專利名稱：固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固定燃燒源排放顆粒物采樣系統(tǒng)，特別涉及一種能夠?qū)潭ㄈ紵磁欧诺母邷責煔庀♂尳禍睾蟛捎么髿猸h(huán)境顆粒物的采樣方法采集顆粒物的采樣系統(tǒng)，屬于環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
固定燃燒源排放顆粒物是大氣環(huán)境顆粒物的重要來源，如何合理采集固定燃燒源排放顆粒物，了解固定燃燒源排放顆粒物的粒徑分布及物理化學特征，對于分析大氣污染的來源，制定污染控制措施和排放標準意義十分重要。
目前我國對固定燃燒源排放顆粒物的采樣主要采用煙塵采樣器。該儀器是針對我國大氣污染物排放標準中顆粒物的采樣而開發(fā)的，采集的是在煙氣溫度下的總的煙塵樣品，不能模擬氣溶膠排放到大氣中的物理化學過程，不能實現(xiàn)分粒徑顆粒物的采集。由于燃燒源排放煙氣溫度，多采用玻璃纖維濾筒捕集煙塵，而玻璃纖維材質(zhì)含有較多的有機、無機雜質(zhì)，因而不利于對捕集的煙塵進行后續(xù)的化學分析。
上個世紀八十年代國外學者開發(fā)了稀釋煙道方法進行源排放有機物和源排放特征譜研究，該采樣系統(tǒng)一般包括煙氣采樣管、稀釋空氣系統(tǒng)、稀釋混合段、停留室及采樣系統(tǒng)等組成。煙氣和稀釋空氣采樣交叉流動方式混合，稀釋混合段長；進入停留室的氣量多，為保證氣體在停留室的停留時間，停留室體積大。由于整個系統(tǒng)比較龐大，操作繁瑣，在一定程度上限制了該方法在現(xiàn)場的大量應用。國內(nèi)外學者正在不斷的發(fā)展和完善此方法。中國發(fā)明專利(公開號CN1614385)涉及一種等速追蹤固定源稀釋采樣系統(tǒng)，包括采樣頭、加熱管、一級稀釋腔、二級稀釋腔、停留室、采樣器、數(shù)據(jù)采集器和皮托管等，該發(fā)明通過皮托管監(jiān)測煙道內(nèi)的壓力參數(shù)和計算機調(diào)節(jié)流量控制器，實現(xiàn)采樣的全過程等速，但是在采樣過程中，由于煙道內(nèi)煙氣速度的波動，系統(tǒng)的流量控制器和分流采樣泵都處于變化狀態(tài)，導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有的各種固定燃燒源顆粒物采樣系統(tǒng)的缺陷和不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型的固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，使其不僅能夠模擬固定燃燒源產(chǎn)生的氣溶膠排放到大氣中的物理化學過程，采用大氣環(huán)境顆粒物的采樣方法采集分粒徑顆粒物樣品進行物理化學分析，而且采樣系統(tǒng)小型化，適合于現(xiàn)場應用；系統(tǒng)穩(wěn)定度高，操作簡便。
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，包括由大顆粒切割器和采樣管組成的煙氣進氣系統(tǒng)，依次與煙氣進氣系統(tǒng)相連的一級稀釋器、二級稀釋器、停留室和設(shè)置在停留室下部的采樣系統(tǒng)；所述的采樣系統(tǒng)由切割器、采樣膜、調(diào)節(jié)閥Ⅳ、流量計以及采樣泵組成，其特征在于在所述的一級稀釋器的進口端設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)，該壓縮空氣系統(tǒng)依次包括空壓機、調(diào)節(jié)閥I、空氣凈化器和壓力表，在一級稀釋器的出口端分別設(shè)置帶有氣體流量計的采樣氣出口和帶有氣體流量調(diào)節(jié)閥II的多余氣體出口；在所述的二級稀釋器的進口端設(shè)有稀釋空氣供氣系統(tǒng)和氣體流量計，該系統(tǒng)包括稀釋空氣泵、調(diào)節(jié)閥III、空氣凈化器和壓力表；并在所述的停留室下部的四周均勻設(shè)有多個壓力平衡孔。
