CN1187591C - 烟道稀释混合湍流分级采样器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烟尘类采样器，特别是一种采集固定源有组织排放的烟气与环境空气混合气体中的颗粒物样品的烟道稀释混合湍流分级采样器，属于环境监测技术领域。现有的采样器多采用玻璃纤维滤桶收集尘样，无粒径分割装置，不能按粒径分级，给不同粒径的烟尘颗粒物的源强定量化及建立化学成分谱造成困难。为了克服现有烟道采样器的缺陷，本发明在现有烟尘采样器和环境空气中颗粒物采样器的基础上增加了一个稀释舱和相应的压力平衡气路，能够采集各种固定源有组织排放的不同粒径范围的颗粒物物质，该采样器能够满足监测工作的要求，实现了烟尘等速采样，烟气进入环境空气中接近真实的物理、化学的演化条件，能够采集到不同粒径范围内的颗粒物样品。
Description
技术领域
本发明涉及烟尘类采样器，特别是一种采集固定源排放的烟气与环境空气混合气体中颗粒物样品的烟道稀释混合湍流分级采样器，属于环境监测技术领域。
背景技术
固定污染源有组织排放的颗粒物以气溶胶形态存在，是环境空气中颗粒物的主要来源之一。利用烟道采样器获取固定污染源排放的颗粒物样品，研究其粒度分布以及不同粒径的颗粒物的化学组成，对于监控：环境空气的污染程度、对人体健康的影响程度和采取的污染控制措施是否恰当等均有重要的实用价值。
目前我国生产烟道采样器产品的厂家很多，如青岛崂山应用技术研究所，武汉天虹环保仪器厂等。这些厂家生产的烟道采样器大多是旋风式采样器，其系统结构可分为五大部分：取样装置、集尘装置、冷凝和干燥装置、流量测量控制装置以及采样动力。
此类仪器在实际应用中有以下缺陷：
1)没有烟尘粒径分割装置，主要采集的是烟尘全颗粒物样品。在实际应用中经常需要确定烟囱中排出的的颗粒物的粒径分布，如大颗粒物(100微米以下)和小颗粒物(10微米以下)的重量百分比，并以此来确定不同粒径颗粒物的源强。但是上述仪器不能达到这个要求。
2)上述装置大多采用滤筒集尘装置，如玻璃纤维滤筒。这种集尘装置会使相当部分的烟尘聚集在纤维孔内造成收集困难。另一方面现有的玻璃纤维滤筒含有的有机物和无机物较多，不适合元素、离子和有机物的分析，对建立不同粒径的烟尘成分谱产生困难。
3)目前我国市场上还有一种“冲击式颗粒物分级仪”。这种仪器采用“冲击式”原理对尘粒进行切割、称重来确定不同粒径范围内的颗粒物所占的重量百分比。但是这种采样器也只是对设计粒径范围内的尘粒进行切割，而另一些粒径成分的比例则只能通过回归等数理统计方法进行估算。由于这种仪器往往不能得到所需要的粒径范围内的颗粒物质，所以同样也无法建立所需要的源成分谱。
发明内容
本发明是为了克服现有各种固定源烟尘采样器的缺陷，在满足空气动力学采样要求的条件下进行的专门设计。
本发明技术方案的要求：
1)实现烟尘等速采样
采集烟道气中的烟尘时，必须满足等速采样条件，即进入采样器中的尘粒速度和烟道内测试点处的气流速度相等。
2)实现与烟气进入环境空气真实过程接近的物理、化学的演化条件固定源排放的烟道气在排气筒出口处与环境空气混合并冷却，此时发生凝结、蒸发、凝聚以及二次化学反应等物理、化学的变化，混合气体中的颗粒物在粒径分布以及不同粒径范围内的化学组成也会发生变化。为了采集到接近上述演化条件下的颗粒物样品，必须不直接从固定源排气筒中采集颗粒物样品，而是将烟气引入空气稀释烟气舱(简称稀释舱)，在稀释舱内按一定稀释比用清洁干燥空气稀释烟气，模拟烟气进入环境空气中的状态。
3)能够采集到特定粒径范围内的颗粒物样品
在稀释舱内用带有特定切割头的采样器采样，特定粒径范围内的颗粒物样品。本发明的工作原理：
