煙氣等速恆流採樣裝置及方法
2023-08-09 17:58:51 1
煙氣等速恆流採樣裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種煙氣等速恆流採樣裝置，所述採樣裝置包括採樣單元、補氣單元、測速單元；採樣單元包括採樣嘴、顆粒物切割器、濾膜夾、採樣流量控制器、抽氣泵；補氣單元包括進氣管、空氣流量控制器、空氣泵；測速單元包括煙氣流速儀。本發明還提供一種利用上述煙氣等速恆流採樣裝置進行煙氣等速恆流採樣的方法。本發明同時滿足等速採樣和恆流採樣的要求，可以採集固定汙染源煙氣中的PM10或PM2.5等顆粒物，且採樣過程中不需要更換採樣嘴，可以實現連續自動採樣。本發明通過補充純淨空氣，可以稀釋煙氣濃度，避免煙氣腐蝕採樣裝置，且純淨空氣可以清洗採樣嘴和管道裡的積塵，避免採樣嘴和管道堵塞。
【專利說明】 煙氣等速恆流採樣裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於環境監測【技術領域】，涉及一種採樣裝置，尤其涉及一種煙氣等速恆流採樣裝置，同時還涉及一種利用上述煙氣等速恆流採樣裝置進行煙氣等速恆流採樣的方法。
【背景技術】
[0002]目前我國大氣環境問題越來越突出，區域霾汙染引起全社會關注。霾汙染主要是由大氣中細顆粒物(PM2.5)增多導致的。為了治理區域霾汙染問題，我國將從2016年I月I日起實施新的環境空氣品質標準(GB 3095-2012)，其中增加了 PM2.5的日均值和年均值標準。我國1990-2005年期間排放的一次PM2.5中約50%來自固定汙染源，如火電廠、水泥廠、鋼鐵廠和工業鍋爐等。各地要達到新標準規定的濃度限制，必須對固定汙染源的PM2.5排放進行管理和控制，而監測固定汙染源的PM2.5排放是前提條件。目前，我國針對固定汙染源排氣中顆粒物的標準只有GB 16147-1996和HJ/T 397-2007，兩者的採樣方法相同，僅規定了總煙塵的採樣方法，尚無固定汙染源煙氣中PM2.5的採樣方法。
[0003]HJ/T 397-2007《固定源廢氣監測技術規範》規定如下:「將煙塵採樣管由採樣孔插入煙道中，使採樣嘴置於測點上，正對氣流，按顆粒物等速採樣原理，抽取一定量的含塵煙氣。根據採樣管濾筒上所捕集到的顆粒物量和同時抽取的氣體量，計算出排氣中顆粒物濃度。」「顆粒物具有一定的質量，在煙道中由於本身運動的慣性作用，不能完全隨氣流改變方向，為了從煙道中取得有代表性的煙塵樣品，需等速採樣，即氣體進入採樣嘴的速度應與採樣點的煙氣速度相等，其相對誤差應在10%以內。氣體進入採樣嘴的速度大於或小於採樣點的煙氣速度都將使採樣結果產生偏差。」因此，從固定源煙氣中採集顆粒物時需要等速採樣。但此採樣方法只能採集總煙塵樣品，不能將煙氣中的顆粒物按粒徑大小進行分級採集。
[0004]HJ 93-2013《環境空氣顆粒物(PM10和PM2.5)採樣器技術要求及檢測方法》規定如下:「PM10和PM2.5採樣器通過流量測量及控制裝置控制抽氣泵以恆定流量(工作點流量)抽取環境空氣樣品，環境空氣樣品以恆定的流量依次經過採樣器入口、PMlO或PM2.5切割器，PMlO或PM2.5顆粒物被捕集在濾膜上，氣體經流量計、抽氣泵由排氣口排出。」 「當採樣器測量的流量與規定的工作點流量的偏差超過±10%，且持續時間超過了 60秒時，採樣器應停止抽取空氣樣品，同時停止採樣時間累計；採樣器應對此種情況給出報警記錄和累計採樣時間記錄，用於判斷該採集樣品的有效性。」因此，從環境空氣中採集PMlO或PM2.5顆粒物時需要恆流採樣。
[0005]國內現有的採樣儀器不能滿足從固定汙染源煙氣中採集PM 2.5顆粒物的要求。現有的煙氣採樣器只能採集總煙塵樣品，分離不出PM2.5顆粒物；現有的PM2.5採樣器，只能進行恆流採樣，沒有等速採樣功能，不能用於煙氣採樣。國外有些採樣儀器雖然可以做到等速恆流採樣，但由於採樣點的煙氣流速經常變化，為了滿足等速採樣的要求，採樣過程中需要更換不同直徑的採樣嘴，無法實現連續自動採樣。
【發明內容】