本發(fā)明的技術(shù)特征還在于所述的一級稀釋器的稀釋壓縮空氣通過環(huán)形噴射孔進入稀釋器內(nèi)腔，環(huán)形噴射孔與煙氣進口的噴嘴相連接；所述的二級稀釋器的稀釋空氣通過多個噴孔進入稀釋器內(nèi)腔。所述的大顆粒切割器采用旋風式結(jié)構(gòu)。
為了方便系統(tǒng)運輸和現(xiàn)場應用，所述的停留室底部設(shè)有四個角輪。
本發(fā)明所述的空氣凈化器依次包括硅膠罐、活性炭罐和過濾膜，分別用于去除稀釋空氣中的水、有機物和顆粒物。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果①通過在一級稀釋器出口端設(shè)置調(diào)節(jié)閥和流量計，控制進入二級稀釋器的采樣氣量，加之調(diào)節(jié)二級稀釋器的進口端稀釋空氣量，可方便調(diào)節(jié)稀釋比，同時使得進入停留室氣量不變，保持系統(tǒng)穩(wěn)定；稀釋后的采樣氣體以壓入進氣方式進入停留室，進入停留室的氣體呈微正壓，未被采集的多余氣體可從壓力平衡孔自動排出，保持停留室壓力平衡和整個采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定。這樣，整個采樣系統(tǒng)穩(wěn)定度高，測量結(jié)果可靠，操作簡便。②采用噴射型稀釋和多孔湍流混合稀釋相結(jié)合，可加強稀釋氣體和煙氣的混合，大大降低稀釋混合段長度；在滿足采樣的前提下，減少進入停留室的采樣氣量，縮小停留室體積；這樣整個采樣系統(tǒng)小型化，同時各主要部件可拆卸，方便運輸與安裝，使之更適合于現(xiàn)場應用。


圖1為本發(fā)明提供的固定燃燒源排放顆粒物采樣系統(tǒng)示意圖。
圖中1—大顆粒切割器；2—采樣管；3—加熱保溫套；4—軟管；5—壓力表；6—空氣凈化器；7—調(diào)節(jié)閥I；8—空壓機；9—一級稀釋器；10、調(diào)節(jié)閥II；11—氣體流量計I；12—二級稀釋器；13—氣體流量計II；14—稀釋空氣泵；15—停留室；16—測溫計；17—濕度計；18—壓力平衡孔；19—切割器；20—采樣膜；21—轉(zhuǎn)子流量計；22—采樣泵；23—采樣孔；24—調(diào)節(jié)閥III；25—調(diào)節(jié)閥IV。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、工作過程及具體實施方式
作進一步的說明本發(fā)明主要包括煙氣進氣部分、一級稀釋系統(tǒng)、二級稀釋系統(tǒng)、停留室和采樣部分等五部分。
煙氣進氣部分由大顆粒切割器1、采樣管2組成，在采樣管后面接有聚四氟乙烯軟管4，在采樣管和軟管外部敷設(shè)加熱保溫套3。大顆粒切割器1其作用是切割掉大顆粒(粒徑大于10um以上)，避免大顆粒沉積以致堵塞管路，其進口設(shè)有采樣嘴，根據(jù)煙氣流速選取適當?shù)牟蓸幼?，實現(xiàn)等速采樣；加熱保溫套3使采樣管2、聚四氟乙烯軟管4的溫度略高于煙道內(nèi)煙氣溫度，防止顆粒熱泳沉積及冷凝發(fā)生；聚四氟乙烯軟管4可方便現(xiàn)場連接及實現(xiàn)對煙道的多點采樣，同時避免污染采樣氣體。
一級稀釋系統(tǒng)由一級稀釋器9、稀釋壓縮空氣供氣系統(tǒng)、氣體流量計I 11、調(diào)節(jié)閥II 10組成。壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)在一級稀釋器9的進口端，該壓縮空氣系統(tǒng)依次包括空壓機8、調(diào)節(jié)閥I 7、空氣凈化器6和壓力表5，在其出口端分別設(shè)置帶有氣體流量計11的采樣氣出口和帶有氣體流量調(diào)節(jié)閥II 10的多余氣體出口。