CN206057039U - 一种污染源中不同形态和粒径的颗粒物的采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种污染源中不同形态和粒径的颗粒物的采样系统，包括：依次连通的采样嘴，可替换部件A，采样管，可替换部件B，处理装置以及采样泵，可替换部件B设置于一加热盒内；其中，处理装置中设有依次串联的多个冲击式吸收瓶；可替换部件A是PM_2.5旋风切割器以及滤膜，或PM₁₀旋风切割器以及滤膜，或PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器以及滤膜时，可替换部件B是玻璃直管；或可替换部件A是弯管时，可替换部件B是设置于滤筒夹中的滤筒或设置于滤膜夹中的滤膜。本实用新型提供了一种可以实现各污染因子的单独或同时采样，同时兼具加热及流速测定功能，具有提高的污染源颗粒物采样能力及样品采集的准确性、代表性的采样系统。

Description

一种污染源中不同形态和粒径的颗粒物的采样系统

技术领域

本实用新型涉及一种采样系统，更具体地涉及一种污染源中不同形态和粒径的颗粒物的采样系统。

背景技术

根据中国固定源颗粒物测定标准GBl6157-1996(固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法)和HJ/T397-2007(固定源废气监测技术规范)，对颗粒物进行了这样的定义：燃料和其它物质在燃烧、合成、分解和各种物料在机械处理中所产生的悬浮于排放气体中的固体和液体颗粒物状物质。由定义可知，以固态或者液态形式存在的才为颗粒物，然而，气态或者蒸汽类物质因为温度、压力变化，也可凝结为固态或者液态，形成颗粒物。该类颗粒物因为其体积极小，且形成于离开烟囱的烟羽中，所以无法应用中国现有颗粒物监测方法测定。该类颗粒物，称为可凝结颗粒物，美国EPA(美国环保署)这样定义：该物质在烟道温度状况下在采样位置处为气态，离开烟道后在环境状况下降温数秒内凝结成为液态或者固态。该类物质通常以冷凝核的形式存在，EPA M202中把CPM假设为PM2.5粒级，即空气动力学直径小于或等于2.5μm。因此，可过滤颗粒物(FPM)与可凝结颗粒物(CPM)量之和，才是污染源向环境空气中排放的颗粒物总量即总颗粒物。

现有技术公开了一种污染源烟道中颗粒物采样系统，该采样系统具体是将滤筒装入采样管后，将采样管放置于烟道内，进行烟道内过滤采样。其中采样管主要由采样嘴、前弯管、滤筒夹、滤筒(玻璃纤维或石英纤维)、不锈钢采样管等部分组成。滤筒由滤筒夹顶部装入，靠入口处两个锥度相同的圆锥环夹紧固定。在滤筒外部有一个与滤筒外形一样而尺寸稍大的多孔不锈钢托，用以承托滤筒，以防采样时滤筒破裂。采样管各部分均用不锈钢制作及焊接，显然，该采样系统的缺陷在于仅限于可过滤颗粒物(FPM)的采集。

然而随着公众对于PM_2.5这一话题的日益关注以及由此带来的环境主管部门对于监管要求的日益提高，对于污染源中排放的PM₁₀、PM_2.5乃至于可凝结颗粒物(CPM)的监测需求日益迫切，而现有技术却无法满足以同一套系统对污染源中各种不同形态和粒径的颗粒物的全面采样。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种污染源中不同形态和粒径的颗粒物的采样系统，从而解决现有技术中的采样系统无法以一套系统对不同形态和粒径的颗粒物全面采集的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种污染源中不同形态和粒径的颗粒物的采样系统，所述采样系统包括：依次连通的采样嘴，可替换部件A，采样管，可替换部件B以及采样泵，所述可替换部件B设置于一加热盒内；其中，所述处理装置中设有依次串联的多个冲击式吸收瓶；所述可替换部件A是PM_2.5旋风切割器以及滤膜，或PM₁₀旋风切割器以及滤膜，或PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器以及滤膜时，所述可替换部件B是玻璃直管；或所述可替换部件A是弯管时，所述可替换部件B是设置于滤筒夹中的滤筒或设置于滤膜夹中的滤膜。

