固定源煙氣顆粒物稀釋法自動(dòng)等速采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種固定源煙氣顆粒物稀釋法采樣系統(tǒng)，尤其適用于自動(dòng)等速采樣。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)大氣環(huán)境問題突出，區(qū)域性灰霾頻發(fā)，引起廣泛關(guān)注?；姻残纬芍饕怯纱髿庵械募?xì)顆粒物(PM2.5)增多引起的，以燃煤為主的固定燃燒源排放的PM2.5是大氣中PM2.5的主要來(lái)源。如何合理采集固定燃燒源排放顆粒物，了解其粒徑分布及物理化學(xué)特征，對(duì)于大氣污染源解析，制定污染防控措施，改善區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量具有十分重要的意義。
[0003]對(duì)于固定源煙氣中細(xì)顆粒物的采集，主要采用稀釋煙道方法進(jìn)行，該方法的基本原理是將高溫?zé)煔庠谙♂屚ǖ纼?nèi)利用潔凈空氣進(jìn)行稀釋，并冷卻至大氣環(huán)境溫度，停留一段時(shí)間后細(xì)顆粒物被采樣器按一定粒度分離并捕集。其優(yōu)點(diǎn)是消除了煙氣溫度高、濕度大、細(xì)顆粒物濃度高和其他氣體的影響，使得燃燒源采樣方法得以簡(jiǎn)化，同時(shí)擴(kuò)大了濾膜的使用范圍，也簡(jiǎn)化和擴(kuò)大了化學(xué)物種的測(cè)量范圍，同時(shí)也使更先進(jìn)的氣溶膠測(cè)量設(shè)備在燃燒源中的應(yīng)用成為可能。
[0004]同時(shí)，測(cè)定煙氣濃度必須采用等速采樣法，即煙氣進(jìn)入采樣嘴的速度應(yīng)與采樣點(diǎn)煙氣流速相等。采樣氣流速大于或小于采樣點(diǎn)煙氣流速都將造成測(cè)定誤差。當(dāng)采樣速度大于采樣點(diǎn)的煙氣流速時(shí)，由于氣體分子的慣性小，容易改變方向，而顆粒物慣性大，不容易改變方向，導(dǎo)致采樣嘴邊緣以外的部分氣流被抽入采樣嘴，而其中的顆粒物按原方向前進(jìn)，不進(jìn)入采樣嘴，從而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏低；當(dāng)采樣速度小于采樣點(diǎn)煙氣流速時(shí)，情況正好相反，使測(cè)定結(jié)果偏高。
[0005]目前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)幾家單位研制開發(fā)了稀釋采樣系統(tǒng)，且大多并未考慮自動(dòng)等速追蹤采樣。中國(guó)發(fā)明專利(公開號(hào)CN1614385A)涉及了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(jí)稀釋腔、二級(jí)稀釋腔、停留室、采樣器、數(shù)據(jù)采集器等，由于其采用倒U型設(shè)計(jì)，且停留室設(shè)計(jì)體積較大，使得整套設(shè)備比較復(fù)雜和龐大，而許多固定源采樣現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，限制了其大范圍使用。
[0006]綜上所述，有必要開發(fā)采樣系統(tǒng)小型化、適合于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的具有自動(dòng)等速采樣的顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有的固定燃燒源顆粒物采樣系統(tǒng)的缺陷和不足，本發(fā)明提供了一種固定源煙氣顆粒物稀釋法自動(dòng)等速采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠很好的解決固定源煙氣顆粒物自動(dòng)等速稀釋采樣的難題，且系統(tǒng)采用直線型設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡(jiǎn)便。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]—種固定源煙氣顆粒物稀釋法自動(dòng)等速采樣系統(tǒng)，包括煙氣流速測(cè)量部分、顆粒物采集部分、稀釋氣配氣部分和自動(dòng)等速控制部分，其中，
