CN204439428U - 一种基于多路并行反馈控制的pm2.5源解析采样装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及环境监测设备领域,特别是一种基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,包括烟气采集组件、混合停留室、PM切割器、采样分析单元,还包括第二流量计、空气输送单元,第二流量计设置连接在烟气采集组件和混合停留室之间,空气输送单元包括气泵、空气过滤器、缓冲罐、第一比例阀、空气输送传感器单元、第一流量计,气泵通过空气过滤器连接至缓冲罐,缓冲罐通过第一比例阀经空气输送传感器单元连接至第一流量计,第一流量计连接至混合停留室,采样分析单元为多路并行采样分析单元,能够进行多路同时采用并对采样流量进行控制。本专利采用的是传统的固定污染源采样方式,可在现有产品上改进加工,制作难度降低,成本较低,易于推广。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测设备领域,一种针对固定燃烧源排放颗粒物采样系统,特别是用于采集PM2.5的专用设备。
背景技术
PM2.5是一种可吸入肺中的细颗粒物,它的直径小于2.5微米,它约占可吸入颗粒物PM10的80%。而化石燃料燃烧过程中会产生大量颗粒物,直接排放到空气中,会危害人体健康,造成大气污染和破坏生态环境,特别是烟气中PM2.5微细颗粒物,会在大气中长期停留,对人体健康和大气环境影响更大,现有技术主要集中在对PM2.5细颗粒物进行处理的除尘,实际应用效果到底如何并无明确的测试数据,这就涉及到对固定污染源PM2.5采样分析的技术。
PM2.5采样装置一般包括烟气进气部分、稀释空气部分、稀释混合部分与采样部分,其中稀释空气部分和稀释混合部分是实现烟气和大气混合的装置,其目的是模拟烟气从排放口出来后与大气的混合过程,捕集的颗粒物可近似认为是污染源排放颗粒物在大气中的真实状态,其关键是控制烟气和环境空气的稀释比。
目前常用的办法是通过将稀释空气进气管道连接流量计实现,例如专利号200510086292.6的发明专利涉及固定燃烧源排放颗粒物稀释采样系统,包括烟气进气部分、一级稀释系统、二级稀释系统、停留室和采样部分等,该发明通过多孔湍流稀释与喷射稀释相结合的两级稀释系统,加强烟气和空气的混合。由于烟道的烟气流量存在波动,特别当流量波动比较大的时候,不对空气流量和进行及时调节,直接影响测量的精度;同时,高温的烟气和常温的空气混合,混合后的体积和也会存在一定的变化,造成测量结果出现偏差,因而这种结构的采样装置无法实现对稀释比的精确控制。在采样系统中,两路采样分别与停留室采样孔相连,均由切割器、采样膜、调节阀、转子流量计、采样泵组成,这种结构虽然可以采样不同直径的颗粒物,但是采样通道较少,不利于分析颗粒物中的各种成分,同时,各种装置的重复对设备内部的布局、设备的利用率、设备的外观都有不利的影响。
专利号为201410340512.2的发明专利涉及一种固定污染源排放PM2.5稀释采样装置,该装置由烟气进气部分、稀释空气部分、稀释混合部分、旁路部分与采样部分组成,采样部分由PM2.5切割器、连接管、取样罐、采样组件组成,而采样组件包括采样管路、采样膜、质量流量计与采样泵,同时各个采样组件均由一个采样泵实现。这种先切割后采样的方式可以减少切割器的数量,但是必须保证切割器的输入与输出流量稳定,才能保证采样样本的可靠,所以对各个采样管路流量的控制成为关键,而本装置仅对各个采样组件的流量进行调节,并未进行精确控制,自动化程度不高,会对最后的样本分析产生影响。
发明内容
要解决的技术问题
针对现有技术中存在的烟气采样方式单一,无法精确控制稀释比,进而模拟污染源排放颗粒物在大气中的真实状态的问题,本发明提供了一种基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,它可以实现精确采样和颗粒物老化的仿真。
技术方案
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,包括烟气采集组件、混合停留室、PM切割器、采样分析单元,烟气采集组件连接至混合停留室,混合停留室通过PM切割器连接至采样分析单元,还包括第二流量计、空气输送单元,第二流量计设置连接在烟气采集组件和混合停留室之间,空气输送单元包括气泵、空气过滤器、缓冲罐、第一比例阀、空气输送传感器单元、第一流量计,气泵通过空气过滤器连接至缓冲罐,缓冲罐通过第一比例阀经空气输送传感器单元连接至第一流量计,第一流量计连接至混合停留室,所述的采样分析单元为多路并行采样分析单元,能够进行多路同时采用并对采样流量进行控制。
上述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,还设置有第三流量计、排空管路和第四流量计,第三流量计设置连接在混合停留室和PM切割器之间,排空管路设置在混合停留室上,由混合停留室引出依次包括第二比例阀、第四流量计和微粒物过滤器。
上述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,所述的多路并行采样分析单元具体包括分流腔、PM采集吸附腔、采样比例阀、采样流量计、采样泵、排空管路比例阀、排空气泵、排空微粒物过滤器、排空流量计,PM采集吸附腔与分流腔连通, PM采集器吸附腔依次通过采样比例阀、采样流量计与采样泵连接,分流腔还通过排空管路依次连接排空管路比例阀、排空气泵、排空微粒物过滤器、排空流量计。
