CN209280388U - 一种高湿烟气稀释采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高湿烟气稀释采样装置。PM₁₀旋风切割器、一级PM_2.5旋风切割器、烟气保温除湿装置、采样气流流量计、一级稀释器、二级稀释器、二级PM_2.5旋风切割器、颗粒物过滤器、烟气混合装置、烟气流量计、烟气气流控制阀和采样泵顺次相连，空气压缩机给出压缩空气经压缩空气缓冲及处理装置分成三路，一路通过干燥气流控制阀、干燥气流流量计及烟气保温除湿装置与烟气混合装置相连，一路通过一级稀释气流控制阀及一级稀释气流流量计与一级稀释器相连，一路通过二级稀释气流控制阀、二级稀释气流流量计、一级稀释器及二级稀释气流压力表与二级稀释器相连。本实用新型实现高湿条件下烟气可捕集颗粒物和可凝结颗粒物的采样。

Description

一种高湿烟气稀释采样装置

技术领域

本实用新型涉及高湿烟气颗粒物采样系统，具体涉及一种高湿烟气稀释采样装置。

背景技术

烟气颗粒物的采样检测不仅可以用于烟气污染物的生成与控制特性研究，而且在颗粒物特性分析、大气污染影响以及源解析方面的研究中具有重要作用，尤其在颗粒物脱除性能和源解析领域具有很大的应用前景。

颗粒物划分为可捕集颗粒物和可凝结颗粒物，可凝结颗粒物是指颗粒物在烟气环境中处于气态，进入大气经稀释降温过程后形成的颗粒物。目前，国内主要针对烟气可捕集颗粒物进行采样分析。国外现有针对可凝结颗粒物的采样方法主要是通过稀释降温作用使其形成易被捕集的颗粒物。

可捕集颗粒物的采样检测主要基于颗粒物的空气动力学特性、电学特性和过滤特性。过滤特性是常规颗粒物采样方法的主要依托机理，典型的有滤筒采样和滤膜采样。电学特性广泛应用于颗粒物非直接接触采样中，主要依托带电颗粒物运动过程中产生的感应电流来对应颗粒物的采样浓度，往往跟颗粒物的空气动力学特性同时运用。空气动力学特性是颗粒物随气流运动过程中体现出的特性，也能直接反映颗粒物在大气环境中的污染和迁移特性，因此广泛应用于细颗粒物（PM_2.5）的采样检测中。

目前，国内广泛采用的颗粒物采样方法主要基于颗粒物的空气动力学特性和过滤特性。然而上述采样方法均适用于常规烟气中的颗粒物采样，如申请号为201410810925.2的中国专利，对于高湿环境中，尤其是超低排放改造工程中湿法脱硫或者湿式电除尘器尾部饱和湿度烟气中的颗粒物采样，颗粒物的空气动力学特性和过滤特性会受到饱和湿度条件的严重影响。对于超低排放改造工程，由于湿法脱硫或湿式电除尘器尾部烟气中的颗粒物浓度极低，颗粒物采样中的误差将严重影响最终的测试结果。

因此，开发一种新型的针对高湿烟气条件，基于稀释降温作用的可捕集颗粒物和可凝结颗粒物联合采样系统非常必要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种高湿烟气稀释采样装置，针对高湿烟气环境，通过空气动力学粒径切割、保温除湿、多级稀释和高效过滤，实现可捕集颗粒物和可凝结颗粒物的联合采样。本实用新型能有效实现颗粒预分离、高效除湿、高倍稀释，避免管路堵塞和水汽凝结，适用于高湿甚至饱和湿度条件下的烟气采样。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，包括PM₁₀旋风切割器、一级PM_2.5旋风切割器、烟气保温除湿装置、空气压缩机、压缩空气控制阀、压缩空气缓冲及处理装置、干燥气流控制阀、二级稀释气流控制阀、一级稀释气流控制阀、一级稀释气流流量计、二级稀释气流流量计、干燥气流流量计、采样气流流量计、一级稀释器、二级稀释气流压力表、二级稀释器、二级PM_2.5旋风切割器、颗粒物过滤器、烟气混合装置、烟气流量计、烟气气流控制阀和采样泵；所述PM₁₀旋风切割器、一级PM_2.5旋风切割器、烟气保温除湿装置、采样气流流量计、一级稀释器、二级稀释器、二级PM_2.5旋风切割器、颗粒物过滤器、烟气混合装置、烟气流量计、烟气气流控制阀和采样泵顺次相连，所述二级稀释气流压力表设置在一级稀释器上，所述空气压缩机、压缩空气控制阀和压缩空气缓冲及处理装置顺次相连，所述压缩空气缓冲及处理装置的出气口分成三路，第一路依次通过干燥气流控制阀、干燥气流流量计和烟气保温除湿装置与烟气混合装置的压缩空气进气口相连，第二路依次通过一级稀释气流控制阀和一级稀释气流流量计与一级稀释器的压缩空气进气口相连，第三路依次通过二级稀释气流控制阀、二级稀释气流流量计、一级稀释器和二级稀释气流压力表与二级稀释器的压缩空气进气口相连；所述PM₁₀旋风切割器、一级PM_2.5旋风切割器和二级PM_2.5旋风切割器的底部带有灰斗。

