CN203620611U - 一种高倍稀释的pm2.5气溶胶发生系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统。振筛进料机、气溶胶扬尘器及一级稀释器、气溶胶缓冲罐及二级稀释器、PM_2.5分离器、引风机、气溶胶缓冲罐顺次相连，气溶胶缓冲罐、返料气流控制阀、返料气流流量计、气溶胶缓冲罐及二级稀释器顺次相连，气溶胶扬尘器及一级稀释器、振筛进料机最底层振筛级顺次相连，空气压缩机给出的压缩空气分成两路，一路依次通过二级稀释器压缩空气补气控制阀及流量计与气溶胶缓冲罐及二级稀释器相连，另一路依次通过一级稀释器射流气压控制阀及压力表与气溶胶扬尘器及一级稀释器相连。本实用新型实现自动连续稳定地产生高倍稀释的低浓度PM_2.5气溶胶，气溶胶颗粒粒径切割更精确。

Description

一种高倍稀释的PM2.5气溶胶发生系统

技术领域

本实用新型涉及气溶胶颗粒发生系统，具体涉及一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统。

背景技术

气溶胶颗粒发生系统不仅可以用于颗粒物物化特性研究、颗粒物荷电机理研究、颗粒物凝并脱除机理研究，而且在模拟大气环境和模拟电厂烟气环境的研究中具有重要作用，尤其在流场模拟及光学检测中具有很大的应用前景。目前气溶胶颗粒发生系统主要分为两种技术类型，一种利用燃烧直接生成颗粒，一种利用采集的粉尘颗粒作为颗粒来源进行颗粒扬尘。

利用燃烧直接生成颗粒的技术中，主要是利用甲烷或者丙烷等气体与氧气燃烧生成碳黑颗粒，这种气溶胶具有颗粒粒径小（基本处于纳米级）和较高的稳定性，但是其碳黑颗粒与电厂实际烟道中的粉尘颗粒特性相差较大，不利于开展颗粒的荷电凝并、声波团聚、水汽相变凝结和化学团聚等的实验研究。

利用采集的粉尘颗粒作为颗粒来源的技术中，主要有螺旋给料系统、振动给料系统、负压抽吸喷射系统、流化床给料系统和水汽蒸发携带技术等。其中，螺旋给料系统和振动给料系统是分别通过螺杆旋转推动和振动螺旋给料使得颗粒进入管道内形成气溶胶，负压抽吸喷射系统是通过形成负压状态直接抽吸颗粒进入管道内形成气溶胶，三者均能在一定程度上形成稳定的气溶胶，其不利的方面是对颗粒粒径缺乏选择性，不能形成特定颗粒粒径和特定浓度需求（高倍稀释）的气溶胶。流化床给料系统是通过在床层底部鼓入一定流量的气体，通过气力作用与颗粒自身的重力作用使得颗粒不停的上下翻滚流动，最终质量较小的颗粒逃逸形成气溶胶，该技术理论上对颗粒具有选择性，但在实际的操作中并不能很好地控制输入的气体流量，并且容易产生大颗粒的逃逸。水汽蒸发携带技术是通过将颗粒浸润于液相中，通过加热液相使得液相在蒸发的过程中携带部分颗粒，再在后期对液相进行烘干得到干燥的颗粒状态，该技术可以获得粒径较小的颗粒，然而在颗粒浸润的过程以及后期烘干液相的过程中容易破坏颗粒原本的物化特性。

因此，开发一种新型的基于实际电厂飞灰，具有颗粒粒径可选择性，气溶胶浓度稳定可控且可高倍稀释的颗粒发生系统非常必要。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统。该气溶胶发生系统可以利用采集到的矿物质颗粒物或者碳质颗粒物作为颗粒来源，通过颗粒扬尘、多级循环回路稀释和精确粒径切割，提供高倍稀释的PM_2.5气溶胶，通过提高经过PM_2.5分离器内的流量，可以提供颗粒粒径更小的气溶胶。该系统气溶胶颗粒浓度低，扬尘充分，避免管路堵塞，适用于针对细颗粒物的研究，高倍稀释后的气溶胶还适用于对颗粒开展光学检测。