上述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,所述的PM采集吸附腔设置不少于两个,每个PM采集吸附腔分别对应设置采样比例阀和采样流量计。
上述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,所述的烟气采集组件由采样探头、加热采样探杆、烟气传感器单元、皮托管、压差变送器组成,皮托管、压差变送器能够测量烟气流速。
上述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,混合停留室中烟气的停留时间不少于8秒,混合停留室内设置有监测传感器。
有益效果
相比于现有技术,本发明的优点在于:
1、本专利采用的是传统的固定污染源采样方式,可在现有产品上改进加工,制作难度降低,成本较低,易于推广。
2、本专利中,稀释气体进入通过气泵,经空气过滤器进入,去除稀释气体中的影响因子,保证采用精确性,同时,加装第一流量计,对稀释气体流量进行控制,实现稀释比的精确控制。本专利中,在空气过滤器之后、第一比例阀之前设置缓冲罐,起到稳定流经第一流量计气流的作用,解决了气泵经空气过滤器导致的气流不稳定的问题。本专利可以根据各流量计及检测单元的参数,通过调节比例阀的开度调节稀释空气进气量,适用于烟气等速采样环境,到达精确控制稀释比的目的。
3、本专利采用了多路并行采样分析单元,分流腔引出连接多个PM采集吸附腔,具体数量可根据需要选择,一般设置3~5个,可进行平行采样,并且可根据具体采样流量计算所需要的稀释空气流量,基于多路并行的流量对前端的进气流量控制,从而更加精确采样及控制稀释比。
4、因为固定源烟气排放至大气中有成核、凝聚、老化等过程,所以稀释样气进入停留室到稳定需要一定的时间。在停留室的出口增加流量调节单元,主要有比例阀、文丘里流量计、高效微粒过滤器组成。控制器根据测量停留室内气体的流量 ,实时自动控制流量调节单元的比例阀,控制流量调节单元的流量 ,不仅使得稀释样气从流入停留室到流出停留时间可控,而且进入PM切割器的流量稳定,保证样本的可靠。
5、本发明在停留室末端增设第三、第四流量计,通过停留室传感器对其中的参数进行实时监测,并调整停留室流出气体的量,选择恰当的采样流量和排空流量,既保证了停留时间,同时不会在停留室内过多停留气体,保持体系的压力稳定,提高采样精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图中:1、烟气管道,2、采样探头,3、皮托管,4、压差变送器,5、加热采样探管,6、第二流量计,7、稀释槽,8、停留室,9、烟气传感器单元,10、第一流量计,11、空气输送传感器单元,12、第一比例阀,13、高效微粒物过滤器,14、活性炭过滤器,15、气泵,16、缓冲罐,17、停留室传感器,18、第三流量计,19、PM切割器,20、第二比例阀,21、第四流量计,22、微粒物过滤器,23、分流腔,24、球阀,25、PM采集吸附腔,26、采样比例阀,27、采样流量计,28、采样泵,29、排空管路比例阀,30、排空气泵,31、排空微粒物过滤器,32、排空流量计,33、控制单元。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例,对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示,本实施例的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,包括烟气采集组件、混合停留室、PM切割器19、采样分析单元。
烟气采集组件是采集烟气的单元,直接设置在污染源的管道内,采集管道内的烟气;混合停留室是烟气和稀释气体相互混合并停留的区域,具体包括稀释槽7和停留室8,稀释槽7和停留室8之间相互连通,烟气采集组件连接至稀释槽7,停留室8再通过PM切割器19连接至采样分析单元,采样分析单元为多路并行采样分析单元,能够进行多路同时采用并对采样流量进行控制
本实施例中还包括第二流量计6、空气输送单元,第二流量计6设置连接在烟气采集组件和稀释槽7之间,空气输送单元包括气泵15、空气过滤器、缓冲罐16、第一比例阀12、空气输送传感器单元11、第一流量计10,空气过滤器可根据实际需要选择,本实施例采用了活性炭过滤器14和高效微粒物过滤器13串联的布置方式,气泵15通过活性炭过滤器14和高效微粒物过滤器13连接至缓冲罐16,缓冲罐16通过第一比例阀12经空气输送传感器单元11连接至第一流量计10,第一流量计10连接至稀释槽7。上述结构可以将气泵15输送来的气体,经空气过滤器实现杂质去除,然后输送至稀释槽和烟气进行混合,从而达到稀释的目的,第二流量计6、第一流量计10可以分别对烟气、稀释气体的进入量进行精确掌握,当第二流量计6反馈烟气流量后,可以通过调整气泵15和第一比例阀12开度等方式,在第一流量计10获得所需的流量,从而实现稀释比的精确控制,同时,空气输送传感器单元11还可对稀释气体的温度、气压进行监测。