当所述可替换部件A是弯管，所述可替换部件B是设置于滤筒夹中的滤筒或设置于滤膜夹中的滤膜时，所述采样系统还包括：设置在所述可替换部件B与处理装置之间的冷凝管，以及与所述冷凝管的入水口相连的冷水机，其中，所述冷凝管的出水口又与所述处理装置的入水口相连，所述处理装置的出水口又与冷水机的入水口相连。

所述处理装置的多个冲击式吸收瓶之间还设有CPM滤膜夹，所述CPM滤膜夹中设有CPM滤膜。

所述CPM滤膜夹之前的冲击式吸收瓶中不填充任何填料，所述CPM滤膜夹之后的冲击式吸收瓶中填充有水和/或硅胶。

所述冷凝管出口和CPM滤膜夹出口处均设有热电偶温度探头。

所述采样管外和加热盒内均设有热电偶温度探头。

所述采样管的内部设有可拆卸的玻璃管。

所述采样系统还包括设置于所述采样管外侧的s型皮托管。

所述滤筒通过滤筒夹固定，所述滤膜通过滤膜夹固定。

所述采样嘴、可替换部件A以及采样管的前端伸入烟道内，所述采样管的后端位于烟道外。

所述采样管的管壁中均匀布置有加热丝。

根据本实用新型，可根据颗粒物特性选择烟道内过滤和烟道外过滤这样两种过滤方式中的一种进行采样，提高样品准确性。其中，烟道内过滤和烟道外过滤的差别主要在于烟道内过滤可以避免温度对于结果的影响，但本采样系统可以通过设置采样管和加热盒的温度使其保持与烟气温度一致以避免该影响。其次，针对烟气含湿量高的情况下，为避免加热时间及距离过短无法使水滴汽化，故采用外过滤模式，或者是针对可凝结颗粒物的采集时，由于可凝结颗粒物只有在充分冷凝后才得以形成固态或者液态的颗粒物，也需要采用外过滤模式。而针对PM_2.5、PM₁₀或者其他粒径的可过滤颗粒物的采集则采用内过滤模式。

根据本实用新型，通过在冷凝管出口和CPM滤膜夹出口处均设有热电偶温度探头，可随时对温度进行观察，以确保冷凝效果。

根据本实用新型，采样管采用加热丝加热，可确保烟气在过滤前全程加热，有效减少烟气含湿量高时对于滤膜或滤筒的影响。采样管与加热盒可调控加热温度，针对烟道外过滤系统，可设置使烟气过滤前温度始终与烟道内保持一致，避免温度变化对最后结果造成的影响。

根据本实用新型，采样管内管为可拆卸玻璃管，可防止锈蚀情况的发生，同时便于日常清洁维护，避免在淋洗收集样品时引入误差。

综上所述，本实用新型的有益效果在于，以一套采样系统可单独或同时采集污染源中不同形态和粒径的颗粒物；还可根据烟道特性选择不同的过滤方式进行采样，提高样品准确性；采样管可全程加热，有效减少高烟气湿度对于采样的影响；采样气路都是玻璃管路，便于清洁维护，减少样品污染；可准确显示及控制温度加热，确保测量标准中对于样品温度的控制要求得到落实；流速同步测定保证了采样时的采样流速与烟气的实际流速同步。总之，本实用新型提供了一种可以实现各污染因子的单独或同时采样，同时兼具加热及流速测定功能，从而提高污染源颗粒物采样的能力及样品采集的准确性、代表性的采样系统。

