CN221100190U - 便携式燃烧排放采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式燃烧排放采样装置，包括燃烧室、烟气混合室、稀释装置和采样室，所述燃烧室的顶部具有一第一圆孔，并通过第一圆孔与烟气混合室的底部连通；所述烟气混合室的侧壁具有一第二圆孔，并通过第二圆孔与采样室连通；所述采样室具有一第二烟囱，第二烟囱与第二圆孔连接，在第二烟囱的中部设有一第三圆孔，并通过第三圆孔与稀释装置连通。本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置，易拆装、便于携带，适用于在野外进行短期、非定位的露天燃烧排放研究。该采样装置为开放式，燃烧环境为真实环境，能够有效降低实验室密闭系统内缺氧或温度升高对研究结果的影响，使得获得的污染物排放因子和燃烧效率数据更接近于真实值。

Description

便携式燃烧排放采样装置

技术领域

本实用新型涉及环境保护监测技术领域，特别是涉及一种简易、可以移动的便携式燃烧排放采样装置。

背景技术

燃烧是大气污染物的重要来源之一。在高温环境下，燃料可以通过裂解、合成等过程生成新的物质。这些物质包括各种易挥发的常量/微量气态污染物(如一氧化碳、甲烷、氮氧化物、臭氧等)和颗粒物(如PM2.5、黑碳气溶胶)；此外，燃料燃烧还会产生多种高毒性的痕量有机污染物(如多环芳烃、二恶英)和大气化学关键粒子(如持久性自由基)。这些污染物可以随燃烧烟羽进入大气对流层，并向燃烧源周边地区甚至全球扩散，对大气化学、气候变化和人体健康产生不可忽视的影响。因此，筛查各类燃料在燃烧过程中产生的污染物种类、定量各类污染物的排放强度是环境保护措施制定和实施的关键步骤。

当前，对于燃料燃烧的研究主要用于燃烧炉灶设计过程和室内污染研究。这些燃烧研究大多在标准燃烧炉或各种实际炉灶中进行，获得燃料燃烧排放的参考值或模拟实际条件下的排污强度。这种半封闭系统的燃烧研究具有比较强的结果可对比性，但忽略了实际燃烧过程中各类外部影响因素变化所带来的关键影响。尤其是在气候变化背景下，多数地区变得更为干热，导致各类地表介质(如森林、草原、露天堆放的垃圾等)均易发生火灾。这些露天燃烧过程往往能够充分获得充分的氧气供给，但同时燃烧的效率也会受到诸如海拔、风速等环境因素的影响。在此情况下，露天燃烧产生的污染物不论在种类和排放量上都与炉灶燃烧存在显著的差异。例如，依靠燃烧炉获得的污染物排放因子通常远高于露天燃烧的因子水平。因此，为了更准确地获得露天燃烧的污染物排放特征，有必要在真实环境中开展燃烧排放研究。

燃烧炉过于笨重，且会屏蔽部分环境因素的影响，无法用于露天燃烧研究。而当前露天燃烧采样装置大多采用铁质半球状集气罩。这类集气罩体积大、质量大，不便于携带；而且，集烟罩下方全开口，火星易飞溅，引发火灾。针对当前不足，开发安全、便携、高效的燃烧排放采样装置成为当务之急。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种安全、高效、可拆解和组装的便携式燃烧排放采样装置，其燃烧环境为户外实际环境状况，以满足野外燃烧实验和采样工作的需求。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种便携式燃烧排放采样装置，该装置包括燃烧室A、烟气混合室B、稀释装置C和采样室D，其中：

所述燃烧室A的顶部具有一第一圆孔，并通过该第一圆孔与所述烟气混合室B的底部连通；

所述烟气混合室B的侧壁具有一第二圆孔，并通过该第二圆孔与所述采样室D连通；

所述采样室D具有一第二烟囱8，该第二烟囱8与所述第二圆孔连接，在该第二烟囱8的中部设有一第三圆孔，并通过该第三圆孔与所述稀释装置C连通。

上述方案中，所述燃烧室A由多根可伸缩的不锈钢管1支撑集烟罩2构成，下方全开口，顶部为第一圆孔，外围设置不锈钢镂空纱网。

上述方案中，所述集烟罩2由多根可伸缩的不锈钢管和耐火布构成，所述第一圆孔位于所述集烟罩2的顶部；所述燃烧室A的直径为80cm，所述第一圆孔的直径为20cm。

上述方案中，所述烟气混合室B具有一第一烟囱4，所述第一烟囱4与所述第一圆孔通过卡扣连接，在所述第一烟囱4的内部靠近所述第一圆孔的位置设有一个温度计3，在所述第一烟囱4的内部远离所述第一圆孔的位置设有一个引风机5，在所述第一烟囱4的顶部设有一个不锈钢镂空排烟帽6。

