一种气体固定排放源的采样系统、采样方法及其应用与流程

本发明涉及气体采样领域，具体涉及一种气体固定排放源的采样系统、采样方法及其应用。

背景技术：

城市大气污染物在世界范围内引起了有关环保科研团队、技术团队以及广大群众的关注。经过近几年相关课题的开展，国内外的研究团队对各种污染源制定了相关研究方法并引进了相关实验器材。

众所周知，气体固定排放源采样系统和方法作为研究废气不可或缺的基础性工作，其对最终研究成果的准确性有着重要影响。针对气体固定排放源，目前国内科研机构通常采用美国环保局所发布的相关系统和方法。但由于气体固定排放源的特异性，亟需能够充分适应我国国内气体固定排放源特性并能够精确控制采样过程中各方面参数的气体固定排放源采样系统和方法，以便为后续研究提供完善、可信的野外工作数据。

目前在气体(例如废气或废气voc)固定排放源的采样系统中，通常使用采样泵，为采样工作提供在规定时段内的恒定流速，该系统将采集的样品体积作为流速和时间的乘积，然后经实验室分析得到该样品的质量浓度，再将该浓度作为固定污染源的气体的平均浓度，从而得出企业气体总排放量(平均浓度与气体排放总体积乘积)。该项技术的缺点在于：如果在采样时段内污染源气体的体积流量和浓度发生波动，而采样泵仍然提供恒定流速的话，则会对气体总排放量的估算产生巨大影响，这将为企业进行废气治理的投资带来较大风险，也为环保部门制定污染控制决策增添了难度。

此外，还有一些气体固定排放源的采样系统是将针筒装置伸入固定排放源直接抽取气体作为实验研究样品，该系统的缺点在于：1、气体排放总量无法精确估算；2、无法实现针对采样过程的数字化监控并获得信息记录。

综上，如何提供一种能够精确估算废气总排放量、实现针对采样过程的数字化监控并获得信息记录的气体固定排放源采样系统和采样方法成为本领域亟待解决的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种气体固定排放源采样系统和方法，该系统和方法能够精确估算气体排放总量，实现针对采样过程的数字化监控并获得信息记录。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种气体固定排放源采样系统，其特征在于，所述采样系统包括采样装置(24)、流量传感装置(25)、信息计算装置(10)、流量控制处理装置(9)和流量积分装置(19)；

其中，所述采样装置(24)被配置为接收来自气体固定排放源(23)的气体；所述流量传感装置(25)被配置为监测、读取和存储所述气体的风速值；所述信息计算装置(10)被配置为根据所述风速值来获得信息处理数据；所述流量控制处理装置(9)被配置为将该信息处理数据转化为电磁信号并传输至所述流量积分装置(19)；所述流量积分装置(19)被配置为根据该电磁信号来获得采样数据；优选地，所述采样数据包括来自气体固定排放源(23)的气体的总体积。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样系统还包括收集装置(13)和负压泵(18)；其中，所述负压泵(18)被配置为使所述来自气体固定排放源(23)的气体依次进入所述采样装置(24)、所述流量控制处理装置(9)和所述收集装置(13)；其中，所述流量控制处理装置(9)被配置为根据从所述信息计算装置(10)获得的信息处理数据来调节所述来自气体固定排放源(23)的气体进入至所述收集装置(13)中的流量。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样系统中，所述采样装置(24)包括采样枪(1)、磁铁(2)和第一固定扣(3)；

优选地，所述磁铁(2)和所述第一固定扣(3)之间通过螺纹连接，所述磁铁(2)和所述采样枪(1)之间通过磁吸作用进行结合；所述磁铁(2)和所述第一固定扣(3)被配置为固定所述采样枪(1)；

优选地，当所述气体固定排放源采样系统在对所述气体固定排放源(23)进行采样时，所述采样枪(1)的部分或全部位于所述气体固定排放源(23)的内部；

优选地，所述磁铁(2)为饼形磁铁；

优选地，所述第一固定扣(3)为磁铁固定扣；

优选地，所述磁铁(2)和所述第一固定扣(3)根据气体固定排放源(23)内径在采样枪(1)的表面前后移动，以调节所述采样枪(1)伸入至气体固定排放源(23)内部的长度；