[0009]所述煙氣流速測(cè)量部分包括皮托管(1-1)和氣體壓差變送器(1-2)，氣體壓差變送器(1-2)用于測(cè)量通過皮托管引導(dǎo)的采樣點(diǎn)的煙氣流速，其測(cè)量值傳輸至自動(dòng)等速控制部分的數(shù)據(jù)處理器(4-1);
[0010]所述顆粒物采集部分包括依次連接并呈直線型排列的采樣槍(2-1)、一級(jí)稀釋裝置(2-4)、二級(jí)稀釋裝置(2-7)、煙氣老化室(2-9)和煙氣出氣裝置(2-10)，在煙氣出氣裝置(2-10)的出氣口處設(shè)置有顆粒物采集裝置(2-11);煙道內(nèi)排放的煙氣通過采樣槍采樣，經(jīng)過一級(jí)稀釋、二級(jí)稀釋、停留老化后由顆粒物采集裝置采集其中的顆粒物；在采樣槍內(nèi)設(shè)置有氣體流速儀(2-3)，將采樣氣流速實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理器(4-1);所述的一級(jí)稀釋裝置(2-4)采用多孔稀釋，所述的二級(jí)稀釋裝置(2-7)采用射流稀釋；
[0011]所述稀釋氣配氣部分，包括空氣壓縮裝置(3-1)、儲(chǔ)氣罐(3-2)和氣體分流器(3-3);
[0012]在包括采樣槍、一級(jí)稀釋裝置、二級(jí)稀釋裝置和煙氣老化室在內(nèi)的各個(gè)部件上固定有氣體溫濕度計(jì)和氣體壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各處的煙氣狀態(tài)，各個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被送入數(shù)據(jù)處理器(4-1);
[0013]所述的自動(dòng)等速控制部分，包括數(shù)據(jù)處理器(4-1)、一級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-2)、二級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-3)和稀釋氣加熱器(4-4);從儲(chǔ)氣罐(3-2)釋放出的壓縮空氣經(jīng)氣體分流器(3-3)分為兩路，一路為一級(jí)稀釋氣，另一路為二級(jí)稀釋氣，其流量和流速分別由一級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-2)和二級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-3)控制;
[0014]所述一級(jí)稀釋裝置(2-4)包括一級(jí)稀釋外腔(2-41)、一級(jí)稀釋內(nèi)腔(2_42)，在一級(jí)稀釋內(nèi)腔(2-42)上開設(shè)有稀釋孔(2-43);—級(jí)稀釋氣沿一級(jí)稀釋外腔(2-41)通過稀釋孔(2-43)進(jìn)入稀釋內(nèi)腔，稀釋孔設(shè)計(jì)為圓錐形小孔，靠近稀釋外腔的底面直徑大于靠近稀釋內(nèi)腔的底面直徑；一級(jí)稀釋氣被稀釋氣加熱器(4-4)加熱為熱稀釋氣，通過改變稀釋氣的流量和溫度控制煙氣的稀釋效果，實(shí)現(xiàn)一級(jí)混合氣濕度和溫度可調(diào)；
[0015]所述數(shù)據(jù)處理器(4-1)，用于接收從各處監(jiān)測(cè)到的煙氣狀態(tài)信息，并控制氣體分流器(3-3)、一級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-2)和二級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-3)，其主要實(shí)現(xiàn)功能為:
[0016]—是使氣體老化室內(nèi)的混合氣符合采集要求:根據(jù)煙氣老化室(2-9)中的煙氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷是否符合采集要求，即稀釋氣總量與抽取煙氣的總量之比是否符合要求；若混合氣不符合采集要求，稀釋氣總量不足，此時(shí)數(shù)據(jù)處理器(4-1)對(duì)氣體分流器(3-3)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至混合氣符合采集要求；
