煙道稀釋混合湍流分級採樣器的製作方法

2023-10-04 20:12:39

專利名稱：煙道稀釋混合湍流分級採樣器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及煙塵類採樣器，特別是一種採集固定源排放的煙氣與環境空氣混合氣體中顆粒物樣品的煙道稀釋混合湍流分級採樣器，屬於環境監測技術領域。
背景技術：
固定汙染源有組織排放的顆粒物以氣溶膠形態存在，是環境空氣中顆粒物的主要來源之一。利用煙道採樣器獲取固定汙染源排放的顆粒物樣品，研究其粒度分布以及不同粒徑的顆粒物的化學組成，對於監控環境空氣的汙染程度、對人體健康的影響程度和採取的汙染控制措施是否恰當等均有重要的實用價值。
目前我國生產煙道採樣器產品的廠家很多，如青島嶗山應用技術研究所，武漢天虹環保儀器廠等。這些廠家生產的煙道採樣器大多是旋風式採樣器，其系統結構可分為五大部分取樣裝置、集塵裝置、冷凝和乾燥裝置、流量測量控制裝置以及採樣動力。
此類儀器在實際應用中有以下缺陷1)沒有煙塵粒徑分割裝置，主要採集的是煙塵全顆粒物樣品。在實際應用中經常需要確定煙囪中排出的的顆粒物的粒徑分布，如大顆粒物(100微米以下)和小顆粒物(10微米以下)的重量百分比，並以此來確定不同粒徑顆粒物的源強。但是上述儀器不能達到這個要求。
2)上述裝置大多採用濾筒集塵裝置，如玻璃纖維濾筒。這種集塵裝置會使相當部分的煙塵聚集在纖維孔內造成收集困難。另一方面現有的玻璃纖維濾筒含有的有機物和無機物較多，不適合元素、離子和有機物的分析，對建立不同粒徑的煙塵成分譜產生困難。
3)目前我國市場上還有一種「衝擊式顆粒物分級儀」。這種儀器採用「衝擊式」原理對塵粒進行切割、稱重來確定不同粒徑範圍內的顆粒物所佔的重量百分比。但是這種採樣器也只是對設計粒徑範圍內的塵粒進行切割，而另一些粒徑成分的比例則只能通過回歸等數理統計方法進行估算。由於這種儀器往往不能得到所需要的粒徑範圍內的顆粒物質，所以同樣也無法建立所需要的源成分譜。

發明內容
本實用新型是為了克服現有各種固定源煙塵採樣器的缺陷，在滿足空氣動力學採樣要求的條件下進行的專門設計。
本實用新型技術方案的要求1)實現煙塵等速採樣採集煙道氣中的煙塵時，必須滿足等速採樣條件，即進入採樣器中的塵粒速度和煙道內測試點處的氣流速度相等。
2)實現與煙氣進入環境空氣真實過程接近的物理、化學的演化條件固定源排放的煙道氣在排氣筒出口處與環境空氣混合併冷卻，此時發生凝結、蒸發、凝聚以及二次化學反應等物理、化學的變化，混合氣體中的顆粒物在粒徑分布以及不同粒徑範圍內的化學組成也會發生變化。為了採集到接近上述演化條件下的顆粒物樣品，必須不直接從固定源排氣筒中採集顆粒物樣品，而是將煙氣引入空氣稀釋煙氣艙(簡稱稀釋艙)，在稀釋艙內按一定稀釋比用清潔乾燥空氣稀釋煙氣，模擬煙氣進入環境空氣中的狀態。
3)能夠採集到特定粒徑範圍內的顆粒物樣品在稀釋艙內用帶有特定切割頭的採樣器採樣，特定粒徑範圍內的顆粒物樣品。
本實用新型的工作原理本實用新型的工作符合空氣動力學原理。採樣槍必須等速採樣進入稀釋艙的煙氣流量Q1，和空氣壓縮機壓入稀釋艙的乾燥潔淨空氣流量Q2與顆粒物分級採樣器從稀釋艙抽出的混合氣體流量Q3和排氣泵從稀釋艙排出的混合氣體流量Q4要達到平衡，即Q1+Q2＝Q3+Q4式中Q1—進入稀釋艙的煙氣流量，L/min；Q2—進入稀釋的乾燥清潔空氣流量，L/min；Q3—排出稀釋艙的採樣混合氣體流量，L/min；Q4—排出稀釋艙的混合氣體流量，L/min。
Q1、Q2、Q3和Q4均核算校正到標準狀態下(1個大氣壓，0℃)的氣體流量。
