固定源烟气颗粒物稀释法自动等速采集方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境监测技术领域，涉及一种固定源烟气颗粒物稀释法采样方法。
【背景技术】
[0002]目前我国大气环境问题突出，区域性灰霾频发，引起广泛关注。灰霾形成主要是由大气中的细颗粒物(PM2.5)增多引起的，以燃煤为主的固定燃烧源排放的PM2.5是大气中PM2.5的主要来源。如何合理采集固定燃烧源排放颗粒物，了解其粒径分布及物理化学特征，对于大气污染源解析，制定污染防控措施，改善区域环境空气质量具有十分重要的意义。
[0003]对于固定源烟气中细颗粒物的采集，主要采用稀释烟道方法进行，该方法的基本原理是将高温烟气在稀释通道内利用洁净空气进行稀释，并冷却至大气环境温度，停留一段时间后细颗粒物被采样器按一定粒度分离并捕集。其优点是消除了烟气温度高、湿度大、细颗粒物浓度高和其他气体的影响，使得燃烧源采样方法得以简化，同时扩大了滤膜的使用范围，也简化和扩大了化学物种的测量范围，同时也使更先进的气溶胶测量设备在燃烧源中的应用成为可能。
[0004]同时，测定烟气浓度必须采用等速采样法，即烟气进入采样嘴的速度应与采样点烟气流速相等。采样气流速大于或小于采样点烟气流速都将造成测定误差。当采样速度大于采样点的烟气流速时，由于气体分子的惯性小，容易改变方向，而颗粒物惯性大，不容易改变方向，导致采样嘴边缘以外的部分气流被抽入采样嘴，而其中的颗粒物按原方向前进，不进入采样嘴，从而导致测量结果偏低；当采样速度小于采样点烟气流速时，情况正好相反，使测定结果偏高。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种固定源烟气颗粒物稀释法自动等速采集方法，该系统能够很好的解决固定源烟气颗粒物自动等速稀释采样的难题。本发明的技术方案如下:
[0006]—种固定源烟气颗粒物稀释法自动等速采集方法，该方法包括:
[0007](I)利用气体压差变送器(1-2)测量通过皮托管引导的采样点的烟气流速，并其测量值传输数据处理器(4-1);
[0008](2)依次连接采样枪(2-1)、一级稀释装置(2-4)、二级稀释装置(2_7)、烟气老化室(2-9)和烟气出气装置(2-10)，在烟气出气装置(2-10)的出气口处设置颗粒物采集装置(2-11)，各个部件呈直线型排列；烟道内排放的烟气通过采样枪采样，经过一级稀释、二级稀释、停留老化后由颗粒物采集装置采集其中的颗粒物；在采样枪内设置有气体流速仪(2-3)，将采样气流速实时传输至数据处理器(4-1);所述的一级稀释装置(2-4)采用多孔稀释，所述的二级稀释装置(2-7)采用射流稀释；所述的一级稀释装置(2-4)包括一级稀释外腔(2-41)、一级稀释内腔(2-42)，在一级稀释内腔(2-42)上开设有稀释孔(2_43);—级稀释气被加热为热稀释气后沿一级稀释外腔(2-41)通过稀释孔(2-43)进入稀释内腔，一级稀释气稀释孔设计为圆锥形小孔，靠近稀释外腔的底面直径大于靠近稀释内腔的底面直径；
[0009](3)在包括采样枪、一级稀释装置、二级稀释装置和烟气老化室在内的各个部件上固定有气体温湿度计和气体压力传感器实时监测各处的烟气状态，各个监测数据被送入数据处理器(4-1);
[0010](4)从储气罐(3-2)释放出的压缩空气经气体分流器(3-3)分为两路，一路为一级稀释气，另一路为二级稀释气，其流量和流速分别由一级稀释气质量流量控制器(4-2)和二级稀释气质量流量控制器(4-3)控制，通过改变一级稀释气的流量和温度控制烟气的稀释效果，实现一级混合气湿度和温度可调；
[0011](5)利用数据处理器(4-1)接收从各处监测到的烟气状态信息，并控制气体分流器(3-3)、一级稀释气质量流量控制器(4-2)和二级稀释气质量流量控制器(4-3)，其主要实现功能为:
[0012]—是使气体老化室内的混合气符合采集要求:根据烟气老化室(2-9)中的烟气监测数据判断是否符合采集要求，即稀释气总量与抽取烟气的总量之比是否符合要求；若混合气不符合采集要求，稀释气总量不足，此时数据处理器(4-1)对气体分流器(3-3)进行调节，直至混合气符合采集要求；
[0013]二是实现等速采样:在稀释气总量一定的情况下，数据处理器接收烟道内烟气流速Vl和抽取烟气速度V2并进行比较，并控制二级稀释气质量流量控制器(4-3)的流量，使Vl = V2，实现等速采样；同时，调节一级稀释气质量流量控制器(4-2)将剩余的稀释气量作为一级稀释气的稀释气量。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]I)很好的解决了固定源烟气颗粒物自动等速稀释采样的难题；
[0016]2)两级稀释独立控制，系统稳定性高，测量精度好；
[0017]3)系统采用直线型设计，烟气状态实时显示，结构紧凑、模块化、操作简便；
[0018]4)通过改变一级稀释气的流量和温度控制烟气的稀释效果，可以实现混合气湿度和温度可调。而且，一级稀释气体通过沿传输线上分布的小孔进入传输线，使稀释更加均匀。
【附图说明】
[0019]图1为本发明采用的固定源颗粒物稀释法自动等速采集系统示意图。
[0020]图中:1_烟气流速测量部分；2_颗粒物采集部分；3_稀释气配气部分；4_自动等速控制部分。
[0021]1_1_皮托管；1_2_气体压差变送器；2_1_米样枪；2_2_气体温湿度计；2_3_气体流速仪；2-4_ —级稀释装置；2-5_气体压力传感器；2-6_ —级稀释气进口 ；2-7_ 二级稀释装置；2-8_ 二级稀释气进口 ；2-9_烟气老化室；2-10_烟气出气装置；2-11_颗粒物采集装置；3-1_空气压缩装置；3-2_储气罐；3-3_气体分流器；4-1_数据处理器；4_2_ —级稀释气质量流量控制器；4-3_ 二级稀释气质量流量控制器；4-4_稀释气加热器。
[0022]图2为采用多孔稀释方式的一级稀释装置的示意图。
[0023]图中:2-2-气体温湿度计；2-41 —级稀释外腔、2_42 —级稀释内腔；2_43稀释孔； 2-5-气体压力传感器；2-6_ —级稀释气进口 ；箭头表示气流方向。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0025]参见图1，本发明采用的颗粒物采集系统包括烟气流速测量部分、颗粒物采集部分和自动等速控制部分。
[0026]烟气流速测量部分包括皮托管(1-1)和气体压差变送器(1-2)，气体压差变送器(1-2)用于测量通过皮托管引导的采样点的烟气流速，其测量值传输至自动等速控制部分的数据处理器(4-1);
[0027]颗粒物采集部分包括依次连接的采样枪(2-1)、一级稀释装置(2-4)、二级稀释装置(2-7)、烟气老化室(2-9)和烟气出气装置(2-10)，在烟气出气装置(2-10)的出气口处设置有颗粒物采集装置(2-11);烟道内排放的烟气通过采样枪采样，经过一级稀释、二级稀释、停留老化后由颗粒物采集装置采集其中的颗粒物；在采样枪内设置有气体流速仪(2-3)，将采样气流速实时传输至数据处理器(4-1);一级稀释装置(2-4)采用多孔稀释，二级稀释装置(2-7)采用射流稀释；
[0028]稀释气配气部分，包括空气压缩装置(3-1)、储气罐(3-2)和气体分流器(3-3);
[0029]在包括采样枪、一级稀释装置、二级稀释装置和烟气老化室在内的各个部件上固定有气体温湿度计和气体压力传感器实时监测各处的烟气状态，各个监测数据被送入数据处理器(4-1);
[0030]自动等速控制部分，包括数据处理器(4-1)、一级稀释气质量流量控制器(4-2)、二级稀释气质量流量控制器(4-3)和稀释气加热器(4-4);从储气罐(3-2)释放出的压缩空气经气体分流器(3-3)分为两路，一路为一级稀释气，另一路为二级稀释气，其流量和流速分别由一级稀释气质量流量控制器(4-2)