完全相同，以在颗粒物长大管16的轴向和径向多方位布置采样点。

本实施例中，优选多个可伸缩采样探枪19沿颗粒物长大管16的轴向均匀 间隔分布。以颗粒物长大管16的侧壁设置有5个可伸缩采样探枪19为例，如 图2～3所示，5个可伸缩采样探枪19沿程(气流走向或颗粒物长大管16的轴 向)自上而下依次设置在h＝0(颗粒物长大管16的顶端)、h＝1/5H、h＝2/5H、 h＝3/5H、h＝4/5H、h＝H(颗粒物长大管16的底端)处，其中，H为颗粒物长 大管16的轴向总长度。对应的，按照自上而下的顺序，5个可伸缩采样探枪 19的沿颗粒物长大管16的径向采样位置(即伸进颗粒物长大管16内的长度) 分别为r＝0(紧贴颗粒物长大管16的一侧内壁)、r＝1/5R、r＝2/5R、r＝3/5R、 r＝4/5R、r＝R(紧贴颗粒物长大管16的另一侧内壁)处，其中，H为颗粒物长 大管16的内径总长度。

本实施例中，颗粒物检测模块包括多通取样阀20和与多通取样阀20连接 的粒径检测仪23。多通取样阀20同时与多个可伸缩采样探枪19连接，即各 可伸缩采样探枪19并联于多通取样阀20，且分别对应一个通口，多通取样阀 20可通过切换不同的通口与粒径检测仪23连通，以接收对应的可伸缩采样探 枪19采集的烟气样品，并对其进行粒径检测。各采样点的粒径均检测后，汇 总可得出粒径分布的规律(具体参见下述测试方法)。

本实施例中，可伸缩采样探枪19为一种现有可伸缩探枪，探枪口设置等 速喷嘴。

本实施例中，粒径检测仪23与多通取样阀20之间沿气流走向依次连接有 一级稀释装置21和二级稀释装置22。一级稀释装置21和二级稀释装置22的 具体结构均优选为射流引流的稀释方式，比如型号为

Diluter-Dekati Ltd的稀释器。其中，一级稀释装置21为热稀释，稀释器带伴热且采用干净 的热风稀释；二级稀释装置22为冷稀释，稀释器不伴热且冷风稀释。待测烟 气具有湿度高、颗粒物浓度高的特点，稀释的目的是使颗粒物浓度降低至符合 测试要求的范围(不超过测试仪器的浓度上限)，热稀释是因为烟气为饱和状 态，避免水汽在壁面冷凝，导致测试不准。

本实施例中，颗粒物长大管16优选为石英玻璃夹层设计，其包括长大管 内管161和与长大管内管161同轴布置的长大管外管162，长大管外管162套 设于长大管内管161的外部，并与长大管内管161之间形成夹层；夹层连接循 环控温模块，循环控温模块用于向夹层内通入循环水，以控制长大管内管161 内的温度。循环控温模块包括可控温循环水箱15，可控温循环水箱15通过循 环水管路与夹层连接形成闭环，循环水管路上设置有循环水流量计14和循环 水温度计13。

本实施例中，长大管内管161的直径为80mm；颗粒物长大管16的轴向 长度为1000mm。

本实施例中，循环水在夹层(长大管内管161与长大管外管162之间)中 沿与气流走向相反的方向流动，具体操作中，可由下至上流动；循环水的水温 为20℃～80℃。

本实施例中，循环水在夹层(长大管内管161与长大管外管162之间)中 循环更新，循环水流量由夹层(长大管内管161与长大管外管162之间)的间 隙确定，更新周期为一分钟全部替换一次。

同时，本实施例提出一种基于上述湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测 试系统进行的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试方法，主要包括如下步 骤：

步骤1：通过颗粒物检测模块对颗粒物长大管16内的待测模拟烟气中的 颗粒物浓度进行实时监测，待待测模拟烟气中颗粒物浓度稳定后，通过采样装 置，即可伸缩采样探枪19采集烟气试样。实际操作中，可遵循以下步骤：