优选地，所述气体固定排放源(23)为废气voc固定排放源。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样系统中，所述采样枪(1)的一端固定于所述气体固定排放源(23)内部，另一端与所述流量传感装置(25)连接；

优选地，所述流量传感装置(25)包括依次连接的测速装置(20)和流量风速仪(21)，其中所述测速装置(20)用于监测所述来自气体固定排放源(23)的气体，所述流量风速仪(21)用于读取和存储所述来自气体固定排放源(23)的气体；

优选地，所述测速装置(20)通过第二固定扣(4)与所述采样枪(1)连接；

优选地，所述测速装置(20)为测速枪头。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样系统中，所述采样枪(1)的一端固定于所述气体固定排放源(23)内部，另一端与所述流量控制处理装置(9)连接；

优选地，所述采样枪(1)通过第一导管(6)与所述流量控制处理装置(9)连接；

优选地，所述第一导管(6)通过第二固定扣(4)固定于所述采样枪(1)；

优选地，所述第一导管(6)通过第三固定扣(7)固定于所述流量控制处理装置(9)；

优选地，所述第三固定扣(7)为固定旋钮；

优选地，所述第一导管(6)上设有过滤器(5)；

优选地，所述过滤器(5)为用于过滤来自气体固定排放源(23)的气体中的颗粒物的颗粒物过滤器；

优选地，所述流量控制处理装置(9)通过第二导管(61)与所述收集装置(13)连接；

优选地，所述收集装置(13)包括收集袋(14)，所述收集袋(14)用于收集气体固定排放源的气体；

优选地，所述第二导管(61)上设有第一连接阀(11)；

优选地，所述收集袋(14)上设有第四导管(62)；

优选地，所述第四导管(62)上设有第二连接阀(12)，所述第二连接阀(12)固定于所述收集装置(13)的顶部；

优选地，所述第一连接阀(11)和所述第二连接阀(12)为相互配合的连接阀，并且能够可拆卸地连接或断开；

优选地，所述收集装置(13)通过第三导管(17)与所述负压泵(18)连接；

优选地，所述第三导管(17)上设有第四连接阀(16)；

优选地，所述收集装置(13)的顶部设有第三连接阀(15)；

优选地，所述第四连接阀(16)和所述第三连接阀(15)为相互配合的连接阀，并且能够可拆卸地连接或断开；

优选地，所述收集装置(13)为不锈钢材质；

优选地，所述收集袋(14)为tedlar收集袋。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样系统中，所述第二固定扣(4)设有两个孔，分别用于固定所述第一导管(6)和所述测速装置(20)；

优选地，所述第二固定扣(4)为橡胶固定扣或金属固定扣；

优选地，所述金属固定扣为饼形金属固定扣；

优选地，所述第一导管(6)、所述第二导管(61)、所述第四导管(62)和所述第三导管(17)为导气软管，优选teflon导气软管。

本发明还提供一种气体固定排放源采样方法，该方法使用根据本发明所述的气体固定排放源采样系统进行采样，包括以下步骤：

(a)所述采样装置(24)接收来自气体固定排放源(23)的气体，并将该气体输送至所述流量传感装置(25)；

(b)由所述流量传感装置(25)监测、读取和存储所述气体的风速值，并将该风速值传输至所述信息计算装置(10)；

(c)所述信息计算装置(10)根据所述风速值来获得信息处理数据，然后所述流量控制处理装置(9)将该信息处理数据转化为电磁信号并传输至所述流量积分装置(19)；

(d)由所述流量积分装置(19)根据所述电磁信号计算采样数据；优选地，所述采样数据为来自气体固定排放源(23)的气体的总体积。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样方法采用所述负压泵(18)使来自气体固定排放源(23)的气体依次进入所述采样装置(24)、所述流量控制处理装置(9)和所述收集装置(13)；其中，所述流量控制处理装置(9)根据从所述信息计算装置(10)获得的信息处理数据来调节所述来自气体固定排放源(23)的气体进入至所述收集装置(13)中的流量。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样方法中，所述信息处理数据为实际采样速率；