本发明的工作符合空气动力学原理。采样枪必须等速采样进入稀释舱的烟气流量Q1，和空气压缩机压入稀释舱的干燥洁净空气流量Q2与颗粒物分级采样器从稀释舱抽出的混合气体流量Q3和排气泵从稀释舱排出的混合气体流量Q4要达到平衡，即：
Q1+Q2＝Q3+Q4
式中：Q1-进入稀释舱的烟气流量，L/min；
Q2-进入稀释的干燥清洁空气流量，L/min；
Q3-排出稀释舱的采样混合气体流量，L/min；
Q4-排出稀释舱的混合气体流量，L/min。
Q1、、Q2、Q3和Q4均核算校正到标准状态下(1个大气压，0℃)的气体流量。
本发明的技术方案：烟道稀释混合湍流分级采样器(YSYQ-1型)，它由稀释舱、普通大气颗粒物分级采样器、空气压缩系统和排气系统构成；稀释舱内、底部安置普通大气颗粒物分级采样器的切割头，烟气通过稀释舱顶部(上盖)的烟气入口和压缩空气通过空气入口合在一起进入稀释舱，压缩空气由空气压缩系统完成，稀释舱内多余混合气体通过排气口排出，由排气系统系统完成。稀释舱是本发明的核心发明内容，由内中外三桶构成。普通大气颗粒物分级采样器、空气压缩系统和排气系统都与稀释舱连接。
本发明的有益效果：能够实现了烟尘等速采样，能够实现烟气进入环境空气中接近真实的物理、化学的演化条件，在满足上述采样条件下，能够采集到特定粒径范围内的固定源有组织排放的颗粒物样品，满足检测和科研工作的要求。
附图说明
图1烟道稀释混合湍流分级采样器原理示意图
图2：烟道稀释混合湍流分级采样器结构示意图
图3：普通大气颗粒物分级采样器结构示意图
图中：
1、采样泵 2、阀门 3、采样泵流量计 4、底盖密封机构 5、滤膜式颗粒物粒径切割头 6、稀释舱中桶 7、稀释舱外桶 8、带有气体混合喷管的内桶9、烟气入口 10、温度计(T2) 11、空气入口 12、温度计(T1) 13、混合气体压力计(P2) 14、空气压力计(P1)15、排气口 16、稀释空气流量调节阀 17、压缩空气流量计 18、多余空气排出流量调节阀 19、排气流量计 20、排气真空泵 21、压缩空气干燥过滤器 22、排气过滤器 23、压缩空气阀1 24、压缩机1 25、压缩空气阀2 26、压缩机2
具体实施方式
下面结合附图2对本发明作具体说明。烟道稀释混合湍流分级采样器(YSYQ-1型)由稀释舱、普通大气颗粒物分级采样器、空气压缩系统和排气系统4部分组成，各系统的主要组成部件分述如下：
(1)稀释舱
稀释舱是本发明的核心发明内容，由内中外三桶构成。内桶7分上盖和桶体，上盖能开启闭合，进气管路和排气管路分别与它相连。两组进气管路在上盖外侧合成一路，从上盖进入稀释舱内桶8，设计和安装位置保证了烟气在无动力条件下能随空气一起进入内桶。外桶7底部安置分级采样器的切割头5，切割头通过抽气管路与真空泵1相连。外桶下部有一密封口，通过密封口更换切割头。内桶直径约为外桶直径的1/3，焊接在上盖内侧，混合气体在内桶进行初步混合并形成湍流，混合气体从内桶下口进入中桶6，中桶底部是封闭的，且为Ω形，上口为敞开式，一部分混合气体进入中桶后进一步混合，然后进入外桶。Ω形设计促进了落到中桶底部的烟尘弹射起来，从上口进入外捅。中桶保证了两种气体在稀释舱内有一定的停留时间，以便更加充分混合均匀。外桶下部还设有一个抽气口通过管路与排气泵相连，通过气体调节阀18，流量计19由真空泵20将多余气体排出外桶，在稀释舱内形成气体的动态平衡。
(2)普通大气颗粒物分级采样器
该部分由颗粒物切割头5、流量计3、抽气控制阀2、真空泵1和抽气管路组成。其作用是从稀释舱的混合气体中采集特定粒径范围的颗粒物样器。
(3)空气压缩系统
空气压缩系统是从压缩机1(24)、压缩机2(26)依次分别通过压缩空气阀1(23)、压缩空气阀2(25)、压缩空气流量计17、稀释空气流量调节阀16、空气入口11，将空气压缩进稀释舱(内桶)，稀释空气流量调节阀之后，在管道上安装有空气压力计14和温度计12。