[0006]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種煙氣等速恆流採樣裝置及方法，用於採集固定汙染源煙氣中的PM10或PM2.5等顆粒物。
[0007]本發明提供一種煙氣等速恆流採樣裝置，所述採樣裝置包括採樣單元、補氣單元、測速單元。
[0008]所述採樣單元包括採樣嘴、顆粒物切割器、濾膜夾、採樣流量控制器、抽氣泵；所述補氣單元包括進氣管、空氣流量控制器、空氣泵；所述測速單元包括煙氣流速儀。
[0009]所述採樣嘴安裝在顆粒物切割器的入口 ；所述顆粒物切割器、濾膜夾、採樣流量控制器、抽氣泵通過管道依次連接；所述濾膜夾內放有濾膜；所述採樣嘴上有一個開孔連接進氣管，所述進氣管依次連接空氣流量控制器和空氣泵。
[0010]進一步的，所述顆粒物切割器可以是單一粒徑顆粒物切割器，也可以是不同粒徑顆粒物切割器的組合。
[0011]進一步的，所述採樣裝置還包括控制單元，所述控制單元分別電性連接採樣流量控制器、空氣流量控制器、煙氣流速儀。
[0012]本發明還提供一種利用上述煙氣等速恆流採樣裝置進行煙氣等速恆流採樣的方法，所述方法包括如下步驟。
[0013]步驟S1:啟動抽氣泵採集煙氣樣品，啟動空氣泵補充純淨空氣。煙氣和純淨空氣進入採樣嘴內，混合後進入顆粒物切割器，分離出的顆粒物沉積在濾膜夾內的濾膜上。
[0014]步驟S2:調節採樣流量控制器，以設定的工作點流量進行採樣並保持恆定流量。採樣流量Q等於煙氣流量Q1與純淨空氣流量Q2之和。
[0015]步驟S3:煙氣流速儀測出採樣點的煙氣流速V，已知採樣嘴入口的截面積S，根據公式(1)計算出等速採樣的煙氣流量Q1 ；
Q1 = 0.06XVXS (1)
Q1:等速採樣的煙氣流量，L/min ；
V:採樣點的煙氣流速，m/s ；
S:採樣嘴入口的截面積，mm2。
[0016]步驟S4:根據公式(2)計算出需要補充的純淨空氣流量Q2。調節空氣流量控制器，使進入採樣嘴的純淨空氣流量為Q2 ；
Q2 = Q — Q1(2)
Q2:補充的純淨空氣流量，L/min ；
Q:採樣流量，L/min ；
Q1:等速採樣的煙氣流量，L/min。
[0017]進一步的，所述步驟S3-S4按時序間隔連續進行。
[0018]本發明的有益效果:本發明同時滿足等速採樣和恆流採樣的要求，可以採集固定汙染源煙氣中的PM10或PM2.5等顆粒物，且採樣過程中不需要更換採樣嘴，可以實現連續自動採樣。本發明通過補充純淨空氣，可以稀釋煙氣濃度，避免煙氣腐蝕採樣裝置，且純淨空氣可以清洗採樣嘴和管道裡的積塵，避免採樣嘴和管道堵塞。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例中煙氣等速恆流採樣裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為了更充分理解本發明的技術內容，下面結合具體實施例對本發明的技術方案進一步介紹和說明。
[0021]實施例:
如圖1所示的煙氣等速恆流採樣裝置，包括採樣單元、補氣單元、測速單元。採樣單元包括採樣嘴1、顆粒物切割器2、濾膜夾3、採樣流量控制器4、抽氣泵5。補氣單元包括進氣管6、空氣流量控制器7、空氣泵8。測速單元包括煙氣流速儀9。
[0022]採樣嘴I安裝在顆粒物切割器2的入口。顆粒物切割器2、濾膜夾3、採樣流量控制器4、抽氣泵5通過管道依次連接。濾膜夾3內放有濾膜。採樣嘴I上有一個開孔連接進氣管6，進氣管6依次連接空氣流量控制器7和空氣泵8。
[0023]顆粒物切割器2可以是單一粒徑顆粒物切割器(PM10切割器或PM2.5切割器)，也可以是不同粒徑顆粒物切割器的組合(PM10切割器和PM2.5切割器)。
[0024]利用上述煙氣等速恆流採樣裝置進行煙氣等速恆流採樣的方法包括如下步驟。
[0025]步驟S1:啟動抽氣泵5採集煙氣樣品，啟動空氣泵8補充純淨空氣。煙氣和純淨空氣進入採樣嘴I內，混合後進入顆粒物切割器2，分離出的顆粒物沉積在濾膜夾3內的濾膜上。
[0026]步驟S2:調節採樣流量控制器4，以設定的工作點流量進行採樣並保持恆定流量。採樣流量Q等於煙氣流量Ql與純淨空氣流量Q2之和。
[0027]步驟S3:煙氣流速儀9測出採樣點的煙氣流速V，已知採樣嘴I入口的截面積S，根據公式(I)計算出等速採樣的煙氣流量Ql ；