一級稀釋器的稀釋壓縮空氣通過環(huán)形噴射孔進入稀釋器內(nèi)腔，環(huán)形噴射孔與煙氣進口的噴嘴相連接；壓縮空氣高速通過環(huán)形噴射孔時在噴嘴處產(chǎn)生負壓，誘導煙道內(nèi)煙氣從進氣部分通過噴嘴進入稀釋器內(nèi)腔，煙氣和稀釋氣體在環(huán)形噴射孔處混合，進一步在稀釋器內(nèi)腔充分混合；在壓縮空氣為0.2MPa時，第一級稀釋器9能提供約10倍的稀釋比，在整個采樣過程中，稀釋比穩(wěn)定；一級稀釋器出口有兩個，一為采樣氣出口，一為多余氣體出口，通過在多余氣體出口設(shè)置調(diào)節(jié)閥II 10，調(diào)節(jié)采樣氣出口氣量，即進入第二級稀釋器12的采樣氣量，氣量可在10～50l/min范圍調(diào)節(jié)。流量計I用于測量一級稀釋器9采樣氣出口氣量。
二級稀釋系統(tǒng)由二級稀釋器12、稀釋空氣供氣系統(tǒng)、氣體流量計II 13組成。二級稀釋器12采用多孔噴射型結(jié)構(gòu)，稀釋氣體通過多個噴孔噴射進入稀釋器內(nèi)腔，和從一級稀釋器采樣氣出口來的氣體在混合腔內(nèi)進一步稀釋、混合。稀釋空氣供氣系統(tǒng)包括稀釋空氣泵14、調(diào)節(jié)閥III 24、空氣凈化器6、壓力表5，提供潔凈的稀釋空氣。流量計II 13用于測量進入二級稀釋器12的稀釋氣量。根據(jù)需要，通過調(diào)節(jié)稀釋氣量和一級稀釋器9采樣氣出口氣量，二級稀釋系統(tǒng)可提供2～10倍的稀釋比。這樣一級、二級稀釋系統(tǒng)可實現(xiàn)20～100倍的稀釋比。
停留室15的作用是為稀釋后的煙氣提供一段停留時間后才被采集，模擬煙氣排放到大氣中的成核、冷凝、凝聚等過程。停留室的大小按進氣量100l/min，停留時間80秒設(shè)計，可滿足同時進行不同粒徑、化學物種和特定有機物的采樣要求，這樣，由于進氣量相對國外的設(shè)計有大幅度的減少，在滿足同樣的停留時間條件下，停留室的體積大大降低。停留室側(cè)部裝有壓力表5、測溫計16、濕度計17用于測量停留室內(nèi)的壓力、溫度和濕度。在其下部均勻開設(shè)多個壓力平衡孔18，由于稀釋后的采樣氣體以壓入進氣方式進入停留室，進入停留室的氣體呈微正壓，未被采集的多余氣體可從壓力平衡孔自動排出，保持停留室壓力平衡和整個采樣系統(tǒng)的穩(wěn)定。停留室15底部設(shè)有四個角輪，方便運輸。
采樣系統(tǒng)與停留室下部的采樣孔23相連，由切割器19、采樣膜(包括膜托)20、調(diào)節(jié)閥IV 25、轉(zhuǎn)子流量計21、采樣泵22組成。按照大氣環(huán)境顆粒物的采樣方法采集顆粒物樣品進行物理化學分析，可根據(jù)要求選配不同粒徑的切割器(如PM10、PM2.5等)，采樣膜(如Teflon膜、石英膜等)進行分粒徑的顆粒物的采集，進行稱重、元素、離子、OC/EC和特定有機物(如多環(huán)芳烴)的分析；還可與適應于大氣環(huán)境條件的在線顆粒物測量儀器(如SMPS、ELPI、TOEM等)聯(lián)用。
采用系統(tǒng)的工作過程如下采樣前，測量煙道內(nèi)氣流速度、煙氣溫度，根據(jù)煙氣流速選取適當?shù)牟蓸幼彀惭b在大顆粒切割器1進口，實現(xiàn)等速采樣；將大顆粒切割器1和采樣管2通過煙道上的取樣孔插入煙道中，使采樣嘴置于測點上，正對氣流，給加熱保溫套3通電加熱，加熱至溫度略高于煙氣溫度。開啟空壓機8，通過調(diào)節(jié)閥I 7將壓力調(diào)至0.2Mpa。開啟稀釋空氣泵14，通過調(diào)節(jié)閥II 10和調(diào)節(jié)閥III 24，調(diào)節(jié)一級稀釋器9采樣氣出口氣量和二級稀釋器12的稀釋氣量，分別通過氣體流量計I 11、氣體流量計II 13測量氣量，確定稀釋比。例如一級稀釋器9采樣氣出口氣量和二級稀釋器12的稀釋氣量分別為50l/min、50l/min，則二級稀釋器12的稀釋比為2，加上一級稀釋器9的稀釋比10，則兩級稀釋器總的稀釋比為20；待系統(tǒng)穩(wěn)定后，開啟采樣泵22，通過調(diào)節(jié)閥IV25調(diào)節(jié)氣量至切割器19的額定工作流量，采樣開始，記錄采樣開始時間；采樣一段時間后，關(guān)閉采樣泵22，采樣結(jié)束，記錄采樣結(jié)束時間。