附图说明

图1是根据本实用新型的第一优选实施例的采样系统的立体图；

图2是如图1所示采样系统中的干燥箱的剖面图；

图3是组装在一起的PM2.5旋风切割器和滤膜夹的结构示意图；

图4是玻璃直管的结构示意图；

图5是组装在一起的PM10旋风切割器和滤膜夹的结构示意图；

图6是组装在一起的PM2.5、PM10组合旋风切割器和滤膜夹的结构示意图；

图7是根据本实用新型的第五优选实施例的采样系统的立体图；

图8是如图7所示采样系统中的水浴箱的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。

实施例1

如图1所示，是根据本实用新型的第一优选实施例的采样系统100，用于污染源中各种粒径的可过滤颗粒物的采集。该采样系统100包括：依次连通的采样嘴1，弯管2，采样管3，滤筒，干燥箱6以及采样泵7，此外，还包括：为所述滤筒提供加热并设置于滤筒外部的加热盒4，滤筒通过滤筒夹5固定，设置于采样管3外侧的s型皮托管8和热电偶温度探头9，以及加热控制器10。其中，采样嘴1用于采集烟气样品，采样管3优选由不锈钢材料制成，内部设有可拆卸玻璃管，防止锈蚀情况的发生，同时便于日常清洁维护，避免在淋洗收集样品时引入误差。加热盒4采用合页式结构，便于滤筒夹5在其中的拆卸和安装。采样管3和加热盒4均通过加热控制器10实现可调控加热，针对烟道外过滤系统，从而保证烟气在过滤前全程加热，使烟气过滤前温度始终与烟道内保持一致，避免温度变化对最后结果造成的影响，并能有效降低烟气含湿量高时对于滤筒的影响。加热盒4内也设有热电偶温度探头24。具体地，采样管3的管壁中均匀分布有加热丝。可选地，也可将滤筒夹5替换为滤膜夹，并在滤膜夹中设置滤膜，用于可过滤颗粒物的截留。如图2所示，干燥箱6是在一箱体61中设置依次串联的冲击式吸收瓶62，当向部分冲击式吸收瓶62中填充水时，可有利于吸收烟气中的二氧化硫等水溶性腐蚀性气体，当向其他部分冲击式吸收瓶62中填充硅胶时，可用于吸收烟气中的水分，对烟气进行干燥，从而避免烟气中的二氧化硫等腐蚀性气体和水分对采样泵7的损坏。采样泵7用于实时测量烟气的流速，以及累计采样气体体积。s型皮托管8和热电偶温度探头9分别用于实时监测烟气的实时流速和温度。

根据上述第一优选实施例提供的采样系统，采用烟道外过滤模式，具体操作为将弯管以及采样管3前端伸入烟道内，采样管3的后端位于烟道外，即可用于污染源中各种粒径的可过滤颗粒物的采集。该采样系统100的工作原理为：当烟气通过采样嘴1进入，依次通过弯管2，采样管3，进入滤筒夹5中的滤筒，烟气中包括各种粒径的可过滤颗粒物均会被截留在位于滤筒夹5的滤筒中或者滤膜夹的滤膜中。通过称量该滤筒或滤膜在测量前后的重量，结合在此期间通过烟气的体积，即可计算出该污染源中包括全粒径的可过滤颗粒物的浓度。

实施例2

根据本实用新型的第二优选实施例，是在第一优选实施例的基础上进行部分零件的替换而来，因此此处不再赘述，而仅描述二者区别所在。具体是通过将弯管2替换为PM_2.5旋风切割器11和滤膜夹12，如图3所示，采样嘴1安装于PM_2.5旋风切割器11的前端下方，滤筒夹5替换为玻璃直管13，如图4所示。该采样系统采用烟道内过滤模式，即可用于污染源中PM_2.5的采集。具体操作为采样嘴1、PM_2.5旋风切割器11和滤膜夹12以及采样管3的前端伸入烟道内，采样管3的后端位于烟道外。该采样系统的工作原理为：当烟气通过采样嘴1进入，烟气中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物就会被截留在PM_2.5旋风切割器11之后的滤膜夹12中的滤膜中。通过称量该滤膜在测量前后的重量，结合在此期间通过烟气的体积，即可计算出该污染源中PM_2.5颗粒物的浓度。

