CN216747021U - 固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于环境监测领域，具体涉及固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统。该系统包括采样装置、测定装置、等速跟踪控制装置；采样装置包括：采样嘴、加热采样管、烟气压力测量机构和烟气温度测量机构，采样嘴、加热采样管、加热软管相串联；测定装置包括：振荡天平、冷却干燥设备；振荡天平的两端分别与加热软管、冷却干燥设备相连接，冷却干燥设备与等速跟踪控制装置相连接；采样装置、等速跟踪控制装置分别与控制器相连。本实用新型中采样装置、等速跟踪控制装置与振荡天平相配合，通过控制器使测定装置中废气流速的变化与烟气的实际流速相一致，实现等速跟踪采样，达到对固定污染源废气中颗粒物浓度的现场准确测量的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于环境监测领域，具体涉及固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统。
背景技术
废气中的颗粒物及其转化生成的二次颗粒物曾在世界上造成多次大气环境污染事件。排入大气中的颗粒物在大气动力作用下，污染波及很大区域，甚至成为全球性的问题。
关于颗粒物的相关检测方法或装置，本发明人检索到以下的专利文献进行过披露：CN102252930A披露了一种震荡天平法大气颗粒物质量浓度监测的准恒重秤量装置，通过在现有震荡天平法颗粒物浓度监测仪器的被测样品输送管与被测样品加热管之间，接入三通管、电动球阀和颗粒物过滤器；将原先连续不断地向滤膜秤量部输入被测样品的过程，改变为间歇式的，按照指定的周期，分别进行滤膜截获被测样品颗粒物过程和滤膜恒重过程。上述的发明所提供的装置，可实现以震荡天平法颗粒物浓度监测仪器进行具有滤膜恒重秤量流程的颗粒物浓度测定，有效地解决了与标准重量法的可比性，得到与要求滤膜恒重的标准重量法等效的监测结果，特别适用于雨雾、潮热天气等相对湿度较大的情况。
但上述的装置只适合于在均匀可控流速的环境下对大气中颗粒物进行测量，无法适用于固定污染源中排放的废气中颗粒物的检测工作，这是因为：
1、固定污染源中所排放的废气中的颗粒物浓度不稳定且在烟道中分布不均匀；
2、废气中成份较环境空气相对复杂，水分及其他物质影响测量准确性；
3、相对于环境空气中颗粒物测量，废气排放口一般条件恶劣，主要表现为震动、静电及较高的颗粒物本底；
4、环境中空气流速相对均匀，不需要从多个点采样测量，而废气中各点的流速不一，需要多点采样；
针对上述装置中所出现的技术上的不足，需发明一种操作简单方便且测量准确的装置/系统。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了用振荡天平测定固定污染源废气颗粒物的装置，其最大特点在于，设置等速采样单元，利用等速采样单元与烟气压力测量机构的配合实现振荡天平的准确测量，从而得到所测样品中的颗粒物浓度，攻克了振荡天平无法在变动流速下准确测量的难题，同时相比传统测量方法减少了操作环节，直接出具结果，提高了工作效率。
固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，该系统包括依次串联连接的采样装置、测定装置、等速跟踪控制装置；能够现场完成固定污染源废气颗粒物测量并出具结果；
采样装置包括：采样嘴、加热采样管、烟气压力测量机构和烟气温度测量机构，采样嘴的后端与加热采样管的前端相连接，加热采样管的后端与加热软管的前端相连接；采样嘴、烟气压力测量机构和烟气温度测量机构相平行或者是相贴合；作为一种优选，采样嘴、烟气压力测量机构和烟气温度测量机构相平行贴合的位于一根耐高温耐腐蚀的固定管中，在固定管内作为一个整体共同向固定污染源内部延伸；
在采样时，采样装置穿过固定污染源的采样口向固定污染源内部延伸；
测定装置包括：振荡天平、冷却干燥设备；振荡天平的一端与加热软管相连接，振荡天平的另一端连接有冷却干燥设备，冷却干燥设备与等速跟踪控制装置相连接；
采样装置、等速跟踪控制装置分别与控制器相连接。
等速跟踪控制装置包括箱体，箱体内设置有：与冷却干燥设备通过管道依次相串联的截止阀、调节阀、泵、流量计、体积流量计；体积流量计上方有压力温度数据采集器；箱体上/内还设置有大气压力计；
