一種固定源顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍋爐煙氣PM2.5級揮發(fā)性有機物稀釋采樣系統(tǒng)，特別涉及一種能夠?qū)θ济哄仩t源排放的高溫?zé)煔膺M行降溫，采用大氣環(huán)境顆粒物采樣方法進行顆粒物采樣，并可改變稀釋比例及停留時間對采樣設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制的稀釋采樣系統(tǒng)。屬于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]鍋爐煙氣排放是我國一次PM2.5的主要來源之一，合理采集各類鍋爐排放的PM2.5，弄清其排放顆粒物的粒徑分布及理化特征，對于分析大氣污染物來源，制定科學(xué)有效的PM2.5達標(biāo)控制方案具有重要意義。
[0003]目前針對鍋爐煙氣顆粒物的采樣方法主要為直接采樣法與稀釋采樣法兩種。我國則采用以直接采樣法為基礎(chǔ)的煙塵采樣器。該儀器是針對我國大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中顆粒物的采樣而開發(fā)，直接采取高溫?zé)煹罋庵械念w粒物樣品，忽略了煙道氣排放至大氣時與控制混合稀釋冷凝過程中形成的微粒及二次反應(yīng)轉(zhuǎn)化形成的顆粒物，同時該儀器也不能實現(xiàn)顆粒物的分粒徑采集。由于采集過程中用玻璃纖維濾筒捕集煙塵，這種材質(zhì)含有較多的有機、無機雜質(zhì)會對顆粒物的后續(xù)化學(xué)分析產(chǎn)生不利影響。同時該方法也不能采集揮發(fā)性有機物。
[0004]煙氣稀釋通道采樣法的開發(fā)始于上世紀(jì)美國，國外學(xué)者率先將其應(yīng)用于固定源排放的研究。該方法是將高溫?zé)煔馀c潔凈空氣混合，冷卻至大氣環(huán)境溫度，再按不同粒徑采集顆粒物。該方法能夠模擬煙氣排放至大氣過程中的稀釋、成核、冷凝、凝聚等過程，更準(zhǔn)確地反應(yīng)了煙氣中顆粒物的排放特征。稀釋通道采樣系統(tǒng)一般由煙氣采樣管、稀釋混合系統(tǒng)，停留室及采樣系統(tǒng)等組成。早期的稀釋采樣系統(tǒng)稀釋混合過程段長，進入停留室氣量多，停留室體積大，整個系統(tǒng)體積龐大，操作繁瑣，在一定程度上限制了其在現(xiàn)場的應(yīng)用。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栗都處于變化狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。中國發(fā)明專利(公開號CN1731127A)涉及一種固定燃燒源排放顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)，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，該發(fā)明通過噴射稀釋與多孔湍流稀釋相結(jié)合的兩級稀釋系統(tǒng)，實現(xiàn)對煙氣的稀釋。一方面該系統(tǒng)未對稀釋氣流進行加熱，煙氣與潔凈空氣的混合部位由于局部過冷效應(yīng)導(dǎo)致顆粒物過早凝結(jié)而使部分顆粒物損失，造成測量結(jié)果出現(xiàn)偏差。另一方面由于進入停留室的氣量不變，導(dǎo)致系統(tǒng)無法對停留時間進行控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的在于針對上述現(xiàn)有固定源煙氣采樣設(shè)備存在的不足和缺陷，提供一種固定源顆粒物稀釋采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠模擬固定源煙氣發(fā)排放至大氣過程中的稀釋成核、冷凝、凝聚等過程?？刹捎么髿猸h(huán)境顆粒物的粒徑分級采樣方法對顆粒物進行采樣。可實現(xiàn)稀釋比及停留時間的動態(tài)控制。可通過無線終端實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制及監(jiān)控。系統(tǒng)設(shè)備集成度高、性能穩(wěn)定、可自動控制并在無人值守的情況下進行采樣。