高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统包括振筛进料机、气溶胶扬尘器及一级稀释器、气溶胶缓冲罐及二级稀释器、PM_2.5分离器、引风机、气溶胶缓冲罐、返料气流控制阀、返料气流流量计、二级稀释器压缩空气补气气流流量计、二级稀释器压缩空气补气控制阀、一级稀释器射流气压控制阀、一级稀释器射流气压压力表、空压机给气气流控制阀、空气压缩机；其中振筛进料机、气溶胶扬尘器及一级稀释器、气溶胶缓冲罐及二级稀释器、PM_2.5分离器、引风机、气溶胶缓冲罐顺次相连，气溶胶缓冲罐返料出口、返料气流控制阀、返料气流流量计、气溶胶缓冲罐及二级稀释器进料口顺次相连，气溶胶扬尘器及一级稀释器排气口、振筛进料机最底层振筛级进气口顺次相连，空气压缩机给出的气流通过空压机给气气流控制阀分成两路，一路依次通过二级稀释器压缩空气补气控制阀、二级稀释器压缩空气补气气流流量计与气溶胶缓冲罐及二级稀释器的进气口相连，另一路依次通过一级稀释器射流气压控制阀、一级稀释器射流气压压力表与气溶胶扬尘器及一级稀释器的进气口相连，所述PM_2.5分离器采用进料口切向布置且底部带灰斗的圆锥形旋风分离器装置。

所述振筛进料机采用全自动360度多层振筛级出料装置，每一层振筛级采用圆盘形筛网，最底层筛网采用400目工业用筛，每一层振筛级均开有切向型布置的出料口，最底层振筛级分别开有切向型布置的进气口和出料口。

所述的气溶胶扬尘器及一级稀释器的进料口管道顶端为圆锥体，圆锥体顶端位于气溶胶扬尘器及一级稀释器的内部腔体入口中心，圆锥体与气溶胶扬尘器及一级稀释器的进气口管道垂直交叉，进气气流通道构成“渐缩扩喷嘴”形式。

所述的气溶胶扬尘器及一级稀释器的出料口管道伸入装置内部，其管道顶端为圆锥体，圆锥体顶端位于气溶胶扬尘器及一级稀释器内部腔体出口中心，气溶胶扬尘器及一级稀释器的排气口位置正对出料口管道中部。 

所述的气溶胶缓冲罐及二级稀释器的进料口分成两部分，一部分连接气溶胶扬尘器及一级稀释器的出料口，另一部分连接气溶胶缓冲罐的返料气流，气溶胶缓冲罐及二级稀释器、PM_2.5分离器、引风机、气溶胶缓冲罐返料口、返料气流控制阀、返料气流流量计依次相连构成稀释循环回路。

同现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：

（1）在振筛进料机分级筛分的基础上，联合多级稀释装置和颗粒粒径分离装置，可利用实际采集的矿物质颗粒物或碳质颗粒物作为颗粒来源，实现自动连续稳定地产生低浓度PM_2.5气溶胶。

（2）气溶胶扬尘器及一级稀释器的排气口通过管路与振筛进料机最底层振筛级的进气口连通，一方面形成一级稀释循环回路，另一方面造成振筛进料机最底层振筛级微正压状态，使得最底层振筛级颗粒处于扬尘状态，有利于振筛进料机最底层振筛级的顺利出料。

（3）气溶胶扬尘器及一级稀释器前端进气口通入一定压力的干燥清洁的压缩空气，一方面控制气溶胶扬尘器及一级稀释器的进料口流量、出料口流量、排气口流量和一级稀释倍率，另一方面使得通入的压缩空气和振筛进料机最底层振筛级提供的气溶胶颗粒充分混合，形成稳定的细微颗粒物扬尘状态。

（4）由气溶胶缓冲罐及二级稀释器、PM_2.5分离器、引风机、气溶胶缓冲罐、返料气流控制阀和返料气流流量计组成二级稀释循环回路，一方面形成可控稀释倍率的第二级稀释系统，另一方面控制气溶胶缓冲罐给出的最终PM_2.5气溶胶流量并最大程度维持气溶胶缓冲罐及二级稀释器的扬尘状态。

（5）由PM_2.5分离器最终切割分离产生PM_2.5颗粒，通过振筛进料机分级筛分作用，气溶胶扬尘器及一级稀释器和气溶胶缓冲罐及二级稀释器的双重循环回路稀释作用，减轻了PM_2.5分离器切割分离的气溶胶颗粒浓度，在PM_2.5分离器底部灰斗体积一定的情况下，最大程度地拓宽了系统的清灰周期。