具体的，烟气压力测量机构、烟气温度测量机构、截止阀、调节阀、泵分别与控制器相连接，并且由控制器来控制；比如，控制器控制着截止阀、调节阀、泵中气体的流速。控制器优选的为PLC控制器，并不仅限于以上型号的控制器。烟气压力测量机构的主体包括皮托管，还包括压差测量单元、静压测量单元；烟气压力测量机构为普通市售的烟气压力测量仪。
采样嘴的入口角度≤45°，入口边缘厚度≤0.2mm，入口直径偏差≤±0.1mm，且没有急剧弯曲和断面变化。
控制器根据烟气压力测量机构、烟气温度测量机构所测量的数据调整截止阀与调节阀。
加热采样管为加热及保温温度≥110 ℃的耐腐蚀耐热管；加热采样管上配有接地线且加热采样管上有刻度线；接地线是为了排除静电对测量的干扰，刻度线方便记录采样点的位置。
加热采样管长度与采样烟道宽度或直径相适应，可以适用于不同点位的采样，且不易变形。
加热软管为加热温度≥75 ℃的软管。
振荡天平为量程0 mg-2000 mg、最小质量增量：0.1 mg；相对误差：小于5％；称量温度≥75℃的振荡天平；且具有抗静电、抗振动干扰的功能。
本实用新型的有益效果在于：
（1）利用采样装置、等速跟踪控制装置与振荡天平的配合使用，可以随废气流速的变化进行等速跟踪采样，实现对固定污染源废气中颗粒物浓度的现场准确测量。
（2）利用振荡天平进行直接测量，减少了操作环节，使测试过程操作简化，人为因素带来的误差减少，提高了准确性和效率。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图。
图中：1-采样嘴，2-加热采样管，3-烟气压力测量机构，4-烟气温度测量机构，5-加热软管，6-振荡天平，7-冷却干燥设备，8-截止阀，9-调节阀，10-泵，11-流量计，12-体积流量计，13-压力温度数据采集器，14-大气压力计，15-箱体，16-固定管。
具体实施方式
为了能使本领域技术人员更好的理解本实用新型，现结合具体实施方式对本实用新型进行更进一步的阐述。
实施例1
固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，该系统包括依次串联连接的采样装置、测定装置、等速跟踪控制装置；
采样装置包括：采样嘴1、加热采样管2、烟气压力测量机构3和烟气温度测量机构4，采样嘴1的后端与加热采样管2的前端相连接，加热采样管2的后端与加热软管5的前端相连接；采样嘴1、烟气压力测量机构3和烟气温度测量机构4平行的相贴合于固定管中，且该固定管为耐高温耐腐蚀管；固定管穿过固定污染源废气/烟气的采样口向内部延伸，以达到采样嘴进行采样的目的，同时烟气压力测量机构3和烟气温度测量机构4各自开始工作。
测定装置包括：振荡天平6、冷却干燥设备7；振荡天平6的一端与加热软管5的后端相连接，振荡天平6的另一端连接有冷却干燥设备7，冷却干燥设备7与等速跟踪控制装置相连接；
采样装置、等速跟踪控制装置分别与控制器相连接。
等速跟踪控制装置包括箱体15，箱体15内设置有：与冷却干燥设备7通过管道依次相串联的截止阀8、调节阀9、泵10、流量计11、体积流量计12；体积流量计12上方有压力温度数据采集器13；箱体15内部设置有大气压力计14；在箱体15的外侧壁与大气压力计14相对应的位置处设置有透明视窗，以便于观察大气压力计14的读数。
烟气压力测量机构3、烟气温度测量机构4、截止阀8、调节阀9、泵10分别与控制器相连接，控制器根据烟气压力测量机构3、烟气温度测量机构4所测量的数据调整截止阀8与调节阀9，以便于使测定装置内的气体流速与所测的烟道中废气（固定污染源废气）的流速相一致。控制器为PLC控制器。
采样嘴1的入口角度≤45°，入口边缘厚度≤0.2mm，入口直径偏差≤±0.1mm，且没有急剧弯曲和断面变化。
加热采样管2为加热及保温温度≥110 ℃的耐腐蚀耐热管；加热采样管2上配有接地线且加热采样管2上有刻度线；接地线是为了排除静电对测量的干扰，刻度线方便记录或读取采样点的位置。
加热采样管2长度与采样烟道宽度或直径相适应，且不易变形；烟道的内径越大则加热采样管2的长度越长，加热采样管2的长度比烟道内径略大。
加热软管5为加热温度≥75 ℃的软管。
振荡天平6为量程0 mg-2000 mg、最小质量增量：0.1 mg；相对误差：小于5％；称量温度≥75℃的振荡天平；且具有抗静电、抗振动功能。
实施例2
与实施例1的不同在于，大气压力计14所设置的位置与实施例1不相同，具体如下：