上述方案中，所述第二圆孔位于所述第一烟囱4的中部，所述第二圆孔的直径为10cm。

上述方案中，所述稀释装置C由空气泵10、过滤器11和活性炭盒12依次串联组装而成，空气可通过该稀释装置C进入该第二烟囱8稀释燃烧排放烟气。

上述方案中，所述第三圆孔、空气泵10、过滤器11及活性炭盒12采用橡胶管依次连接，衔接处使用封口膜或橡胶条密封。

上述方案中，所述第三圆孔的直径为1cm；所述空气泵流量在0-50L/min，且流量可调节。

上述方案中，所述采样室D还具有烟气分析仪13和大气污染物采样器14，用于采集气态有机污染物/颗粒物样品并监测含碳气体浓度，稀释后的燃烧排放烟气被烟气分析仪13和大气污染物采样器14所捕获和采样。

上述方案中，所述第二烟囱8的两端分别设置有第一阀门7和第二阀门9，通过第一阀门7控制所述烟气混合室B中的烟气进入所述第二烟囱8，通过第二阀门9控制稀释后的燃烧排放烟气被烟气分析仪13和大气污染物采样器14所捕获和采样；所述烟气分析仪13用于对燃烧排放烟气中的二氧化碳、一氧化碳进行分析测定；所述大气污染物采样器14的流量为0-100L/min，且流量可调节，内置石英滤膜和吸附柱芯，分别用于大气颗粒物和气态有机污染物的采集。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置，体积小、重量轻、组装工序简易，易拆装、便于携带，适用于在野外进行短期、非定位的露天燃烧排放研究，方便本领域的研究人员携带至户外环境进行露天燃烧实验，能够获得燃料的燃烧效率和污染物的排放因子。

2、本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置，采样开放式，燃烧环境为真实环境，能够有效降低实验室密闭系统内缺氧或温度升高对研究结果的影响，使得获得的污染物排放因子和燃烧效率数据更接近于真实值。

3、本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置，体积小、重量轻和组装工序简易，同时兼顾安全性高、成本低和工作效率高等要求。

附图说明

为了更完整的理解本实用新型及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1为本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置的结构示意图；

图2为依照本实用新型实施例测得的燃烧效率与海拔的相关关系；

图3展示了依照本实用新型实施例测得的六氯苯(HCB)排放因子与燃烧效率的关系。

附图标记：

A燃烧室、B烟气混合室、C稀释装置、D采样室；

1不锈钢管、2集烟罩；

3温度计、4第一烟囱、5引风机、6排烟帽；

7第一阀门、8第二烟囱、9第二阀门；

10空气泵、11过滤器、12活性炭盒；

13烟气分析仪、14大气污染物采样器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚易懂，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所述，图1为本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置的结构示意图。本实用新型实施例提供的便携式燃烧排放采样装置包括：燃烧室A、烟气混合室B、稀释装置C和采样室D；其中：所述燃烧室A的顶部具有一第一圆孔，并通过该第一圆孔与所述烟气混合室B的底部连通；所述烟气混合室B的侧壁具有一第二圆孔，并通过该第二圆孔与所述采样室D连通；所述采样室D具有一第二烟囱8，该第二烟囱8与所述第二圆孔连接，在该第二烟囱8的中部设有一第三圆孔，并通过该第三圆孔与所述稀释装置C连通。

在本实用新型的实施例中，所述燃烧室A由多根可伸缩的不锈钢管1支撑集烟罩2构成，下方全开口，顶部为第一圆孔，外围设置不锈钢镂空纱网。可选地，构成燃烧室A的不锈钢管1的数量可以为5，燃烧室A的直径可以为80cm，第一圆孔的直径可以为20cm。

在本实用新型的实施例中，所述集烟罩2由多根可伸缩的不锈钢管和耐火布构成，所述第一圆孔位于所述集烟罩2的顶部。可选地，构成集烟罩2的不锈钢管的数量也可以为5。本实用新型采样耐火布取代传统集烟罩采样的铝质或铁质材料，以减轻装置的重量，使得集烟罩易于折叠，增强装置的便携性。

在本实用新型的实施例中，构成燃烧室A和集烟罩2框架的不锈钢管为可伸缩形式，收缩后长度不超过40cm，伸长后可达1.2m，便于携带和使用。

在本实用新型的实施例中，所述烟气混合室B具有一第一烟囱4，所述第一烟囱4与所述第一圆孔通过卡扣固定连接，第一烟囱4内部空间主要用于混合燃烧烟气。可选地，第一烟囱4的长度可以为60cm，直径可以为20cm，内部空间可充分混合烟气。集烟罩2上的第一圆孔与第一烟囱4之间利用卡扣固定，组装简易。