优选地，在所述信息计算装置(10)中设置初始采样速率，并将由所述流量传感装置(25)测定的初始实时风速值定义为初始风速值，后根据公式k＝采样速率/风速值，计算得到常数k；然后根据该常数k由实时风速值计算实时采样速率。

在一个实施方中，本发明所述气体固定排放源采样方法中，所述采样数据包括来自气体固定排放源(23)的气体的总体积；

优选地，所述气体固定排放源(23)的气体总排放量根据以下公式计算：

气体总排放量＝v/k，其中，v为在所述流量积分装置(19)中获得的来自气体固定排放源(23)的气体的总体积。

本发明另外还提供根据本发明所述的气体固定排放源采样系统或发明所述的气体固定排放源采样方法在气体固定排放源采样中的应用。

众所周知，近几年开展了针对城市大气污染物治理的相关课题，国内外的研究团队对各种固定污染源(例如voc)进行了广泛而深入的研究。目前现有技术中气体固定排放源采样系统主要包括采样管、颗粒物过滤元件、抽气泵和采样袋。其中，使用采样泵为采样工作提供在规定时段内的恒定流速，并通过设置固定采样流量、采样时间来收集特定固定排放源在规定时段内的气体，然后经实验室分析得到该固定排放源的质量浓度，同时获得固定排放源气体总排放量(浓度与该污染源气体排放总量乘积)。上述采样系统的缺点在于：气体固定排放源的排放通常为脉冲式，这使得气体流量的稳定性较差，恒定流速采样系统会在无气体排放时仍然持续采样，这就稀释了气体样品的浓度，将造成对气体排放浓度及总排放量的错误测定，不仅导致了企业对污染源气体治理技术的错误选择，还将导致环境管理部门对污染管控决策和措施的错误制定。

本发明所述气体固定排放源采样系统和方法为组合使用所述采样装置、所述流量控制装置和所述流量积分装置。其中所述流量积分装置可将离散时间域或连续时间域中的输入信号进行时间积分，以获得在定义时间内的累积输入量。在现有技术中主要是通过负压泵来人工控制气体采样流量，均为时间连续型、流量固定型采样，无法根据固定源风速的实际情况调整采样量。而本发明的上述组合将所述流量积分装置、所述流量控制处理装置引入固定排放源采样进行工作，首次使用了所述信息计算装置将所述流量传感装置、所述流量控制处理装置和所述流量积分装置串联耦合，形成数据测定、信号传输、数据处理、产生指令、传输指令、自动控制的采样系统。其中所述流量控制处理装置根据从信息计算装置获得的信息处理数据来调节气体进入至收集装置中的实时流量，如此可根据气体固定排放源的流量动态来实时地以恒定比例自动调节实时流量；同时流量控制处理装置将从信息计算装置获得的信息处理数据实时传输至流量积分装置，这样能够在规定采样时段内使气体固定排放源的气体采样量实现精确化和可视化。

与现有技术相比，本发明所述气体固定排放源采样系统和采样方法的优点在于：

1、本发明所述气体固定排放源采样系统包括采样装置、流量传感装置、信息计算装置、流量控制处理装置和流量积分装置，所采集的气体样品为根据气体固定排放源的气体流量而动态调整后的气体样品，则该样品的质量浓度可精确代表该气体固定排放源的排放浓度，从而规避了气体脉冲式排放带来的样品浓度不确定性，并形成了一套可自动调节的采样系统，减少人为操作程序，降低手工采样所带来的人为误差；

2、本发明所述气体固定排放源采样系统中，信息计算装置根据来自气体固定排放源的气体的风速值来获得信息处理数据，然后流量控制处理装置将该信息处理数据转化为电磁信号并传输至流量积分装置，然后由流量积分装置根据电磁信号来计算采样数据；此外流量控制处理装置根据从信息计算装置获得的信息处理数据来调节气体进入至收集装置中的实时流量。因此，本发明所述气体固定排放源采样系统和方法可现场实时地获得气体固定排放源的气体流量和总排放量的信息；

3、本发明所述采样枪被固定于所述气体固定排放源内部，不受针筒尺寸限制，使采样点距离气体固定排放源排气系统的气流中心近，因此所采集的气体可精确代表该固定排放源的排放水平；