进一步而言，所述烟气保温除湿装置为同心双层圆筒结构，内层圆筒壁的材质为全氟磺酸树脂，外层圆筒壁的材质为不锈钢，外层圆筒壁外采用加热保温结构。

进一步而言，所述一级稀释器为同心四层圆筒结构，从内到外第一层圆筒壁为不锈钢全封闭微孔结构，第二层圆筒壁为不锈钢全封闭结构，第三层圆筒壁为不锈钢半封闭结构，第四层圆筒壁为不锈钢全封闭结构。

进一步而言，所述二级稀释器的采样气流进气管道端部为圆锥体结构，该圆锥体结构位于二级稀释器的内部腔体入口中央，且圆锥体结构与二级稀释器的二级稀释气流进气管道垂直交叉，进气气流通道构成“渐缩扩喷嘴”形式。

进一步而言，所述颗粒物过滤器内设置有可凝结颗粒物过滤膜。

高湿烟气稀释采样装置的采样方法如下：将PM₁₀旋风切割器和一级PM_2.5旋风切割器放置于采样烟道内，或采用加热保温措施，使采样环境与烟道环境保持一致；采样烟气进入PM₁₀旋风切割器后，空气动力学粒径大于10微米的可捕集颗粒物被分离进入PM₁₀旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入一级PM_2.5旋风切割器，空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物被分离进入一级PM_2.5旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入烟气保温除湿装置；空气压缩机给出的压缩空气依次通过压缩空气控制阀和压缩空气缓冲及处理装置然后分成三路，分别为干燥气流、一级稀释气流和二级稀释气流；干燥气流通过烟气保温除湿装置的压缩空气进气口进入烟气保温除湿装置的外层圆筒，保持烟气保温除湿装置内压缩空气与采样烟气呈对向流动方式，控制压缩空气的气流流量为2倍采样烟气流量，同时控制采样烟气和压缩空气压力差为+900～-200 mbar，加热烟气保温除湿装置的外层圆筒壁使压缩空气温度与采样烟气温度保持一致，采样烟气中水分经过烟气保温除湿装置内层圆筒壁进入压缩空气中使采样烟气相对湿度降低到60%以下；采样烟气进入一级稀释器，一级稀释气流通过一级稀释器的压缩空气进气口进入一级稀释器的第二层圆筒，保持一级稀释气流与采样烟气呈对向流动方式，控制一级稀释气流的流量为1.5倍采样烟气流量，一级稀释气流通过微孔进入第一层圆筒与采样烟气混合；二级稀释气流通过一级稀释器的压缩空气进气口进入一级稀释器的第四层圆筒，经过第三层圆筒后流出一级稀释器，保持第三层圆筒内二级稀释气流与第二层圆筒内一级稀释气流呈对向流动方式；二级稀释气流进入二级稀释器的压缩空气进气管道后经过其圆锥体端部进入二级稀释器的内部腔体，进气气流通过“文丘里效应”使圆锥体端部压力低于二级稀释器采样烟气进气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入二级稀释器，采样烟气和二级稀释气流在二级稀释器的内部腔体充分混合；二级稀释器的稀释倍率由二级稀释器的采样烟气进气口气压和二级稀释气流进气口气压所控制；采样烟气经过一级稀释和二级稀释之后的总稀释倍率控制大于20倍，采样烟气总停留时间大于10s，稀释后采样烟气温度低于42℃；稀释后的采样烟气进入二级PM_2.5旋风切割器的进气口，空气动力学粒径大于2.5微米的颗粒物被分离进入二级PM_2.5旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入颗粒物过滤器，空气动力学粒径小于等于2.5微米的颗粒物被过滤捕集；颗粒物过滤器过滤后的采样烟气与烟气保温除湿装置的出口处的洁净干燥气流一同进入烟气混合装置后，通过采样泵排出。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：