[0017]二是實(shí)現(xiàn)等速采樣:在稀釋氣總量一定的情況下，數(shù)據(jù)處理器接收煙道內(nèi)煙氣流速Vl和抽取煙氣速度V2并進(jìn)行比較，并控制二級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-3)的流量，使Vl = V2，實(shí)現(xiàn)等速采樣；同時(shí)，調(diào)節(jié)一級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器(4-2)將剩余的稀釋氣量作為一級(jí)稀釋氣的稀釋氣量。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
[0019]I)很好的解決了固定源煙氣顆粒物自動(dòng)等速稀釋采樣的難題；
[0020]2)兩級(jí)稀釋獨(dú)立控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，測(cè)量精度好；
[0021]3)系統(tǒng)采用直線型設(shè)計(jì)，煙氣狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，結(jié)構(gòu)緊湊、模塊化、操作簡(jiǎn)便；
[0022]4)通過改變一級(jí)稀釋氣的流量和溫度控制煙氣的稀釋效果，可以實(shí)現(xiàn)混合氣濕度和溫度可調(diào)。而且，一級(jí)稀釋氣體通過沿傳輸線上分布的小孔進(jìn)入傳輸線，使稀釋更加均勻。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明提供的固定源顆粒物稀釋法自動(dòng)等速采集系統(tǒng)示意圖。
[0024]圖中:1_煙氣流速測(cè)量部分；2_顆粒物采集部分；3_稀釋氣配氣部分；4_自動(dòng)等速控制部分。
[0025]1_1_皮托管；1_2_氣體壓差變送器；2_1_米樣槍；2_2_氣體溫濕度計(jì)；2_3_氣體流速儀；2-4_ —級(jí)稀釋裝置；2-5_氣體壓力傳感器；2-6_ —級(jí)稀釋氣進(jìn)口 ；2-7_ 二級(jí)稀釋裝置；2-8_ 二級(jí)稀釋氣進(jìn)口 ；2-9_煙氣老化室；2-10_煙氣出氣裝置；2-11_顆粒物采集裝置；3-1_空氣壓縮裝置；3-2_儲(chǔ)氣罐；3-3_氣體分流器；4-1_數(shù)據(jù)處理器；4_2_ —級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器；4-3_ 二級(jí)稀釋氣質(zhì)量流量控制器；4-4_稀釋氣加熱器。
[0026]圖2為采用多孔稀釋方式的一級(jí)稀釋裝置的示意圖。
[0027]圖中:2-2-氣體溫濕度計(jì)；2_41 —級(jí)稀釋外腔、2_42 —級(jí)稀釋內(nèi)腔；2_43稀釋孔；2-5-氣體壓力傳感器；2-6_ —級(jí)稀釋氣進(jìn)口 ；箭頭表示氣流方向。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]參見圖1，固定源煙氣顆粒物稀釋法自動(dòng)等速采樣系統(tǒng)，包括煙氣流速測(cè)量部分、顆粒物采集部分、稀釋氣配氣部分和自動(dòng)等速控制部分，其中，
[0030]煙氣流速測(cè)量部分包括皮托管(1-1)和氣體壓差變送器(1-2)，氣體壓差變送器(1-2)用于測(cè)量通過皮托管引導(dǎo)的采樣點(diǎn)的煙氣流速，其測(cè)量值傳輸至自動(dòng)等速控制部分的數(shù)據(jù)處理器(4-1);
[0031]顆粒物采集部分包括依次連接的采樣槍(2-1)、一級(jí)稀釋裝置(2-4)、二級(jí)稀釋裝置(2-7)、煙氣老化室(2-9)和煙氣出氣裝置(2-10)，在煙氣出氣裝置(2-10)的出氣口處設(shè)置有顆粒物采集裝置(2-11);煙道內(nèi)排放的煙氣通過采樣槍采樣，經(jīng)過一級(jí)稀釋、二級(jí)稀釋、停留老化后由顆粒物采集裝置采集其中的顆粒物；在采樣槍內(nèi)設(shè)置有氣體流速儀(2-3)，將采樣氣流速實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)處理器(4-1);一級(jí)稀釋裝置(2-4)采用多孔稀釋，二級(jí)稀釋裝置(2-7)采用射流稀釋；
[0032]稀釋氣配氣部分，包括空氣壓縮裝置(3-1)、儲(chǔ)氣罐(3-2)和氣體分流器(3-3);
[0033]在包括采樣槍、一級(jí)稀釋裝置、二級(jí)稀釋裝置和煙氣老化室在內(nèi)的各個(gè)部件上固定有氣體溫濕度計(jì)和