(a)采样过程中将可伸缩采样探枪19按照自上而下(h＝0到h＝H)、自内 而外(r＝0到r＝R)的顺序进行位置调整；

(b)通过颗粒物检测模块对颗粒物长大管16内的烟气的颗粒物浓度进行 实时监测，待测试浓度稳定后，在同一位置处的采样时间继续保持1分钟以上；

(c)在调整某一高度位置处的可伸缩采样探枪19的伸缩长度(上述“r”) 时，其他高度处的可伸缩采样探枪19恢复至长大管内管161的内壁面处并关 闭采样。

步骤2：根据流经采样位置处时，待测模拟烟气和带电粒子相互作用的时 间，以及步骤1中所测得的颗粒物浓度绘制浓度-时间曲线，并按照颗粒物团 聚方程对浓度-时间曲线的数据进行非线性拟合，进而获得团聚系数；

步骤3：对浓度-时间曲线的数据进行微分，得到颗粒物浓度的变化速率；

步骤4：调整待测模拟烟气的温度、待测模拟烟气的湿度、待测模拟烟气 中的离子浓度以及颗粒物长大管16内的温度中的至少一种参数，循环操作步 骤1～3。

上述步骤2和步骤3主要是颗粒粒径演变的关键参数获取方法，可遵循如 下步骤进行：

(a)根据颗粒物长大管16内的待测模拟烟气流速和采样位置，将采样高度 (h)转换为相互作用时间(t)，相互作用时间(t)是指烟气流经该采样位置 处时，待测模拟烟气和带电粒子相互作用的时间，也可以理解为在颗粒物长大 管16的烟气进口，待测模拟烟气和带电粒子混合后，从该烟气进口流动至该 采样位置所经历的时间；

(b)分别以上述相互作用时间(t)和烟气内的颗粒物浓度(n)为横、纵 坐标进行绘图，得到不同工况下的浓度-时间曲线；

(c)按照颗粒物团聚方程

对上述浓度-时间曲线的数据 进行非线性拟合，进而获得团聚系数(β)，其中式中n₀为h(与前述“h” 为一个参数，代表采样位置所在高度)＝0位置处的烟气中的颗粒物浓度；

(d)对上述浓度-时间曲线的数据进行微分，得到

的颗粒物浓度的 变化速率。

本技术方案公开的湿烟气条件下可凝结颗粒物管内粒径演变的测试系统 及测试方法，该系统包括模拟烟气发生模块、气流混合模块、颗粒物长大管、 控温控湿模块(液相吸收装置和热风箱)、带电粒子发生器、可伸缩采样探枪、 颗粒物检测模块等，模拟烟气发生模块主要产生与实际烟气的温度、湿度、污 染物浓度等条件相近的待测模拟烟气，待测模拟烟气进入气流混合模块后，待 测模拟烟气经烟气引入管以及汇流管与混有带电粒子的载气旋汇耦合后实现 整流并进入颗粒物长大管，颗粒物长大管采用双管夹层设计，配合循环控温控 湿装置实现烟气温度和湿度的调整，烟气中的硫酸雾、硫酸铵、有机胺等可凝结颗粒物在颗粒物长大管内在带电粒子的作用下凝结、碰撞、团聚，发生粒径 以及粒径分布改变。测试过程中，通过沿程设置多个可伸缩采样探枪，采用颗 粒物检测模块对探枪采集的烟气进行检测，可同时对管内轴向和径向的可凝结 颗粒物粒径分布进行测试，进一步通过数据的非线性拟合和微分处理等，获得 颗粒团聚系数、浓度变化速率等粒径演变的关键参数信息。本技术方案具有适 用条件广、测试精度高、可靠性强的特点，可应用于湿法烟气脱硫、吸收法二 氧化碳捕集等湿烟气条件下硫酸雾、硫酸铵、有机胺等复杂多种可凝结颗粒物 的粒径分布测量，为确定排放特征和开发强化脱除技术提供数据支撑。

需要说明的是，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。

本发明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；同时，对于本领域 的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改 变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，包括：

颗粒物长大管，所述颗粒物长大管的两端分别设置烟气进口和烟气出口；

模拟烟气发生模块，其包括沿气流走向依次连接的热风箱和气体发生器，所述气体发生器能够生成三氧化硫和/或氨气，并将产生的所述三氧化硫和/或所述氨气排入由所述热风箱排出的热气流内，形成待测模拟烟气；所述模拟烟气发生模块连接于所述烟气进口，以将所述待测模拟烟气排入所述颗粒物长大管内；