实施例3

根据本实用新型的第三优选实施例，也是在第一优选实施例的基础上进行部分零件的替换而来，因此此处不再赘述，而仅描述二者区别所在。具体是将弯管2替换为PM₁₀旋风切割器14和滤膜夹15，如图5所示，滤筒夹5替换为玻璃直管13，如图4所示。该采样系统采用烟道内过滤模式，即可用于污染源中PM₁₀的采集。具体操作为将采样嘴1、PM₁₀旋风切割器14和滤膜夹15以及采样管3的前端伸入烟道内，采样管3的后端位于烟道外。该采样系统的工作原理为：当烟气通过采样嘴1进入，烟气中空气动力学直径小于或等于10μm的颗粒物就会被截留在PM₁₀旋风切割器14之后的滤膜夹15中的滤膜中。通过称量该滤膜在测量前后的重量，结合在此期间通过烟气的体积，即可计算出该污染源中PM₁₀颗粒物的浓度。

实施例4

根据本实用新型的第四优选实施例，也是在第一优选实施例的基础上进行部分零件的替换而来，因此此处不再赘述，而仅描述二者区别所在。具体是将弯管2替换为PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器16和滤膜夹17，如图6所示，滤筒夹5替换为玻璃直管13，如图4所示。该采样系统采用烟道内过滤模式，即可用于污染源中PM_2.5和PM₁₀的采集。具体操作为将采样嘴1、PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器16和滤膜夹17以及采样管3的前端伸入烟道内，采样管3的后端位于烟道外。该采样系统的工作原理为：当烟气通过采样嘴1进入，烟气中空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物被截留在PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器16之后的滤膜夹17中的滤膜中；空气动力学直径大于2.5μm且小于或等于10μm的颗粒物被截留在PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器16中的PM2.5旋风切割器部分；空气动力学直径大于10μm的颗粒物被截留在PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器16中的PM10旋风切割器部分。通过称量该滤膜在测量前后的重量以及PM2.5及PM10旋风切割器中截留的颗粒物重量，结合在此期间通过烟气的体积，即可分别计算出PM2.5、PM10的浓度，并可加总求得全粒径的可过滤颗粒物的浓度。

实施例5

如图7所示，是根据本实用新型的第五优选实施例的采样系统200，用于污染源中可凝结颗粒物(CPM)的采集，由于该类物质在烟道内的高温情况下呈气态，只有在环境温度中降温数秒后才凝结成为液态或者固态，因此，该实施例是在第一优选实施例的基础上进一步增加冷凝系统，从而实现对可凝结颗粒物的采集。该采样系统200主要包括：依次连通的采样嘴1，弯管2，采样管3，滤筒，冷凝管19，水浴箱18以及采样泵7，加热控制器10，此外，还包括：为所述滤筒提供加热并设置于滤筒外部的加热盒4，滤筒通过滤筒夹5固定，设置于采样管3外侧的s型皮托管8和热电偶温度探头9，以及与冷凝管19的入水口191相连的冷水机20，冷水机20的出水口202与冷凝管19的入水口191相连，冷凝管19的出水口192又与水浴箱18的入水口181相连，水浴箱18的出水口182又与冷水机20的入水口201相连，其中的水流沿图中箭头方向所示。

如图7所示，冷凝管19中的水流方向与烟气的流动方向相反，通过来自冷水机20中的冷水对烟气进行初级冷凝。水浴箱18与第一优选实施例中的干燥箱6的构造基本相同，如图8所示，同样是在箱体183内部设置依次串联的冲击式吸收瓶184供烟气通过，区别仅在于，冲击式吸收瓶184大部分浸没于水浴当中，从而实现对烟气的进一步冷凝。此外，该冲击式吸收瓶184之间还设有CPM滤膜夹21及滤膜，优选地，该CPM滤膜夹21之前的冲击式吸收瓶184中不填充任何填料，便于对通过的烟气进行进一步冷凝，而CPM滤膜夹21之后的冲击式吸收瓶184中则可分别填充水和硅胶。正如上文所述，水和硅胶同样是用于吸收烟气中的二氧化硫等腐蚀性气体和水分，以提供对采样泵7的保护。