(4)排气系统
该部分由真空泵20、排气控制阀门18、流量计19、排气过滤器22和排气管路组成。其作用是排出稀释舱内多余的混合气体维持稀释舱的气体平衡。
实施例
具体采样步骤：
(1) 闭烟气入口阀门9，开动空气压缩机24和26，调节压缩机空气阀门23、25和16，使一定流量的干燥清洁压缩空气进入稀释舱，记录进入的空气流量Q2。
(2)开动采样真空泵1调节抽气阀门2，使流量计3调节到预定流量值。装好切割头的采样膜此流量进行采样。
(3)开动排气真空泵20，调节排气阀门18，使稀释舱上盖的压力计13调节至零，记录流量计(15)的流量。
(4)打开烟气进气阀门(9)，主要调节阀门(18)并调节其他阀门，使烟气按一定流量进入稀释舱，并使压力表13为零，此时稀释舱进气和排气平衡，即：
Q1+Q2＝Q3+Q4
(5)相关参数参考值
1.流量计参考值：
Q1——10～40L/min
Q2——120～180L/min
Q3——100～120L/min
Q4——30～100L/min
2.烟气稀释倍数R
R＝Q1/Q2×100％
Claims (5)
1.一种烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：它由稀释舱、普通大气颗粒物分级采样器、空气压缩系统和排气系统通过管道连接构成；
稀释舱是由底盖(4)、中桶(6)、外桶(7)、内桶(7)构成；
普通大气颗粒物分级采样器依次由采样泵(1)、阀门(2)、采样泵流量计(3)、切割头(5)通过管道连接构成；
空气压缩系统依次由烟气入口(9)、空气入口(11)、温度计(12)、空气压力计(14)、空气流量调节阀(16)、压缩空气流量计(17)、过滤器(21)、压缩空气阀1(23)、压缩机1(24)、压缩空气阀2(25)、压缩机2(26)通过管道连接构成；
排气系统依次由排气口(15)、排气过滤器(22)、排气流量计(19)、排出流量调节阀(18)、真空泵(20)通过管道连接构成；
空气压缩系统与排气系统联合调节气体流量，保持稀释舱内气体压力的动态平衡。
2.根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：普通大气颗粒物分级采样器的切割头(5)，安置在稀释舱底部、外桶(7)与中桶(6)之间并固定于外桶上。
3、根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：所述的空气压缩系统是从压缩机1(24)、压缩机2(26)依次分别通过压缩空气阀1(23)、压缩空气阀2(25)、压缩空气流量计(17)、稀释空气流量调节阀(16)、空气入口(11)，将空气压缩进稀释舱。
4、根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：排气系统是从稀释舱上部的排气口(15)依次分别通过排气过滤器(22)、排气流量计(19)、多余空气排出流量调节阀(18)到排气真空泵(20)，将空气排出。
5.根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：采样过程中，烟气和空气通过烟气入口(9)和空气入口(11)进入稀释舱内桶(8)的顶端，混合气体在内桶经初步混合从下口进入中桶(6)，中桶底部是Ω形而且是封闭的，上部为敞口式，混合气体进入中桶后流到中桶桶底向上返回，从上口进入外桶，烟气再由外桶向下运动进入切割头。
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