（1）在PM₁₀旋风切割器和一级PM_2.5旋风切割器串联实现颗粒物预分离的基础上，联合高效保温除湿装置、多级稀释装置和高效颗粒物分离过滤装置，可在高湿甚至饱和湿度条件下，实现可捕集颗粒物和可凝结颗粒物的联合采样。

（2）PM₁₀旋风切割器和一级PM_2.5旋风切割器串联，实现空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物的预分离，一方面减轻后续颗粒物采样装置的采样负荷，另一方面通过空气动力学粒径小于等于2.5微米的可捕集颗粒物在后续的稀释降温过程中促进可凝结颗粒物的凝结成核过程。

（3）烟气保温除湿装置内层圆筒壁的材质采用全氟磺酸树脂，外层圆筒壁采用不锈钢加热保温结构，一方面实现高效除湿，另一方面通过加热保温避免除湿过程中采样烟气的降温作用，从而避免凝结作用和水汽相互影响。

（4）一级稀释器采用同心四层圆筒结构，第一层圆筒壁采用不锈钢全封闭微孔结构，第二层圆筒壁采用不锈钢全封闭结构，第三层圆筒壁采用不锈钢半封闭结构，第四层圆筒壁采用不锈钢全封闭结构。利用多层圆筒结构，一方面通过加热一级稀释气流实现了一级稀释器内的降温稀释作用，另一方面通过加热二级稀释气流实现了一级稀释器内采样烟气的进一步降温。

（5）二级稀释器的进气气流通道构成“渐缩扩喷嘴”形式，一方面通过调节二级稀释气流压力实现二级稀释器稀释倍率的控制，从而控制系统的总稀释倍率，另一方面利用“文丘里效应”促进采样烟气进入二级稀释器，更进一步促进采样烟气的稀释凝结作用。

（6）二级PM_2.5旋风切割器和颗粒物过滤器串联，实现空气动力学粒径大于2.5微米颗粒物的分离捕集和空气动力学粒径小于等于2.5微米颗粒物的过滤捕集，减轻了颗粒物过滤器过滤捕集的颗粒物浓度，在可凝结颗粒物过滤膜尺寸一定的情况下，最大程度地延长了装置的采样时间。

（7）该高湿烟气稀释采样装置颗粒物采样环境适应广泛，除湿降温稀释充分，避免管路堵塞和水汽凝结，系统稳定运行时间较长。

附图说明

图1是本实用新型实施例的高湿烟气稀释采样装置结构示意图。

图中：PM₁₀旋风切割器1、一级PM_2.5旋风切割器2、烟气保温除湿装置3、空气压缩机4、压缩空气控制阀5、压缩空气缓冲及处理装置6、干燥气流控制阀7、二级稀释气流控制阀8、一级稀释气流控制阀9、一级稀释气流流量计10、二级稀释气流流量计11、干燥气流流量计12、采样气流流量计13、一级稀释器14、二级稀释气流压力表15、二级稀释器16、二级PM_2.5旋风切割器17、颗粒物过滤器18、烟气混合装置19、烟气流量计20、烟气气流控制阀21、采样泵22。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1，一种高湿烟气稀释采样装置，包括PM₁₀旋风切割器1、一级PM_2.5旋风切割器2、烟气保温除湿装置3、空气压缩机4、压缩空气控制阀5、压缩空气缓冲及处理装置6、干燥气流控制阀7、二级稀释气流控制阀8、一级稀释气流控制阀9、一级稀释气流流量计10、二级稀释气流流量计11、干燥气流流量计12、采样气流流量计13、一级稀释器14、二级稀释气流压力表15、二级稀释器16、二级PM_2.5旋风切割器17、颗粒物过滤器18、烟气混合装置19、烟气流量计20、烟气气流控制阀21和采样泵22。