Ql = 0.06XVXS (I)
Ql:等速採樣的煙氣流量，L/min ；
V:採樣點的煙氣流速，m/s ；
S:採樣嘴入口的截面積，mm2。
[0028]步驟S4:根據公式(2)計算出需要補充的純淨空氣流量Q2。調節空氣流量控制器7，使進入採樣嘴的純淨空氣流量為Q2 ；
Q2 = Q — Ql(2)
Q2:補充的純淨空氣流量，L/min ；
Q:採樣流量，L/min ；
Ql:等速採樣的煙氣流量，L/min。
[0029]上述步驟S3-S4按時序間隔連續進行。
[0030]上述煙氣等速恆流採樣裝置選用最小直徑的採樣嘴，確保煙氣流量Ql小於採樣流量Q。採樣過程中不需要更換採樣嘴。當採樣點的煙氣流速V變化時，等速採樣的煙氣流量Ql隨之變化，根據計算結果實時調節補充的純淨空氣流量Q2，使得煙氣進入採樣嘴的流速等於採樣點的煙氣流速V，同時採樣流量Q維持恆定，從而實現等速採樣和恆流採樣。
[0031]上述煙氣等速恆流採樣裝置還包括控制單元10，控制單元10分別電性連接採樣流量控制器4、空氣流量控制器7、煙氣流速儀9，進行數據採集處理與自動化控制，從而實現連續自動採樣。
[0032]本發明同時滿足等速採樣和恆流採樣的要求，可以採集固定汙染源煙氣中的PM10或PM2.5等顆粒物，且採樣過程中不需要更換採樣嘴，可以實現連續自動採樣。本發明通過補充純淨空氣，可以稀釋煙氣濃度，避免煙氣腐蝕採樣裝置，且純淨空氣可以清洗採樣嘴和管道裡的積塵，避免採樣嘴和管道堵塞。
[0033]以上所述僅以實施例來進一步說明本發明的技術內容，以便於讀者更容易理解，但不代表本發明的實施方式僅限於此，任何依本發明所做的技術延伸或再創造，均受本發明的保護。
【權利要求】
1.一種煙氣等速恆流採樣裝置，其特徵在於:所述採樣裝置包括採樣單元、補氣單元、測速單元； 所述採樣單元包括採樣嘴、顆粒物切割器、濾膜夾、採樣流量控制器、抽氣泵；所述補氣單元包括進氣管、空氣流量控制器、空氣泵；所述測速單元包括煙氣流速儀； 所述採樣嘴安裝在顆粒物切割器的入口 ；所述顆粒物切割器、濾膜夾、採樣流量控制器、抽氣泵通過管道依次連接；所述濾膜夾內放有濾膜；所述採樣嘴上有一個開孔連接進氣管，所述進氣管依次連接空氣流量控制器和空氣泵。
2.根據權利要求1所述的煙氣等速恆流採樣裝置，其特徵在於:所述顆粒物切割器可以是單一粒徑顆粒物切割器，也可以是不同粒徑顆粒物切割器的組合。
3.根據權利要求1所述的煙氣等速恆流採樣裝置，其特徵在於:所述採樣裝置還包括控制單元，所述控制單元分別電性連接採樣流量控制器、空氣流量控制器、煙氣流速儀。
4.一種利用權利要求1至3之一所述煙氣等速恆流採樣裝置進行煙氣等速恆流採樣的方法，其特徵在於，所述方法包括如下步驟: 步驟S1:啟動抽氣泵採集煙氣樣品，啟動空氣泵補充純淨空氣；煙氣和純淨空氣進入採樣嘴內，混合後進入顆粒物切割器，分離出的顆粒物沉積在濾膜夾內的濾膜上； 步驟S2:調節採樣流量控制器，以設定的工作點流量進行採樣並保持恆定流量；採樣流量Q等於煙氣流量Ql與純淨空氣流量Q2之和； 步驟S3:煙氣流速儀測出採樣點的煙氣流速V，已知採樣嘴入口的截面積S，根據公式(I)計算出等速採樣的煙氣流量Ql ； Ql = 0.06XVXS (I) Ql:等速採樣的煙氣流量，L/min ； V:採樣點的煙氣流速，m/s ； S:採樣嘴入口的截面積，mm2 ； 步驟S4:根據公式(2)計算出需要補充的純淨空氣流量Q2 ;調節空氣流量控制器，使進入採樣嘴的純淨空氣流量為Q2 ； Q2 = Q — Ql(2) Q2:補充的純淨空氣流量，L/min ； Q:採樣流量，L/min ； Ql:等速採樣的煙氣流量，L/min。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於:所述步驟S3-S4按時序間隔連續進行。
【文檔編號】G01N1/24GK104390818SQ201410754841
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】曾勇, 吳迅海 申請人:深圳睿境環保科技有限公司