带电粒子发生器，所述带电粒子发生器包括带电粒子释放件和电源，所述带电粒子释放件与所述电源电连接，以释放带电粒子；所述带电粒子经载气输送至所述烟气进口，以和排入所述颗粒物长大管的所述待测模拟烟气混合；

采样装置，所述采样装置连接于所述颗粒物长大管的侧壁，用于多方位采集所述颗粒物长大管内的所述待测模拟烟气；

颗粒物检测模块，所述颗粒物检测模块与所述采样装置连接，能够对采集的所述待测模拟烟气内的可凝结颗粒物的粒径以及粒径分布进行测试。

2.根据权利要求1所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，还包括气流混合模块，所述气流混合模块包括汇流管、烟气引入管和载气喷射管，所述汇流管的一端连接所述烟气引入管和所述载气喷射管，所述汇流管的另一端连接所述烟气进口；其中：

所述烟气引入管包括烟气引入管内管和烟气引入管外管，所述烟气引入管内管与所述汇流管对接，所述烟气引入管外管密封套装于所述烟气引入管内管的外周；所述烟气引入管外管与所述模拟烟气发生模块连接，所述烟气引入管内管的侧壁开设若干进气孔，所述进气孔用于将所述待测模拟烟气引入所述汇流管；

所述载气喷射管套设于所述烟气引入管内管的内圈，所述载气喷射管的一端连接所述带电粒子释放件，另一端设置载气喷射口，以将所述带电粒子排入所述汇流管内。

3.根据权利要求1或2所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，所述载气的流量不大于所述待测模拟烟气的流量的5％；所述载气中的颗粒物浓度低于10³/cm³。

4.根据权利要求1所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，所述模拟烟气发生模块还包括飞灰发生器，所述飞灰发生器沿气流走向设置于所述气体发生器的下游，用于向所述待测模拟烟气中排入飞灰。

5.根据权利要求1所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，还包括液相吸收装置，所述液相吸收装置连接于所述模拟烟气发生模块与所述烟气进口之间，能够调节所述待测模拟烟气的湿度。

6.根据权利要求1所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，所述采样装置为可伸缩采样探枪；所述颗粒物长大管的侧壁沿其轴向间隔布置有多个所述可伸缩采样探枪，采样时多个所述可伸缩采样探枪伸进所述颗粒物长大管内的长度不完全相同。

7.根据权利要求6所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，所述颗粒物检测模块包括：

多通取样阀，所述多通取样阀同时与多个所述可伸缩采样探枪连接；

粒径检测仪，所述粒径检测仪与所述多通取样阀连接，以接收任意一所述可伸缩采样探枪采集的烟气样品，并对其进行粒径检测。

8.根据权利要求1所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，所述颗粒物长大管包括长大管内管和与所述长大管内管同轴布置的长大管外管，所述长大管外管套设于所述长大管内管的外部，并与所述长大管内管之间形成夹层；所述夹层连接循环控温模块，所述循环控温模块用于向所述夹层内通入循环水，以控制所述长大管内管内的温度。

9.根据权利要求8所述的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统，其特征在于，所述循环水在所述夹层中沿与气流走向相反的方向流动；所述循环水的水温为20℃～80℃。

10.一种基于权利要求1～9任意一项所述湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试系统进行的湿烟气条件下可凝结颗粒物粒径演变测试方法，其特征在于，包括：

步骤1：通过所述颗粒物检测模块对所述颗粒物长大管内的所述待测模拟烟气中的颗粒物浓度进行实时监测，待所述待测模拟烟气中颗粒物浓度稳定后，通过所述采样装置采集试样；

步骤2：根据流经采样位置处时，所述待测模拟烟气和所述带电粒子相互作用的时间，以及步骤1中所测得的所述颗粒物浓度绘制浓度-时间曲线，并按照颗粒物团聚方程对所述浓度-时间曲线的数据进行非线性拟合，进而获得团聚系数；

步骤3：对所述浓度-时间曲线的数据进行微分，得到颗粒物浓度的变化速率；

步骤4：调整所述待测模拟烟气的温度、所述待测模拟烟气的湿度、所述待测模拟烟气中的离子浓度以及所述颗粒物长大管内的温度中的至少一种参数，循环操作步骤1～3。

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