优选地，冷凝管19的出口处和CPM滤膜夹21的出口处分别设有热电偶温度探头22,23，分别用于测量冷凝管19出口处烟气经冷凝后的温度，以及CPM滤膜夹21出口烟气通过滤膜的温度，可随时对温度进行观察，以确保冷凝效果。

该可凝结颗粒物采样系统的工作原理为：当烟气通过采样嘴1进入，依次通过弯管2，采样管3，滤筒，其中，可过滤性颗粒物被截留在滤筒夹5中的滤筒中，包括可凝结颗粒物的烟气继续通过冷凝管19，进入水浴箱18，其中的可凝结颗粒物遇冷立刻形成固态或者液态，而被收集在冲击式吸收瓶184中以及CPM滤膜夹21的CPM滤膜中。通过称量该CPM滤膜在测量前后的重量，以及冲击式吸收瓶184中收集的冷凝液，结合在此期间通过烟气的体积，即可计算出该污染源中可凝结颗粒物的浓度。而通过称量滤筒夹5中的滤筒在测量前后的重量，结合在此期间通过烟气的体积，即可计算出该污染源中可过滤颗粒物的浓度。同理，通过计算CPM滤膜在测量前后的重量，冲击式吸收瓶184中收集的冷凝液重量，以及滤筒夹5中的滤筒在测量前后的重量之和，结合在此期间通过烟气的体积，即可计算出该污染源中各种形态和粒径的颗粒物浓度，包括可过滤颗粒物以及可凝结颗粒物。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种污染源中不同形态和粒径的颗粒物的采样系统，其特征在于，所述采样系统包括：依次连通的采样嘴，可替换部件A，采样管，可替换部件B，处理装置以及采样泵，所述可替换部件B设置于一加热盒内；其中，所述处理装置中设有依次串联的多个冲击式吸收瓶；

所述可替换部件A是PM_2.5旋风切割器以及滤膜，或PM₁₀旋风切割器以及滤膜，或PM_2.5、PM₁₀组合旋风切割器以及滤膜时，所述可替换部件B是玻璃直管；或

所述可替换部件A是弯管时，所述可替换部件B是设置于滤筒夹中的滤筒或设置于滤膜夹中的滤膜。

2.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，当所述可替换部件A是弯管，所述可替换部件B是设置于滤筒夹中的滤筒或设置于滤膜夹中的滤膜时，所述采样系统还包括：设置在所述可替换部件B与处理装置之间的冷凝管，以及与所述冷凝管的入水口相连的冷水机，其中，所述冷凝管的出水口又与所述处理装置的入水口相连，所述处理装置的出水口又与冷水机的入水口相连。

3.根据权利要求2所述的采样系统，其特征在于，所述处理装置的多个冲击式吸收瓶之间还设有CPM滤膜夹，所述CPM滤膜夹中设有CPM滤膜。

4.根据权利要求3所述的采样系统，其特征在于，所述CPM滤膜夹之前的冲击式吸收瓶中不填充任何填料，所述CPM滤膜夹之后的冲击式吸收瓶中填充有水和/或硅胶。

5.根据权利要求4所述的采样系统，其特征在于，所述冷凝管出口和CPM滤膜夹出口处均设有热电偶温度探头。

6.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，所述采样管外和加热盒内均设有热电偶温度探头。

7.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，所述采样管的内部设有可拆卸的玻璃管。

8.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，所述采样系统还包括设置于所述采样管外侧的s型皮托管。

9.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，所述滤筒通过滤筒夹固定，所述滤膜通过滤膜夹固定。

10.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，所述采样嘴、可替换部件A以及采样管的前端伸入烟道内，所述采样管的后端位于烟道外。