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用一種固定源顆粒物采樣系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括煙氣引入系統(tǒng)、稀釋停留系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)、控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0007]所述的煙氣引入系統(tǒng)包括數(shù)字等速采樣煙槍、加熱保溫管I (4)、引流室(5)、質(zhì)量流量控制器A (6)、引流栗串聯(lián)構(gòu)成。
[0008]所述的數(shù)字等速采樣煙槍由采樣噴嘴(I)、加熱采樣管(2)、皮托管(39)、液晶控制面板(3)組成，采樣噴嘴(I)、加熱采樣管(2)、液晶控制面板(3)依次固定連接連通，皮托管位于采樣噴嘴(I)的嘴口。所述液晶面板可顯示煙氣流速、溫度、壓力等工況參數(shù)，并可提供數(shù)據(jù)接口與逐機箱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連。
[0009]所述數(shù)字等速采樣煙槍的加熱采樣管(2)、液晶控制面板(3)、加熱保溫管1、引流室(5)串聯(lián)連接。
[0010]稀釋停留系統(tǒng)由一級稀釋器(8)、二級稀釋器(9)、三級稀釋器(10)及停留室串
(14)聯(lián)連接構(gòu)成，同時一級稀釋器、二級稀釋器、三級稀釋器的入口分別通過伺服流量計A(ll)、伺服流量計B(12)、伺服流量計C(13)與空氣壓縮機(20)連接，從而使得壓縮空氣由空氣壓縮機產(chǎn)生，分別通過伺服流量計A(Il)、伺服流量計B(12)、伺服流量計C(13)控制流量壓力后進入一級稀釋器、二級稀釋器、三級稀釋器。
[0011]所述引流室(5)的采樣端出口與一級稀釋器⑶的進口相連，引流室(5)的另一端出口通過采樣主機箱內(nèi)的質(zhì)量流量控制器A(6)與引流栗(38)相連。所述引流室的采樣端出口與所述一級稀釋器串聯(lián)，氣體經(jīng)過三級稀釋后在三級稀釋器出口進入所述的停留室；停留室為一體積大小可變的容器，裝有溫度、壓力、相對濕度傳感器，停留室側(cè)面有多個采樣口(如采用口 1、采樣口 2)，底部設(shè)置一個壓力平衡口(19)。
[0012]所述樣品采集系統(tǒng)安裝在采樣主機箱內(nèi)部，樣品采集系統(tǒng)至少包括四個切割頭(24-27)、膜脫(28-31)、質(zhì)量流量控制器(32-35)，四個切割頭分別依次串聯(lián)連接膜脫和質(zhì)量流量控制器，四個質(zhì)量流量控制器均與大流量變頻采用栗(36)連接，其中兩個切割頭并聯(lián)構(gòu)成一個采樣進氣口，另兩個構(gòu)成另一個采樣進氣口 ；采樣進氣口分別與停留室的采樣口連接。
[0013]采樣進氣口通過氣路與停留室的采用口連接，質(zhì)量流量控制器的出口作為樣品采集系統(tǒng)的出氣口通過氣路與大流量變頻采樣栗相連。所述樣品采集系統(tǒng)為用于采集PM10、PM2.5的顆粒物分級采樣裝置。樣品采集系統(tǒng)由切割頭、膜托、質(zhì)量流量控制器、大流量變頻采樣栗串聯(lián)構(gòu)成。
[0014]一級稀釋器(8)出口設(shè)置有多余氣體出口，可以把經(jīng)過一級稀釋器(8)稀釋后未被采樣進入二級稀釋器(9)的多余氣體排入空氣，從而實現(xiàn)稀釋系統(tǒng)的壓力平衡。
[0015]本發(fā)明的控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由配套軟件、數(shù)據(jù)連接線、LED觸摸操控面板構(gòu)成。配套軟件位于采樣主機箱內(nèi)，煙氣引入系統(tǒng)、稀釋停留系統(tǒng)、樣品采集系統(tǒng)等的運行參數(shù)通過數(shù)據(jù)連接線接入采樣主機箱，被控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)收集。LED觸摸操控面板設(shè)置在機箱外側(cè)，用于采集系統(tǒng)各部分流量、流速、溫度、濕度、壓力等參數(shù)，同時可以在顯示屏上進行參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)控制。
