CN204461840U - 一种基于二氧化碳浓度控制的pm2.5源解析采样装置 - Google Patents

一种基于二氧化碳浓度控制的pm2.5源解析采样装置 Download PDF

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陈莹
彭先德
贺磊
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Abstract

本实用新型涉及环境监测设备领域,特别是一种基于二氧化碳浓度控制的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、三个二氧化碳检测单元及检测气泵,烟气采集组件、空气输送单元、混合停留室分别连接至二氧化碳检测单元后再连接至检测气泵。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

一种基于二氧化碳浓度控制的PM2.5源解析采样装置
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。
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二氧化碳浓度控制的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。
一种基于二氧化碳浓度控制的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、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连接至第一流量计,第一流量计连接至混合停留室,还包括三个二氧化碳检测单元及检测气泵,烟气采集组件、空气输送单元、混合停留室分别连接至二氧化碳检测单元后再连接至检测气泵。
上述的基于二氧化碳浓度控制的PM2.5源解析采样装置,二氧化碳检测单元由酸性干燥剂、高效微粒过滤器、标定装置、CO2分析仪、球阀、质量流量计组成,CO2分析仪设置有两个入口,酸性干燥剂通过高效微粒过滤器连接至CO2分析仪的入口位置,标定装置连接至CO2分析仪的另一入口位置,CO2分析仪出口通过球阀连接至质量流量计,质量流量计连接至检测气泵。
上述的基于二氧化碳浓度控制的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。
上述的基于二氧化碳浓度控制的PM2.5源解析采样装置,采样分析单元具体包括分流腔、PM分析仪、PM采集器、球阀、流量计、采样泵,分流腔分别连接至PM分析仪和PM采集器,PM采集器依次通过球阀、流量计与采样泵连接。
上述的基于二氧化碳浓度控制的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。
上述的基于二氧化碳浓度控制的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、本专利利用烟气稀释前后CO2不发生化学反应的特点,在烟气采集组件、空气输送单元、混合停留室位置分别设置对应的二氧化碳检测单元,可以检测、计算混合前后CO2浓度比得到烟气与空气的稀释比,从而使得系统更加准确可控,从而保证稀释比恒定。
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、烟气温度传感器,10、第一流量计,11、二氧化碳检测单元,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、PM分析仪,25、PM采集器,26、球阀,27、流量计,28、采样泵,29、酸性干燥剂,30、高效微粒过滤器,31、标定装置,32、CO2分析仪,33、球阀,34、质量流量计,35、检测气泵,36、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,本实施例的基于二氧化碳浓度控制的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。
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、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。
本实施例还包括三个二氧化碳检测单元11及检测气泵35,烟气采集组件、空气输送单元、混合停留室分别连接至二氧化碳检测单元后再连接至检测气泵。可对烟气采集组件、空气输送单元、混合停留室三部分内气体的二氧化碳浓度进行检测,并根据二氧化碳浓度进行稀释比控制,由于稀释前后CO2不发生化学反应,因此检测、计算混合前后CO2浓度比得到烟气与空气的稀释比,更加准确可控,从而保证稀释比恒定。
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,二氧化碳检测单元11由酸性干燥剂29、高效微粒过滤器30、标定装置31、CO2分析仪32、球阀33、质量流量计34组成,CO2分析仪32设置有两个入口,酸性干燥剂29通过高效微粒过滤器30连接至CO2分析仪32的入口位置,标定装置31连接至CO2分析仪32的另一入口位置,用于给CO2分析仪校准,CO2分析仪32出口通过球阀33连接至质量流量计34,质量流量计34连接至检测气泵35。如图1所示,为检测烟气采集组件、空气输送单元、混合停留室的CO2浓度,本实施例中,三个二氧化碳检测单元11连接位置分别是烟气管道1内、缓冲罐16出口管道上和停留室8内部,当然也可以选择其他位置。、,在此不逐一列举。
实施例3
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36,控制单元36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,通过烟气温度传感器9测量烟气温度,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4
本实施例中,前部分结构与实施例1、2或3相同,采样分析单元具体包括分流腔23、PM分析仪24、PM采集器25、球阀26、流量计27、采样泵28,分流腔23分别连接至PM分析仪24和PM采集器25,PM采集器25依次通过球阀26、流量计27与采样泵28连接。如图1所示,根据需要,PM采集器25可以由分流腔23引出设置多个,本实施例中设置3个,并分别对应设置球阀26、流量计27,最后连接至采样泵28。
实施例5
上述的基于二氧化碳浓度控制的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、烟气温度传感器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,烟气温度传感器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)

1.一种基于二氧化碳浓度控制的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、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连接至第一流量计,第一流量计连接至混合停留室,还包括三个二氧化碳检测单元及检测气泵,烟气采集组件、空气输送单元、混合停留室分别连接至二氧化碳检测单元后再连接至检测气泵。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳浓度控制的PM2.5源解析采样装置,其特征在于:所述的二氧化碳检测单元由酸性干燥剂、高效微粒过滤器、标定装置、CO2分析仪、球阀、质量流量计组成,CO2分析仪设置有两个入口,酸性干燥剂通过高效微粒过滤器连接至CO2分析仪的入口位置,标定装置连接至CO2分析仪的另一入口位置,CO2分析仪出口通过球阀连接至质量流量计,质量流量计连接至检测气泵。
3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳浓度控制的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。
4.根据权利要求1所述的基于二氧化碳浓度控制的PM2.5源解析采样装置,其特征在于:采样分析单元具体包括分流腔、PM分析仪、PM采集器、球阀、流量计、采样泵,分流腔分别连接至PM分析仪和PM采集器,PM采集器依次通过球阀、流量计与采样泵连接。
5.根据权利要求1所述的基于二氧化碳浓度控制的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所述的基于二氧化碳浓度控制的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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