4、在本发明中，流量控制处理装置根据从信息计算装置获得的信息处理数据来调节来自气体固定排放源的气体进入至收集装置中的流量，因此能够在预定的时间段内获得气体固定排放源的实际所需样品量。

综上，本发明所述气体固定排放源采样系统和采样方法可将气体固定排放源采样程序规范化，实现气体固定排放源信息和采样信息的现场可视化，确保所采集样品能够真实、有效地代表气体固定排放源的气体排放状态，为环境管理部门判定、识别该污染源是否达到废气排放标准、是否满足区域废气总排放量的控制标准而提供更为科学的依据。此外，还可在现场采样期间针对废气排放单位为减少环境保护投资或规避环境监管而采取的关停排风装置、调低排风量等主观降低废气排放浓度及总排放量的手段进行快速识别和判定。本发明所述气体固定排放源采样系统和采样方法，有助于推进废气总排放量的削减和管控，缓解臭氧污染的高发态势，并有利于大气环境质量的提升。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明所述气体固定排放源采样系统的示意图；

图2为本发明所述气体固定排放源采样系统对气体固定排放源进行采样时的示意图；

附图标记说明：

24-采样装置；1-采样枪；2-磁铁；3-第一固定扣；4-第二固定扣；5-过滤器；6-第一导管；61-第二导管；62-第四导管；7-第三固定扣；9-流量控制处理装置；10-信息计算装置；11-第一连接阀；12-第二连接阀；13-收集装置；14-收集袋；15-第三连接阀；16-第四连接阀；17-第三导管；18-负压泵；19-流量积分装置；25-流量传感装置；20-测速装置；21-流量风速仪；22-数据线；23-气体固定排放源。

具体实施方式

以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

结合附图1和2，本发明所述气体固定排放源采样系统和采样方法的具体实施方式如下，其中，气体固定排放源23中的箭头状(向上)标识表示气体流动方向：

本发明所述气体固定排放源23可以为废气voc固定排放源。具体而言，所述气体固定排放源采样系统包括采样装置24、流量传感装置25、信息计算装置10、流量控制处理装置9和流量积分装置19；其中采样装置24被配置为接收来自气体固定排放源23的气体；流量传感装置25用于监测、读取和存储所述气体的风速值；信息计算装置10用于根据风速值来获得信息处理数据；流量控制处理装置9用于将该信息处理数据转化为电磁信号并传输至流量积分装置19；流量积分装置19用于根据该电磁信号来获得采样数据，所述采样数据为来自气体固定排放源(23)的气体的总体积。

采样系统还包括收集装置13和负压泵18；其中，负压泵18用于使来自气体固定排放源23的气体依次进入采样装置24、流量控制处理装置9和收集装置13；其中，流量控制处理装置9根据从信息计算装置10获得的信息处理数据来调节来自气体固定排放源23的气体进入至收集装置13中的流量。收集装置13上的桶盖可打开，并且桶盖处于关闭状态时是密闭性良好的金属桶，例如收集装置13可以为不锈钢为材质，可进行密闭性检测，检测方法根据美国环保署相关文件u.s.epamethod18而定。

采样装置24可包括采样枪1、磁铁2和第一固定扣3。采样装置24表面可设有饼型磁铁2和第一固定扣3，磁铁2和第一固定扣3之间可通过螺纹旋拧的方法固定或打开，用于将采样枪1的部分或全部固定于气体固定排放源23的内部，处于打开状态的饼型磁铁2和第一固定扣3可根据实际采样情况在采样枪1的表面前后移动，用以适应不同内径的气体固定排放源23系统，使所采集样品具有良好的代表性。

采样枪1的一端可固定于气体固定排放源23内部，另一端可与流量传感装置25连接；流量传感装置25可包括依次连接的测速装置20和流量风速仪21；测速装置20可通过第二固定扣4与采样枪1连接；测速装置20可以为测速枪头。