（6）该PM_2.5气溶胶发生系统颗粒适应范围广泛，颗粒粒径切割更精确，形成的气溶胶浓度更低，系统稳定运行时间较长。

附图说明

图1为本实用新型的高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统的结构示意图；

图中，振筛进料机1、气溶胶扬尘器及一级稀释器2、气溶胶缓冲罐及二级稀释器3、PM_2.5分离器4、引风机5、气溶胶缓冲罐6、返料气流控制阀7、返料气流流量计8、二级稀释器压缩空气补气气流流量计9、二级稀释器压缩空气补气控制阀10、一级稀释器射流气压控制阀11、一级稀释器射流气压压力表12、空压机给气气流控制阀13、空气压缩机14。

具体实施方式

如图1所示，高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统包括振筛进料机1、气溶胶扬尘器及一级稀释器2、气溶胶缓冲罐及二级稀释器3、PM_2.5分离器4、引风机5、气溶胶缓冲罐6、返料气流控制阀7、返料气流流量计8、二级稀释器压缩空气补气气流流量计9、二级稀释器压缩空气补气控制阀10、一级稀释器射流气压控制阀11、一级稀释器射流气压压力表12、空压机给气气流控制阀13、空气压缩机14；其中振筛进料机1、气溶胶扬尘器及一级稀释器2、气溶胶缓冲罐及二级稀释器3、PM_2.5分离器4、引风机5、气溶胶缓冲罐6顺次相连，气溶胶缓冲罐6返料出口、返料气流控制阀7、返料气流流量计8、气溶胶缓冲罐及二级稀释器3进料口顺次相连，气溶胶扬尘器及一级稀释器2排气口、振筛进料机1最底层振筛级进气口顺次相连，空气压缩机14给出的气流通过空压机给气气流控制阀13分成两路，一路依次通过二级稀释器压缩空气补气控制阀10、二级稀释器压缩空气补气气流流量计9与气溶胶缓冲罐及二级稀释器3的进气口相连，另一路依次通过一级稀释器射流气压控制阀11、一级稀释器射流气压压力表12与气溶胶扬尘器及一级稀释器2的进气口相连，所述PM_2.5分离器4采用进料口切向布置且底部带灰斗的圆锥形旋风分离器装置。

所述振筛进料机1采用全自动360度多层振筛级出料装置，每一层振筛级采用圆盘形筛网，最底层筛网采用400目工业用筛，每一层振筛级均开有切向型布置的出料口，最底层振筛级分别开有切向型布置的进气口和出料口。其中，振筛进料机1每一层振筛级的出料口采用与该振筛级圆筒壁相切的布置，便于颗粒出料，避免振筛级的堵塞。通过分级振筛使得初始颗粒进一步细分，从而减轻后续稀释装置和颗粒粒径分离装置的工作量，其中进气口通过管路与气溶胶扬尘器及一级稀释器2的排气口连通，便于气流在振筛进料机1最底层振筛级内形成微正压扬尘状态，避免振筛进料机1最底层振筛级出料口堵塞，出料口通过管路与气溶胶扬尘器及一级稀释器2的进料口连通。

所述的气溶胶扬尘器及一级稀释器2的进料口管道顶端为圆锥体，圆锥体顶端位于气溶胶扬尘器及一级稀释器2的内部腔体入口中心，圆锥体与气溶胶扬尘器及一级稀释器2的进气口管道垂直交叉，进气气流通道构成“渐缩扩喷嘴”形式。气溶胶扬尘器及一级稀释器2进料口流量、出料口流量、排气口流量和一级稀释倍率由进气口的压缩空气压力控制。其中，气溶胶扬尘器及一级稀释器2前端进气口所通入气体采用干燥清洁的压缩空气，避免水汽和杂质对颗粒的干扰。

所述的气溶胶扬尘器及一级稀释器2的出料口管道伸入装置内部，其管道顶端为圆锥体，圆锥体顶端位于气溶胶扬尘器及一级稀释器2内部腔体出口中心，气溶胶扬尘器及一级稀释器2的排气口位置正对出料口管道中部。 其出料口气流进入气溶胶缓冲罐及二级稀释器3的进料口，其余气流通过排气口引入振筛进料机1最底层振筛级进气口。