一般为保证烟气与稀释气体的混合效果和颗粒物的成核、凝聚、老化过程的拟真,混合停留室中烟气的停留时间一般不少于8秒,混合停留室内设置有停留室传感器17,具体为温度传感器和压力传感器,可随时监测停留室8内的温度、压力情况。
实施例2
作为实施例1的更进一步方案,本实施例中,还设置有第三流量计18、排空管路和第四流量计21,第三流量计18设置连接在停留室8和PM切割器19之间,排空管路由停留室8引出,依次连接第二比例阀20、第四流量计21和微粒物过滤器22后排空。
本实施例设置第三流量计18、第四流量计21以实现停留室8出口的气体量可精确监测,由于烟气中的PM存在空气中的老化问题,而采样过程中又会根据不同的采样需求需要不同的精确流量控制,一旦进入停留室8的流量大于采样流量,会造成停留室8压力增大,从而造成体系压力增加,进气阻力增大,影响采集烟气的单元的工作,进而稀释比控制出现误差,影响采样精度。而本实施中增加了排空管路,从而增强体系适应性,可根据不同采样需求灵活调整采样流量,适应性更强。
为更好的实现自动化,可以增加控制单元33,控制单元33通过有线或者无线方式与装置连接控制,通过皮托管3、压差变送器4测量烟气流速,通过烟气传感器单元9测量烟气温度、气压,通过空气输送传感器单元11测量稀释气体的温度、气压,根据混合停留室的烟气、稀释气体的温度、气压参数及所需的稀释比,分别计算进气流量,并通过第一比例阀12调节稀释气体的进入量,从而配合烟气的量达到所需的稀释比。该过程可以是动态调整的过程,同时,通过停留室传感器17实施监测调节情况。
实施例3
本实施例中,前部分结构与实施例1或实施例2相同,所述的多路并行采样分析单元具体包括分流腔23、PM采集吸附腔25、采样比例阀26、采样流量计27、采样泵28、排空管路比例阀29、排空气泵30、排空微粒物过滤器31、排空流量计32,PM采集吸附腔25与分流腔23连通, PM采集器吸附腔25依次通过采样比例阀26、采样流量计27与采样泵28连接,分流腔23还通过排空管路依次连接排空管路比例阀29、排空气泵30、排空微粒物过滤器31、排空流量计32。作为后备的解决方法,分流腔23还可以通过球阀24排空,避免排空管路故障时,系统流量不畅导致憋压,进而影响采样精确性。
本实施例中,具体的PM采集吸附腔25设置4个,每个PM采集吸附腔25分别对应设置采样比例阀26和采样流量计27。
实施例4
上述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,所述的烟气采集组件由采样探头2、加热采样探杆5、烟气传感器单元9、皮托管3、压差变送器4组成,采样探头2放置于烟气管道1内,采样探头2连接在加热采样探杆5的端部,烟气传感器单元9主要用于监测加热采样探杆5内的烟气温度,皮托管3、压差变送器4能够测量烟气流速。
Claims (6)
1.一种基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,包括烟气采集组件、混合停留室、PM切割器、采样分析单元,其特征在于:烟气采集组件连接至混合停留室,混合停留室通过PM切割器连接至采样分析单元,还包括第二流量计、空气输送单元,第二流量计设置连接在烟气采集组件和混合停留室之间,空气输送单元包括气泵、空气过滤器、缓冲罐、第一比例阀、空气输送传感器单元、第一流量计,气泵通过空气过滤器连接至缓冲罐,缓冲罐通过第一比例阀经空气输送传感器单元连接至第一流量计,第一流量计连接至混合停留室,所述的采样分析单元为多路并行采样分析单元,能够进行多路同时采用并对采样流量进行控制。
2.根据权利要求1所述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,其特征在于:还设置有第三流量计、排空管路和第四流量计,第三流量计设置连接在混合停留室和PM切割器之间,排空管路设置在混合停留室上,由混合停留室引出依次包括第二比例阀、第四流量计和微粒物过滤器。
3.根据权利要求1所述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,其特征在于:所述的多路并行采样分析单元具体包括分流腔、PM采集吸附腔、采样比例阀、采样流量计、采样泵、排空管路比例阀、排空气泵、排空微粒物过滤器、排空流量计,PM采集吸附腔与分流腔连通, PM采集器吸附腔依次通过采样比例阀、采样流量计与采样泵连接,分流腔还通过排空管路依次连接排空管路比例阀、排空气泵、排空微粒物过滤器、排空流量计。
4.根据权利要求3所述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,其特征在于:所述的PM采集吸附腔设置不少于两个,每个PM采集吸附腔分别对应设置采样比例阀和采样流量计。
5.根据权利要求1所述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,其特征在于:所述的烟气采集组件由采样探头、加热采样探杆、烟气传感器单元、皮托管、压差变送器组成,皮托管、压差变送器能够测量烟气流速。
6.根据权利要求1所述的基于多路并行反馈控制的PM2.5源解析采样装置,其特征在于:混合停留室中烟气的停留时间不少于8秒,混合停留室内设置有停留室传感器。
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