另外，采样枪1的一端可固定于气体固定排放源23内部，另一端可与流量控制处理装置9连接；采样枪1可通过第一导管6与流量控制处理装置9连接；第一导管6可通过第二固定扣4固定于所述采样枪1；第一导管6可通过第三固定扣7固定于流量控制处理装置9；第三固定扣7可以为固定旋钮；第一导管6上可设有过滤器5；过滤器5可以为颗粒物过滤器；控制处理元件9可通过第二导管61与收集装置13连接；收集装置13可包括收集袋14，收集袋14可以是10ltedlar收集袋，其可用于收集气体固定排放源23的气体；第二导管61上可设有第一连接阀11；收集袋14上可设有第四导管62；第四导管62上可设有第二连接阀12，第二连接阀12可固定于收集装置13的顶部；第一连接阀11和第二连接阀12可互相连接或断开；收集装置13通过第三导管17可与负压泵18连接；第三导管17上可设有第四连接阀16；收集装置13的顶部可设有第三连接阀15；第四连接阀16和第三连接阀15可互相连接或断开。

第二固定扣4可设有两个孔，分别用于固定第一导管6和测速装置20；第二固定扣4可以为橡胶固定扣或金属固定扣；金属固定扣可以为饼形金属固定扣。

第一导管6、第二导管61、第三导管17和第四导管62可以为导气软管，优选teflon导气软管。

本发明所述气体固定排放源采样方法包括以下步骤：

(a)所述采样装置24接收来自气体固定排放源23的气体，并将该气体输送至所述流量传感装置25；(b)由所述流量传感装置25监测、读取和存储所述气体的风速值，并将该风速值传输至所述信息计算装置10；(c)所述信息计算装置10根据所述风速值来获得信息处理数据，然后所述流量控制处理装置9将该信息处理数据转化为电磁信号并传输至所述流量积分装置19；(d)由所述流量积分装置19根据所述电磁信号计算采样数据。信息计算装置10接收流量风速仪21所传输的初始实时风速值，将该初始实时风速值定义为初始风速值，后根据公式k＝采样速率/风速值，计算得到常数k；然后根据该常数k由实时风速值计算实时采样速率，并将该实时采样速率传输给流量控制处理装置9，流量控制处理装置9则将该实时采样速率转化为电磁信号并传输至所述流量积分装置19，流量积分装置19可根据该电磁信号计算在规定时间段内的气体采样总体积，其中流量积分装置19实时接收所述流量控制处理装置传输的采样流量数据，形成了将采样体积作为因变量、采样流量作为积分变量的积分函数，并实时输出积分结果，既采样体积，并实现采样体积的可视化。

流量风速仪21可通过数据线连接或无线方式与信息计算装置10连接。测速装置20可插入采样枪1内部并经第二固定扣4固定，信息计算装置10可通过数据线或无线方式与流量控制处理装置9连接，流量控制处理装置9可通过数据线或无线方式与所述流量积分装置19连接。

所述采样方法包括采用所述负压泵18使来自气体固定排放源23的气体依次进入所述采样装置24、所述流量控制处理装置9和所述收集装置13；其中，所述流量控制处理装置9根据从所述信息计算装置10获得的信息处理数据来调节所述来自气体固定排放源23的气体进入至所述收集装置13中的流量；该信息处理数据可以为实时采样速率。

在所述信息计算装置10中设置初始采样速率，并将由所述流量传感装置25测定的初始实时风速值定义为初始风速值，后根据公式k＝采样速率/风速值，计算得到常数k；然后根据该常数k由实时风速值计算实时采样速率。

来自气体固定排放源23的气体总排放量根据以下公式计算：

气体总排放量＝v/k，其中，v为在所述流量积分装置(19)中获得的来自气体固定排放源(23)的气体的总体积。

综上，在信息计算装置中，人工设置初始采样速率(s0)，并经流量风速仪测得初始风速值(s0)，后根据公式k＝采样速率(s0)/风速值(s0)，计算得到恒定常数k。在采样过程中实时采样速率(s)会随固定污染源排气系统实时风速(s)的变化而变化，其中s＝ks；采样结束后，由流量积分装置测得采样总体积(v)，则根据平均采样速率s平均＝v/t而计算出气体固定排放源23系统的平均风速s平均＝ks平均；因此可得到气体固定排放源23的在任意时间段内的总排放量＝s平均ta，其中，t为所述气体固定排放源23的排放时间，a为所述采样枪的截面积，t为任意时间段。

本发明所述气体固定排放源采样系统和气体固定排放源采样方法可以在气体固定排放源采样中进行应用。

总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。