所述的气溶胶缓冲罐及二级稀释器3的进料口分成两部分，一部分连接气溶胶扬尘器及一级稀释器2的出料口，另一部分连接气溶胶缓冲罐6的返料气流，气溶胶缓冲罐及二级稀释器3、PM_2.5分离器4、引风机5、气溶胶缓冲罐6返料口、返料气流控制阀7、返料气流流量计8依次相连构成稀释循环回路。其中，气溶胶缓冲罐及二级稀释器3进气口所通入压缩气体采用干燥清洁的压缩空气，避免水汽和杂质对颗粒的干扰。

所述的PM_2.5分离器4进料口与气溶胶缓冲罐及二级稀释器3出料口连通，流量控制为85～90L/min，其出料口与引风机5进料口连通，流量控制为85～90L/min。

所述的引风机5进料口与PM_2.5分离器4出料口连通，控制PM_2.5分离器4流量为85～90L/min，其出料口与气溶胶缓冲罐6进料口连通。

所述的气溶胶缓冲罐6进料口与引风机5出料口连通，流量为85～90L/min，其出料口气溶胶一部分提供低浓度PM_2.5气溶胶用于实验系统，另一部分气流作为返料气流通过管路引入气溶胶缓冲罐及二级稀释器3进料口，返料气流流量由返料气流控制阀7和返料气流流量计8控制。其中，返料气流流量计7选用气体质量流量计，用于精确控制气体流量。

所述的空气压缩机14用于提供压缩空气，由空压机给气气流控制阀13控制总的给气流量，其中引入气溶胶缓冲罐及二级稀释器3进气口的压缩空气流量由二级稀释器压缩空气补气气流流量计9和二级稀释器压缩空气补气控制阀10控制，其中引入气溶胶扬尘器及一级稀释器2进气口的压缩空气流量由一级稀释器射流气压控制阀11和一级稀释器射流气压压力表12控制。其中，二级稀释器压缩空气补气气流流量计9选用气体质量流量计，用于精确控制气体流量。

高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生方法是：颗粒物原料进入振筛进料机1之后通过多层振筛级的振筛作用，在最底层振筛级内获取颗粒粒径小于37.4微米的颗粒物，在最底层振筛级进气气流作用下形成气溶胶；压缩空气进入气溶胶扬尘器及一级稀释器2的进气口管道后经过其圆锥体顶端进入气溶胶扬尘器及一级稀释器2内部腔体，进气气流通过“文丘里效应”使圆锥体顶端压力低于气溶胶扬尘器及一级稀释器2的进料口压力，通过“压力差作用”促使气溶胶进入气溶胶扬尘器及一级稀释器2的进料口；在气溶胶扬尘器及一级稀释器2进气口气流压力的作用下，气溶胶扬尘器及一级稀释器2进料口进入的气溶胶和进气口进入的压缩空气在其内部腔体充分混合之后一部分通过出料口进入气溶胶缓冲罐及二级稀释器3的进料口，另一部分通过排气口进入振筛进料机1最底层振筛级进气口，一方面构成稀释循环回路，另一方面形成振筛进料机1最底层振筛级的微正压扬尘状态，防止振筛进料机1最底层振筛级堵塞；气溶胶扬尘器及一级稀释器2进料口的流量和出料口流量以及一级稀释倍率由气溶胶扬尘器及一级稀释器2进料口气压和进气口气压所控制，设定气溶胶扬尘器及一级稀释器2进料口气压为1000～1040mbar，进气口气压为1.9～2.1bar，则气溶胶扬尘器及一级稀释器2进料口流量为5.4～6.2L/min，出料口气溶胶流量为5.4～6.2L/min，排气口流量为37.6～43.8 L/min，一级稀释倍率约为8倍；气溶胶缓冲罐及二级稀释器3的进料口分成两部分，一部分连接气溶胶扬尘器及一级稀释器2的出料口，另一部分连接气溶胶缓冲罐6的返料气流，其进气口通入压缩空气作为补气气流；其中气溶胶缓冲罐及二级稀释器3出料口流量设定为85～90 L/min，则气溶胶缓冲罐及二级稀释器3的二级稀释倍率由气溶胶缓冲罐6返料气流的流量控制，气溶胶缓冲罐6返料气流的流量范围设定为0～84.6 L/min，则气溶胶缓冲罐及二级稀释器3进气口压缩空气流量范围为84.6～0 L/min，其二级稀释倍率范围为16.7～1倍；气溶胶颗粒经过一级稀释和二级稀释之后的总稀释倍率范围为133.3～8倍；稀释后的气溶胶通过气溶胶缓冲罐及二级稀释器3的出料口进入PM_2.5分离器4进料口，通过PM_2.5分离器4进料口切向布置的导流作用产生强烈的旋转，旋转气流沿着PM_2.5分离器4的圆锥形腔体内壁呈螺旋向下运动，体积质量大的颗粒物在离心力作用下脱离旋转气流到达圆锥形腔体内壁面并且在重力作用下沿着壁面到达PM_2.5分离器4底部的灰斗，旋转气流在圆锥形腔体内向中心收缩并向上形成二次涡流最终进入PM_2.5分离器4的出料口；设定PM_2.5分离器4出料口流量为85～90 L/min，气溶胶颗粒物在PM_2.5分离器4内根据颗粒物粒径大小被切割分离，其中粒径大于2.5微米的颗粒物经过分离进入PM_2.5分离器4底部的灰斗，粒径小于2.5微米的颗粒物从PM_2.5分离器4的出料口通过引风机5进入气溶胶缓冲罐6的进料口，在气溶胶缓冲罐6出口处气流被分成两部分，一部分用于颗粒试验研究，一部分通过气溶胶缓冲罐6返料口进入气溶胶缓冲罐及二级稀释器3进料口，用于构成二级稀释循环回路。