在本实用新型的实施例中，燃烧室A外围环绕的一圈不锈钢镂空纱网，第一烟囱4上方的排烟帽亦以镂空纱网为主要材质。纱网可卷曲和折叠，既保证火星不会飞溅至周边，又方便携带。

在本实用新型的实施例中，在所述第一烟囱4的内部设有一个温度计3和一个引风机5，在所述第一烟囱4的顶部设置有一个不锈钢镂空排烟帽6。可选地，温度计3设置于所述第一烟囱4的内部靠近所述第一圆孔的位置，引风机5设置于所述第一烟囱4的内部远离所述第一圆孔的位置。所述第二圆孔位于所述第一烟囱4的中部，所述第二圆孔的直径可以为10cm，排烟帽6的外径可以为20cm。

在本实用新型的实施例中，所述稀释装置C由空气泵10、过滤器11和活性炭盒12依次串联组装而成，空气可通过该稀释装置C进入该第二烟囱8稀释燃烧排放烟气。稀释装置C可有效降低烟气中污染物的浓度，确保污染物在仪器监测范围内。

在本实用新型的实施例中，所述第三圆孔、空气泵10、过滤器11及活性炭盒12采用橡胶管依次连接，衔接处使用封口膜或橡胶条密封。所述第三圆孔的直径可以为1cm；所述空气泵流量在0-50L/min，且流量可调节。

在本实用新型的实施例中，所述采样室D还具有烟气分析仪13和大气污染物采样器14，用于采集气态有机污染物/颗粒物样品并监测含碳气体浓度，稀释后的燃烧排放烟气被烟气分析仪13和大气污染物采样器14所捕获和采样。

所述第二烟囱8的两端分别设置有第一阀门7和第二阀门9，通过第一阀门7控制所述烟气混合室B中的烟气进入所述第二烟囱8，通过第二阀门9控制稀释后的燃烧排放烟气被烟气分析仪13和大气污染物采样器14所捕获和采样；所述烟气分析仪13用于对燃烧排放烟气中的二氧化碳、一氧化碳进行分析测定；所述大气污染物采样器14的流量为0-100L/min，且流量可调节，内置石英滤膜和吸附柱芯，分别用于大气颗粒物和气态有机污染物的采集。

由此可见，本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置，各组成部分拆解后体积小、质量轻、携带方便，组装工序简易，组装后燃烧环境开放、安全性高、工作效率高。

下面进一步描述本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置的使用方法。本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置，主要依靠燃烧室A进行生物质燃烧，依靠大流量采样器采集燃烧排放的污染物。在实施过程中，首先组装好燃烧室A和集烟罩2，将5根不锈钢管拉伸至1m长度后插入地面，然后将集烟罩2上的5根不锈钢管拉伸至60cm，利用卡扣分别固定在插入地面的不锈钢管上，在其上方铺设耐火布，构成燃烧室A。接着，将第一烟囱4安装在集烟罩2上方，在第一烟囱4内部插入温度计3，在第一烟囱4上部放置引风机5，顶部扣上一个不锈钢镂空排烟帽6，形成烟气混合室B。进一步地将稀释装置C和采样室D组装好，将第二烟囱8插入烟气混合室B的第一烟囱4上直径为10cm的第二圆孔，并安装第一阀门7。然后，用橡胶管依次连接空气泵10、过滤器11和活性炭盒12，检查连接处的气密性。最后，将大气污染物采样器14的采样口接在第二烟囱8另一端，同时，采样口处安装烟气分析仪13，大气污染物采样器14内部放置提前处理好的滤膜和吸附芯。在燃烧室A点燃生物质样品，打开引风机5，待燃烧烟气混合后，打开通往采样室的第一阀门7，同时开启稀释装置C，待烟气稀释后，打开第二阀门9，启动大气污染物采样器14和烟气分析仪13的电源，即开始采样，进而完成燃料燃烧污染物排放样品的采集。

以下结合一个具体实施例是对本实用新型提供的便携式燃烧排放采样装置的进一步说明，而不是对本实用新型的限制。

本实施例将便携式燃烧排放采样装置应用于青藏高原东南部森林植被燃烧排放持久性有机污染物(POPs)的研究。青藏高原森林海拔梯度大、植被种类丰富，是探讨各类因素对户外火灾排放污染物影响的理想区域。