權(quán)利要求
1.一種固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，包括由大顆粒切割器(1)和采樣管組成的煙氣進氣系統(tǒng)，依次與煙氣進氣系統(tǒng)相連的一級稀釋器、二級稀釋器、停留室和設(shè)置在停留室下部的采樣系統(tǒng)；所述的采樣系統(tǒng)由切割器(19)、采樣膜(20)、調(diào)節(jié)閥IV(25)、流量計(21)以及采樣泵(22)組成，其特征在于在所述的一級稀釋器(9)的進口端設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)，該壓縮空氣系統(tǒng)依次包括空壓機(8)、調(diào)節(jié)閥I(7)、空氣凈化器(6)和壓力表(5)，在一級稀釋器(9)的出口端分別設(shè)置帶有氣體流量計I(11)的采樣氣出口和帶有氣體流量調(diào)節(jié)閥II(10)的多余氣體出口；在所述的二級稀釋器(12)的進口端設(shè)有稀釋空氣供氣系統(tǒng)和氣體流量計II(13)，稀釋空氣供氣系統(tǒng)包括稀釋空氣泵(14)、調(diào)節(jié)閥III(24)、空氣凈化器(6)和壓力表(5)；并在所述的停留室(15)下部的四周均勻設(shè)有多個壓力平衡孔(18)。
2.按照權(quán)利要求1所述的固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，其特征在于所述的一級稀釋器的稀釋壓縮空氣通過環(huán)形噴射孔進入稀釋器內(nèi)腔，環(huán)形噴射孔與煙氣進口的噴嘴相連接；所述的二級稀釋器(12)的稀釋空氣通過多個噴孔進入稀釋器內(nèi)腔。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，其特征在于所述的大顆粒切割器(1)采用旋風式結(jié)構(gòu)。
4.按照權(quán)利要求1所述的固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，其特征在于所述的停留室(15)底部設(shè)有四個角輪。
5.按照權(quán)利要求1所述的固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，其特征在于所述的空氣凈化器(6)依次包括硅膠罐、活性炭罐和過濾膜。
全文摘要
固定燃燒源排放顆粒物采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括煙氣進氣系統(tǒng)，兩級稀釋器，停留室和設(shè)置在停留室下部的采樣系統(tǒng)。在一級稀釋器的進口端設(shè)有壓縮空氣系統(tǒng)，其出口端分別設(shè)置帶有氣體流量計的采樣氣出口和帶有氣體流量調(diào)節(jié)閥的多余氣體出口；在二級稀釋器的進口端設(shè)有稀釋空氣供氣系統(tǒng)和氣體流量計，并在停留室下部的四周均勻設(shè)有多個壓力平衡孔。本發(fā)明不僅能夠模擬固定燃燒源產(chǎn)生的氣溶膠排放到大氣中的物理化學過程，采用大氣環(huán)境顆粒物的采樣方法采集分粒徑顆粒物樣品進行物理化學分析，而且采樣系統(tǒng)小型化，操作簡便，系統(tǒng)穩(wěn)定度高，測量結(jié)果可靠，適合于現(xiàn)場應用。
文檔編號G01N1/28GK1731127SQ20051008629
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月26日
發(fā)明者郝吉明, 李興華, 段雷, 易紅宏, 郭興明 申請人:清華大學