固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，该系统包括依次串联连接的采样装置、测定装置、等速跟踪控制装置；
采样装置包括：采样嘴1、加热采样管2、烟气压力测量机构3和烟气温度测量机构4，采样嘴1的后端与加热采样管2的前端相连接，加热采样管2的后端与加热软管5的前端相连接；采样嘴1、烟气压力测量机构3和烟气温度测量机构4平行的相贴合于固定管中；
测定装置包括：振荡天平6、冷却干燥设备7；振荡天平6的一端与加热软管5的后端相连接，振荡天平6的另一端连接有冷却干燥设备7，冷却干燥设备7与等速跟踪控制装置相连接；
采样装置、等速跟踪控制装置分别与控制器相连接。
等速跟踪控制装置包括箱体15，箱体15内设置有：与冷却干燥设备7通过管道依次相串联的截止阀8、调节阀9、泵10、流量计11、体积流量计12；体积流量计12上方有压力温度数据采集器13；箱体15外壁设置有大气压力计14；
烟气压力测量机构3、烟气温度测量机构4、截止阀8、调节阀9、泵10分别与控制器相连接，控制器为PLC控制器。
采样嘴1、烟气压力测量机构3、烟气温度测量机构4位于固定管16内，固定管16为耐高温耐腐蚀管。
采样嘴1的入口角度≤45°，入口边缘厚度≤0.2mm，入口直径偏差≤±0.1mm，且没有急剧弯曲和断面变化。
控制器根据烟气压力测量机构3、烟气温度测量机构4所测量的数据调整截止阀8与调节阀9。
加热采样管2为加热及保温温度≥110 ℃的耐腐蚀耐热管；加热采样管2上配有接地线且加热采样管2上有刻度线；接地线是为了排除静电对测量的干扰，刻度线方便记录采样点的位置。
加热采样管2长度与采样烟道宽度或直径相适应，且不易变形；烟道的内径越大加热采样管2的长度越长，加热采样管2的长度比烟道内径略大。
加热软管5为加热温度≥75 ℃的软管。
振荡天平6为量程0 mg-2000 mg、最小质量增量：0.1 mg；相对误差：小于5％；称量温度≥75℃的振荡天平；且具有抗静电、抗振动功能。
实施例3
在实际使用中，将本系统（实施例2）采用烟道外过滤，将采样管由采样孔插入烟道中，利用等速采样原理抽取一定量含颗粒物的废气，根据振荡天平现场测量采样滤膜上所捕集到的颗粒物量和同时抽取的废气体积，计算出废气中颗粒物浓度。颗粒物浓度按以下公式计算：
式中：C nd —颗粒物浓度，mg/m3；m—样品所得颗粒物的增重，g；V nd —标准状态下干废气体积，L。
采样位置和采样点应符合GB/T 16157、HJ/T 397中关于采样位置和采样点方面的要求。采样孔内径应不小于80 mm。
将标准滤膜放在恒温恒湿设备中平衡至少24 h后进行称量。平衡条件为：温度应控制在15～30 ℃任意一点，控温精度±1 ℃；湿度应控制在50%RH±5%RH。用十万分之一天平连续称量7次，取均值为标准滤膜称量值，30 min内完成。标准滤膜应密封保存。
采样前，根据采样平面的基本情况和监测要求，确定现场的采样时间。
按照HJ/T 48流量准确度的要求对颗粒采样装置瞬时流量准确度、累计流量准确度进行校准。
确定现场工况、采样点位和采样孔、采样平台、工作电源、照明及安全措施等应符合监测要求。
准备监测所需其他仪器、安全设备及记录表格等
根据现场实际测量的烟道尺寸，按5.5.1要求选择采样平面，确定采样点数目。
记录现场基本情况，清理采样孔处积灰。
将仪器置于测量位置，安放平稳，开机自检，测定仪自检结束后进入校验程序，取出采样滤膜，待数据稳定后仪器归零，安装标准滤膜，仪器振荡天平开始称重，待数据稳定后记录仪器显示值。计算仪器振荡天平称量值与标准滤膜称量值的相对误差，相对误差应在±5％以内，否则测试结果无效。
安装采样滤膜，正确连接测定仪。检查系统是否漏气，检漏应符合GB/T 16157中系统现场检漏的要求。
采样管达到设定伴热温度开始采样，采样步骤参见GB/T 16157中采样步骤的要求，采样过程中进入采样嘴的吸气速度与测点处气流速度应基本相等，相对误差应小于10％。
采样过程中测定装置同步对采集的颗粒物进行称量，测定时间应不少于15分钟，记录测定仪显示值及相关参数。
如测定小时排放浓度的，应连续采样1小时获取平均值。
测定完成后，保持采样管伴热，启动抽气泵，用清洁空气对采样系统进行清洗。
采样完成后记录仪器显示值及相关参数。
2021年6月19-20日对今世缘乳胶制品有限公司锅炉废气处理设施进口进行监测。监测期间生产工况稳定。