试验地点：本实施例设置了六个海拔梯度，分别为(1)海拔1000m，以常绿阔叶林为主，代表性乔木为小果紫薇和千果榄仁；(2)海拔2000m，以落叶阔叶林为主，代表性乔木为尼泊尔桤木；(3)海拔2500m，落叶针阔混交林，代表性乔木为杨树和桦树；(4)海拔3300m，常绿针阔混交林，代表性乔木为高山栎和云杉；(5)海拔3800m，以针叶林为主，代表性乔木为冷杉和圆柏；(6)海拔4200m，植被以灌木和草本为主。

在以上每个海拔梯度，选择代表性植被样品，现场露天燃烧，每种植被样品质量为1kg，平均燃烧时间为10min，收集燃烧排放的气态和颗粒态物质，实时监测含碳气体的浓度，根据碳守恒原理计算燃烧效率(MCE)和六氯苯(HCB，POPs的一类代表性物质)的排放因子。

实验结果：本实施例获得了不同海拔植被的MCE和POPs排放因子。结果发现，MCE与海拔呈负相关关系，如图2所示，即空气中氧含量越高则燃烧越充分。同时，HCB的排放因子主要受与海拔相关的MCE的影响，如图3所示。在低海拔地区燃烧，MCE值高，HCB排放因子水平高；反之，在高海拔地区燃烧，MCE值低，HCB排放因子水平低。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，该装置包括燃烧室(A)、烟气混合室(B)、稀释装置(C)和采样室(D)，其中：

所述燃烧室(A)的顶部具有一第一圆孔，并通过该第一圆孔与所述烟气混合室(B)的底部连通；

所述烟气混合室(B)的侧壁具有一第二圆孔，并通过该第二圆孔与所述采样室(D)连通；

所述采样室(D)具有一第二烟囱(8)，该第二烟囱(8)与所述第二圆孔连接，在该第二烟囱(8)的中部设有一第三圆孔，并通过该第三圆孔与所述稀释装置(C)连通。

2.根据权利要求1所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，所述燃烧室(A)由多根可伸缩的不锈钢管(1)支撑集烟罩(2)构成，下方全开口，顶部为第一圆孔，外围设置不锈钢镂空纱网。

3.根据权利要求2所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，

所述集烟罩(2)由多根可伸缩的不锈钢管和耐火布构成，所述第一圆孔位于所述集烟罩(2)的顶部；

所述燃烧室(A)的直径为80cm，所述第一圆孔的直径为20cm。

4.根据权利要求1所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，所述烟气混合室(B)具有一第一烟囱(4)，所述第一烟囱(4)与所述第一圆孔通过卡扣连接，在所述第一烟囱(4)的内部靠近所述第一圆孔的位置设有一个温度计(3)，在所述第一烟囱(4)的内部远离所述第一圆孔的位置设有一个引风机(5)，在所述第一烟囱(4)的顶部设有一个不锈钢镂空排烟帽(6)。

5.根据权利要求4所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，所述第二圆孔位于所述第一烟囱(4)的中部，所述第二圆孔的直径为10cm。

6.根据权利要求1所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，所述稀释装置(C)由空气泵(10)、过滤器(11)和活性炭盒(12)依次串联组装而成，空气可通过该稀释装置(C)进入该第二烟囱(8)稀释燃烧排放烟气。

7.根据权利要求6所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，所述第三圆孔、空气泵(10)、过滤器(11)及活性炭盒(12)采用橡胶管依次连接，衔接处使用封口膜或橡胶条密封。

8.根据权利要求7所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，

所述第三圆孔的直径为1cm；

所述空气泵流量在0-50L/min，且流量可调节。

9.根据权利要求6所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，所述采样室(D)还具有烟气分析仪(13)和大气污染物采样器(14)，用于采集气态有机污染物/颗粒物样品并监测含碳气体浓度，稀释后的燃烧排放烟气被烟气分析仪(13)和大气污染物采样器(14)所捕获和采样。

10.根据权利要求9所述的便携式燃烧排放采样装置，其特征在于，所述第二烟囱(8)的两端分别设置有第一阀门(7)和第二阀门(9)，通过第一阀门(7)控制所述烟气混合室(B)中的烟气进入所述第二烟囱(8)，通过第二阀门(9)控制稀释后的燃烧排放烟气被烟气分析仪(13)和大气污染物采样器(14)所捕获和采样；

所述烟气分析仪(13)用于对燃烧排放烟气中的二氧化碳、一氧化碳进行分析测定；

所述大气污染物采样器(14)的流量为0-100L/min，且流量可调节，内置石英滤膜和吸附柱芯，分别用于大气颗粒物和气态有机污染物的采集。