PM₁₀旋风切割器1、一级PM_2.5旋风切割器2、烟气保温除湿装置3、采样气流流量计13、一级稀释器14、二级稀释器16、二级PM_2.5旋风切割器17、颗粒物过滤器18、烟气混合装置19、烟气流量计20、烟气气流控制阀21和采样泵22顺次相连，二级稀释气流压力表15设置在一级稀释器14上，空气压缩机4、压缩空气控制阀5和压缩空气缓冲及处理装置6顺次相连，压缩空气缓冲及处理装置6的出气口分成三路，第一路依次通过干燥气流控制阀7、干燥气流流量计12和烟气保温除湿装置3与烟气混合装置19的压缩空气进气口相连，第二路依次通过一级稀释气流控制阀9和一级稀释气流流量计10与一级稀释器14的压缩空气进气口相连，第三路依次通过二级稀释气流控制阀8、二级稀释气流流量计11、一级稀释器14和二级稀释气流压力表15与二级稀释器16的压缩空气进气口相连；PM₁₀旋风切割器1采用进料口切向布置且底部带灰斗和出气口的圆锥形旋风分离器装置，一级PM_2.5旋风切割器2和二级PM_2.5旋风切割器17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。

烟气保温除湿装置3为同心双层圆筒结构，内层圆筒壁的材质为全氟磺酸树脂，外层圆筒壁的材质为不锈钢，外层圆筒壁外采用加热保温结构。

一级稀释器14为同心四层圆筒结构，从内到外第一层圆筒壁为不锈钢全封闭微孔结构，第二层圆筒壁为不锈钢全封闭结构，第三层圆筒壁为不锈钢半封闭结构，第四层圆筒壁为不锈钢全封闭结构。

二级稀释器16的采样气流进气管道端部为圆锥体结构，该圆锥体结构位于二级稀释器16的内部腔体入口中央，且圆锥体结构与二级稀释器16的二级稀释气流进气管道垂直交叉，进气气流通道构成“渐缩扩喷嘴”形式。

颗粒物过滤器18内设置有可凝结颗粒物过滤膜。

高湿烟气稀释采样装置的采样方法如下：将PM₁₀旋风切割器1和一级PM_2.5旋风切割器2放置于采样烟道内，或采用加热保温措施，使采样环境与烟道环境保持一致；采样烟气进入PM₁₀旋风切割器1后，空气动力学粒径大于10微米的可捕集颗粒物被分离进入PM₁₀旋风切割器1的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入一级PM_2.5旋风切割器2，空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物被分离进入一级PM_2.5旋风切割器2的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入烟气保温除湿装置3。

空气压缩机4给出的压缩空气依次通过压缩空气控制阀5和压缩空气缓冲及处理装置6然后分成三路，分别为干燥气流、一级稀释气流和二级稀释气流；干燥气流通过烟气保温除湿装置3的压缩空气进气口进入烟气保温除湿装置3的外层圆筒，保持烟气保温除湿装置3内压缩空气与采样烟气呈对向流动方式，控制压缩空气的气流流量为2倍采样烟气流量，同时控制采样烟气和压缩空气压力差为+900～-200 mbar，加热烟气保温除湿装置3的外层圆筒壁使压缩空气温度与采样烟气温度保持一致，采样烟气中水分经过烟气保温除湿装置3内层圆筒壁进入压缩空气中使采样烟气相对湿度降低到60%以下；采样烟气进入一级稀释器14，一级稀释气流通过一级稀释器14的压缩空气进气口进入一级稀释器14的第二层圆筒，保持一级稀释气流与采样烟气呈对向流动方式，控制一级稀释气流的流量为1.5倍采样烟气流量，一级稀释气流通过微孔进入第一层圆筒与采样烟气混合；二级稀释气流通过一级稀释器14的压缩空气进气口进入一级稀释器14的第四层圆筒，经过第三层圆筒后流出一级稀释器14，保持第三层圆筒内二级稀释气流与第二层圆筒内一级稀释气流呈对向流动方式；二级稀释气流进入二级稀释器16的压缩空气进气管道后经过其圆锥体端部进入二级稀释器16的内部腔体，进气气流通过“文丘里效应”使圆锥体端部压力低于二级稀释器16采样烟气进气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入二级稀释器16，采样烟气和二级稀释气流在二级稀释器16的内部腔体充分混合；二级稀释器16的稀释倍率由二级稀释器16的采样烟气进气口气压和二级稀释气流进气口气压所控制；设定二级稀释器16采样烟气进气口气压为1000～1040 mbar，二级稀释气流进气口气压为1.9～2.1bar，则二级稀释倍率约为8倍；采样烟气经过一级稀释和二级稀释之后的总稀释倍率大于20倍，采样烟气总停留时间大于10s，稀释后采样烟气温度低于42℃。