本實用新型的技術方案煙道稀釋混合湍流分級採樣器(YSYQ-1型)，它由稀釋艙、普通大氣顆粒物分級採樣器、空氣壓縮系統和排氣系統構成；稀釋艙內、底部安置普通大氣顆粒物分級採樣器的切割頭，煙氣通過稀釋艙頂部(上蓋)的煙氣入口和壓縮空氣通過空氣入口合在一起進入稀釋艙，壓縮空氣由空氣壓縮系統完成，稀釋艙內多餘混合氣體通過排氣口排出，由排氣系統系統完成。稀釋艙是本實用新型的核心發明內容，由內中外三桶構成。普通大氣顆粒物分級採樣器、空氣壓縮系統和排氣系統都與稀釋艙連接。
本實用新型的有益效果能夠實現了煙塵等速採樣，能夠實現煙氣進入環境空氣中接近真實的物理、化學的演化條件，在滿足上述採樣條件下，能夠採集到特定粒徑範圍內的固定源有組織排放的顆粒物樣品，滿足檢測和科研工作的要求。


圖1煙道稀釋混合湍流分級採樣器原理示意圖圖2煙道稀釋混合湍流分級採樣器結構示意圖圖3普通大氣顆粒物分級採樣器結構示意圖圖中1、採樣泵 2、閥門 3、採樣泵流量計 4、底蓋密封機構 5、濾膜式顆粒物粒徑切割頭 6、稀釋艙中桶 7、稀釋艙外桶 8、帶有氣體混合噴管的內桶 9、煙氣入口 10、溫度計(T2) 11、空氣入口 12、溫度計(T1) 13、混合氣體壓力計(P2) 14、空氣壓力計(P1)15、排氣口 16、稀釋空氣流量調節閥 17、壓縮空氣流量計 18、多餘空氣排出流量調節閥 19、排氣流量計 20、排氣真空泵 21、壓縮空氣乾燥過濾器 22、排氣過濾器 23、壓縮空氣閥1 24、壓縮機1 25、壓縮空氣閥2 26、壓縮機具體實施方式
以下結合附圖2對本實用新型作具體說明。煙道稀釋混合湍流分級採樣器(YSYQ-1型)由稀釋艙、普通大氣顆粒物分級採樣器、空氣壓縮系統和排氣系統4部分組成，各系統的主要組成部件分述如下(1)稀釋艙稀釋艙是本實用新型的核心發明內容，由內中外三桶構成。內桶7分上蓋和桶體，上蓋能開啟閉合，進氣管路和排氣管路分別與它相連。兩組進氣管路在上蓋外側合成一路，從上蓋進入稀釋艙內桶8，設計和安裝位置保證了煙氣在無動力條件下能隨空氣一起進入內桶。外桶7底部安置分級採樣器的切割頭5，切割頭通過抽氣管路與真空泵1相連。外桶下部有一密封口，通過密封口更換切割頭。內桶直徑約為外桶直徑的1/3，焊接在上蓋內側，混合氣體在內桶進行初步混合併形成湍流，混合氣體從內桶下口進入中桶6，中桶底部是封閉的，且為Ω形，上口為敞開式，一部分混合氣體進入中桶後進一步混合，然後進入外桶。Ω形設計促進了落到中桶底部的煙塵彈射起來，從上口進入外捅。中桶保證了兩種氣體在稀釋艙內有一定的停留時間，以便更加充分混合均勻。外桶下部還設有一個抽氣口通過管路與排氣泵相連，通過氣體調節閥18，流量計19由真空泵20將多餘氣體排出外桶，在稀釋艙內形成氣體的動態平衡。
(2)普通大氣顆粒物分級採樣器該部分由顆粒物切割頭5、流量計3、抽氣控制閥2、真空泵1和抽氣管路組成。其作用是從稀釋艙的混合氣體中採集特定粒徑範圍的顆粒物樣器。
(3)空氣壓縮系統空氣壓縮系統是從壓縮機1(24)、壓縮機2(26)依次分別通過壓縮空氣閥1(23)、壓縮空氣閥2(25)、壓縮空氣流量計17、稀釋空氣流量調節閥16、空氣入口11，將空氣壓縮進稀釋艙(內桶)，稀釋空氣流量調節閥之後，在管道上安裝有空氣壓力計14和溫度計12。
(4)排氣系統該部分由真空泵20、排氣控制閥門18、流量計19、排氣過濾器22和排氣管路組成。其作用是排出稀釋艙內多餘的混合氣體維持稀釋艙的氣體平衡。
實施例具體採樣步驟(1)關閉煙氣入口閥門9，開動空氣壓縮機24和26，調節壓縮機空氣閥門23、25和16，使一定流量的乾燥清潔壓縮空氣進入稀釋艙，記錄進入的空氣流量Q2。