[0016]本發(fā)明還采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由信號發(fā)射器(22)、遠(yuǎn)程操作終端
(37)組成；信號發(fā)射器位于采樣主機箱內(nèi)部，遠(yuǎn)程操作終端通過接收發(fā)射器信號實現(xiàn)與LED操控面板數(shù)據(jù)同步，進而實現(xiàn)對整個稀釋通道采樣系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置與系統(tǒng)控制。
[0017]一級稀釋器采用加熱稀釋氣對煙氣進行稀釋，因此一級稀釋器(8)與伺服流量計A(Il)之間采用加熱管連接。
[0018]本發(fā)明的樣品采集系統(tǒng)的每一個采樣進氣口有多個割頭并聯(lián)；樣品采集系統(tǒng)的有更多個采樣進氣口。
[0019]質(zhì)量流量控制器A(6)、伺服流量計A(Il)、伺服流量計B(12)、伺服流量計C(13)、空氣壓縮機(20)、大流量變頻采樣栗(36)、引流栗(38)可根據(jù)需要置于采樣主機箱(21)。
[0020]由以上技術(shù)方案可以看出:
[0021]1、系統(tǒng)采用三級噴射型稀釋器，可加強煙氣與稀釋氣體的混合均勻度，降低稀釋混合段長度，一級、二級稀釋器均采用調(diào)節(jié)稀釋氣流流量及壓力來控制稀釋比。
[0022]2、稀釋后的氣體以壓入進氣方式進入停留室，停留室內(nèi)的氣體呈微正壓，未被采集的多余氣體通過壓力平衡口自動排出，保持停留室壓力平衡和整個系統(tǒng)的穩(wěn)定。
[0023]3、一級稀釋器采用加熱稀釋氣對煙氣進行稀釋，防止高溫?zé)煔馀c稀釋氣的混合部位由于局部過冷效應(yīng)導(dǎo)致顆粒物過早凝結(jié)造成顆粒物損失，經(jīng)一級稀釋器稀釋后，進入二級稀釋器的顆粒物濃度降低，在二級稀釋器用常溫稀釋氣進行二次稀釋。
[0024]4、經(jīng)過前兩級系時后，可通過調(diào)節(jié)三級級稀釋氣流量及壓力控制進入停留室氣量，實現(xiàn)停留時間的動態(tài)控制。其中二級稀釋器為可拆卸設(shè)計，可以通過不同的稀釋器組合達到不同的稀釋倍數(shù)要求。
[0025]5、控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用自動化控制，無需手動調(diào)節(jié)儀表，并通過質(zhì)量流量控制器和伺服流量計控制氣體流量、壓力等，大大減小了實驗誤差；系統(tǒng)運行參數(shù)全程自動記錄并實時顯示簡化了實驗流程。
[0026]6、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可實現(xiàn)全系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作與監(jiān)控，使采樣人員可以遠(yuǎn)離強噪聲、高粉塵、離地面較高的取樣點，有效的保證了采樣人員的人身安全。
【附圖說明】
[0027]圖1為固定源顆粒物采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0028]圖2為樣品采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]1-等速采樣噴嘴；2_煙槍加熱采樣管；3_液晶控制面板；4_加熱保溫管I ;5_引流室；6_質(zhì)量流量控制器A ;7_加熱保溫管II ;8_—級稀釋器；9_ 二級稀釋器；10_三級稀釋器；11-伺服流量計A ;12_伺服流量計B ;13_伺服流量計C ;14一停留室；15_停留室溫度、壓力、相對濕度傳感器；16_采樣口 A ;17_采樣口 B ;18_預(yù)留采樣口 ；19_壓力平衡口 ；20-空氣壓縮機；21_采樣主機箱；22_無線信號發(fā)射裝置；23-LED觸摸操控面板；24_切割頭A ;25_切割頭B ;26_切割頭C ;27_切割頭D ;28_膜托A ;29_膜托B ;30_膜托C ;31_膜托D ;32_質(zhì)量流量控制器B ;33_質(zhì)量流量控制器C ;34_質(zhì)量流量控制器D ;35_質(zhì)量流量控制器E ;36_大流量變頻采樣栗；37_遠(yuǎn)程操作終端；38_引流栗；39_皮托管，40-