Claims (5)

1.一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统，其特征在于包括振筛进料机（1）、气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）、气溶胶缓冲罐及二级稀释器（3）、PM_2.5分离器（4）、引风机（5）、气溶胶缓冲罐（6）、返料气流控制阀（7）、返料气流流量计（8）、二级稀释器压缩空气补气气流流量计（9）、二级稀释器压缩空气补气控制阀（10）、一级稀释器射流气压控制阀（11）、一级稀释器射流气压压力表（12）、空压机给气气流控制阀（13）、空气压缩机（14）；其中振筛进料机（1）、气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）、气溶胶缓冲罐及二级稀释器（3）、PM_2.5分离器（4）、引风机（5）、气溶胶缓冲罐（6）顺次相连，气溶胶缓冲罐（6）返料出口、返料气流控制阀（7）、返料气流流量计（8）、气溶胶缓冲罐及二级稀释器（3）进料口顺次相连，气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）排气口、振筛进料机（1）最底层振筛级进气口顺次相连，空气压缩机（14）给出的气流通过空压机给气气流控制阀（13）分成两路，一路依次通过二级稀释器压缩空气补气控制阀（10）、二级稀释器压缩空气补气气流流量计（9）与气溶胶缓冲罐及二级稀释器（3）的进气口相连，另一路依次通过一级稀释器射流气压控制阀（11）、一级稀释器射流气压压力表（12）与气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）的进气口相连，所述PM_2.5分离器（4）采用进料口切向布置且底部带灰斗的圆锥形旋风分离器装置。

2.根据权利要求1所述的一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统，其特征在于，所述振筛进料机（1）采用全自动360度多层振筛级出料装置，每一层振筛级采用圆盘形筛网，最底层筛网采用400目工业用筛，每一层振筛级均开有切向型布置的出料口，最底层振筛级分别开有切向型布置的进气口和出料口。

3.根据权利要求1所述的一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统，其特征在于，所述的气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）的进料口管道顶端为圆锥体，圆锥体顶端位于气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）的内部腔体入口中心，圆锥体与气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）的进气口管道垂直交叉，进气气流通道构成“渐缩扩喷嘴”形式。

4.根据权利要求1和3所述的一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统，其特征在于，所述的气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）的出料口管道伸入装置内部，其管道顶端为圆锥体，圆锥体顶端位于气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）内部腔体出口中心，气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）的排气口位置正对出料口管道中部。

5.根据权利要求1所述的一种高倍稀释的PM_2.5气溶胶发生系统，其特征在于，所述的气溶胶缓冲罐及二级稀释器（3）的进料口分成两部分，一部分连接气溶胶扬尘器及一级稀释器（2）的出料口，另一部分连接气溶胶缓冲罐（6）的返料气流，气溶胶缓冲罐及二级稀释器（3）、PM_2.5分离器（4）、引风机（5）、气溶胶缓冲罐（6）返料口、返料气流控制阀（7）、返料气流流量计（8）依次相连构成稀释循环回路。