(2)開動採樣真空泵1調節抽氣閥門2，使流量計3調節到預定流量值。裝好切割頭的採樣膜此流量進行採樣。
(3)開動排氣真空泵20，調節排氣閥門18，使稀釋艙上蓋的壓力計13調節至零，記錄流量計(15)的流量。
(4)打開煙氣進氣閥門(9)，主要調節閥門(18)並調節其他閥門，使煙氣按一定流量進入稀釋艙，並使壓力表13為零，此時稀釋艙進氣和排氣平衡，即Q1+Q2＝Q3+Q4(5)相關參數參考值1.流量計參考值Q1——10～40L/minQ2——120～180L/minQ3——100～120L/minQ4——30～100L/min2.煙氣稀釋倍數RR＝Q1/Q2×100％
權利要求1.一種煙道稀釋混合湍流分級採樣器，包括稀釋艙，其特徵在於它由稀釋艙、普通大氣顆粒物分級採樣器、空氣壓縮系統和排氣系統構成；稀釋艙內、底部安置普通大氣顆粒物分級採樣器的切割頭(5)，煙氣通過稀釋艙頂部(上蓋)的煙氣入口(9)和壓縮空氣通過空氣入口(11)合在一起進入稀釋艙(內桶)，壓縮空氣由空氣壓縮系統完成，稀釋艙多餘混合氣體通過排氣口(15)排出，由排氣系統完成。
2根據權利要求1所述的煙道稀釋混合湍流分級採樣器，其特徵在於所述的稀釋艙為內中外三桶構成，外桶(7)分上蓋和桶體，上蓋能開啟閉合，與進氣管路和排氣管路相連，煙氣和空氣通過管路進入稀釋艙，稀釋艙內、底部安置有普通大氣顆粒物分級採樣器，與採樣泵(1)相通，其切割頭(5)安置在稀釋艙內下部，通過下部的密封口更換切割頭。內桶(8)直徑約為外桶直徑的1/3，焊接在上蓋內側，內桶沒有下底，是敞開的，混合氣體在內桶徑初步混合從下口進入中桶(6)，中桶底部是Ω形，而且是封閉的，上部為敞口式，一部分混合氣體進入中桶後能直接從上口進入外桶，一部分混合氣體落到中桶桶底後煙氣又會彈射出來，從上口進入外桶。
3.根據權利要求1所述的煙道稀釋混合湍流分級採樣器，其特徵在於所述的普通大氣顆粒物分級採樣器是由採樣切割頭(4)、採樣泵(1)、採樣泵流量計(3)、閥門(2)和管路組成，採樣氣體依次經過切割頭、採樣泵流量計、真空泵和閥門。
4.根據權利要求1所述的煙道稀釋混合湍流分級採樣器，其特徵在於所述的空氣壓縮系統是從壓縮機1(24)、壓縮機2(26)依次分別通過壓縮空氣閥1(23)、壓縮空氣閥2(25)、壓縮空氣流量計(17)、稀釋空氣流量調節閥(16)、空氣入口(11)，將空氣壓縮進稀釋艙，稀釋空氣流量調節閥之後，在管道上安裝有空氣壓力計(14)和溫度計(12)。
5.根據權利要求1所述的煙道稀釋混合湍流分級採樣器，其特徵在於所述的排氣系統是從稀釋艙下部的排氣口(15)依次分別通過排氣流量計(19)、多餘空氣排出流量調節閥(18)到排氣真空泵(20)，將空氣排出。
專利摘要本實用新型涉及煙塵類採樣器，特別是一種採集固定源有組織排放的煙氣與環境空氣混合氣體中的顆粒物樣品的煙道稀釋混合湍流分級採樣器，屬於環境監測技術領域。現有的採樣器多採用玻璃纖維濾桶收集塵樣，無粒徑分割裝置，不能按粒徑分級，給不同粒徑的煙塵顆粒物的源強定量化及建立化學成分譜造成困難。為了克服現有煙道採樣器的缺陷，本實用新型在現有煙塵採樣器和環境空氣中顆粒物採樣器的基礎上增加了一個稀釋艙和相應的壓力平衡氣路，能夠採集各種固定源有組織排放的不同粒徑範圍的顆粒物物質，該採樣器能夠滿足監測工作的要求，實現了煙塵等速採樣，煙氣進入環境空氣中接近真實的物理、化學的演化條件，能夠採集到不同粒徑範圍內的顆粒物樣品。
文檔編號G01N1/22GK2618159SQ0324057
公開日2004年5月26日 申請日期2003年3月14日 優先權日2003年3月14日
發明者朱坦, 郭光煥, 白志鵬, 葛蘇 申請人:南開大學