表1 振荡天平方法与参比方法比对结果统计表
从上表1中可以看出，将本实用新型的系统/设备置于测试位置，在监测期间水平振动平均值为60.3dB，垂直振动平均值为60.5dB。测定前相对误差为-2.4%，测定后相对误差为-2.1%；废气平均湿度为3.2%、平均温度为199℃、平均流速为7.0m/s，颗粒物的绝对误差为-13.7mg/m3,相对误差为7.2%。参照HJ75要求判定，颗粒物浓度：100mg/m3<排放浓度≤200mg/m3时，满足相对误差不超过20%的要求。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”，“连接”应做广义理解，是对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
Claims (9)
1.固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，所述的等速采样系统包括依次串联连接的采样装置、测定装置、等速跟踪控制装置；
采样装置包括：采样嘴（1）、加热采样管（2）、烟气压力测量机构（3）和烟气温度测量机构（4）；采样嘴（1）、加热采样管（2）、加热软管（5）依次串联连接；采样嘴（1）、烟气压力测量机构（3）和烟气温度测量机构（4）相平行/相贴合；
测定装置包括：振荡天平（6）、冷却干燥设备（7）；振荡天平（6）的一端与加热软管（5）的后端相连接，振荡天平（6）的另一端连接有冷却干燥设备（7），冷却干燥设备（7）与等速跟踪控制装置相连接；
采样装置、等速跟踪控制装置分别与控制器相连接。
2.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，等速跟踪控制装置包括箱体（15），箱体（15）内设置有：与冷却干燥设备（7）通过管道依次相串联的截止阀（8）、调节阀（9）、泵（10）、流量计（11）、体积流量计（12）；体积流量计（12）上方有压力温度数据采集器（13）；箱体（15）上/内还设置有大气压力计（14）；
烟气压力测量机构（3）、烟气温度测量机构（4）、截止阀（8）、调节阀（9）、泵（10）分别与控制器相连接。
3.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，所述的控制器为PLC控制器。
4.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，采样嘴（1）的入口角度≤45°、入口边缘厚度≤0.2mm、入口直径偏差≤±0.1mm，且无急剧弯曲和断面变化。
5.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，采样嘴（1）、烟气压力测量机构（3）、烟气温度测量机构（4）均相平行贴合的位于固定管内；所述的固定管为耐高温耐腐蚀管。
6.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，加热采样管（2）为加热及保温温度≥110 ℃的耐腐蚀耐热管。
7.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，加热软管（5）为加热温度≥75 ℃的软管。
8.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，加热采样管（2）上配有接地线且加热采样管上有刻度线。
9.如权利要求1所述的固定污染源废气颗粒物直接测定所用的等速采样系统，其特征在于，振荡天平为量程0 mg-2000 mg、称量温度≥75℃的振荡天平。
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| CN117110644A (zh) * | 2023-10-23 | 2023-11-24 | 江苏省环境监测中心 | 超声波气体流速测量仪 |
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| CN117110644B (zh) * | 2023-10-23 | 2023-12-26 | 江苏省环境监测中心 | 超声波气体流速测量仪 |
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