稀释后的采样烟气进入二级PM_2.5旋风切割器17的进气口，空气动力学粒径大于2.5微米的颗粒物被分离进入二级PM_2.5旋风切割器17的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入颗粒物过滤器18，空气动力学粒径小于等于2.5微米的颗粒物被过滤捕集；颗粒物过滤器18过滤后的采样烟气与烟气保温除湿装置3的出口处的洁净干燥气流一同进入烟气混合装置19后，通过采样泵22排出。

虽然本实用新型以实施例公开如上，但其并非用以限定本实用新型的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，包括PM₁₀旋风切割器（1）、一级PM_2.5旋风切割器（2）、烟气保温除湿装置（3）、空气压缩机（4）、压缩空气控制阀（5）、压缩空气缓冲及处理装置（6）、干燥气流控制阀（7）、二级稀释气流控制阀（8）、一级稀释气流控制阀（9）、一级稀释气流流量计（10）、二级稀释气流流量计（11）、干燥气流流量计（12）、采样气流流量计（13）、一级稀释器（14）、二级稀释气流压力表（15）、二级稀释器（16）、二级PM_2.5旋风切割器（17）、颗粒物过滤器（18）、烟气混合装置（19）、烟气流量计（20）、烟气气流控制阀（21）和采样泵（22）；所述PM₁₀旋风切割器（1）、一级PM_2.5旋风切割器（2）、烟气保温除湿装置（3）、采样气流流量计（13）、一级稀释器（14）、二级稀释器（16）、二级PM_2.5旋风切割器（17）、颗粒物过滤器（18）、烟气混合装置（19）、烟气流量计（20）、烟气气流控制阀（21）和采样泵（22）顺次相连，所述二级稀释气流压力表（15）设置在一级稀释器（14）上，所述空气压缩机（4）、压缩空气控制阀（5）和压缩空气缓冲及处理装置（6）顺次相连，所述压缩空气缓冲及处理装置（6）的出气口分成三路，第一路依次通过干燥气流控制阀（7）、干燥气流流量计（12）和烟气保温除湿装置（3）与烟气混合装置（19）的压缩空气进气口相连，第二路依次通过一级稀释气流控制阀（9）和一级稀释气流流量计（10）与一级稀释器（14）的压缩空气进气口相连，第三路依次通过二级稀释气流控制阀（8）、二级稀释气流流量计（11）、一级稀释器（14）和二级稀释气流压力表（15）与二级稀释器（16）的压缩空气进气口相连；所述PM₁₀旋风切割器（1）、一级PM_2.5旋风切割器（2）和二级PM_2.5旋风切割器（17）的底部带有灰斗。

2.根据权利要求1所述的高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，所述烟气保温除湿装置（3）为同心双层圆筒结构，内层圆筒壁的材质为全氟磺酸树脂，外层圆筒壁的材质为不锈钢，外层圆筒壁外采用加热保温结构。

3.根据权利要求1所述的高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，所述一级稀释器（14）为同心四层圆筒结构，从内到外第一层圆筒壁为不锈钢全封闭微孔结构，第二层圆筒壁为不锈钢全封闭结构，第三层圆筒壁为不锈钢半封闭结构，第四层圆筒壁为不锈钢全封闭结构。

4.根据权利要求1所述的高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，所述二级稀释器（16）的采样气流进气管道端部为圆锥体结构，该圆锥体结构位于二级稀释器（16）的内部腔体入口中央，且圆锥体结构与二级稀释器（16）的二级稀释气流进气管道垂直交叉。

5.根据权利要求1所述的高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，所述颗粒物过滤器（18）内设置有可凝结颗粒物过滤膜。