一种可凝结颗粒物的分级采样装置及检测系统

本发明涉及一种可凝结颗粒物检测系统，尤其涉及一种可凝结颗粒物的分级采样装置及检测系统。

背景技术：

1、可凝结颗粒物(condensable particle matter，cpm)的定义是：在固定污染排放源烟道中以气态或气溶胶等形式存在，当排放到大气中后，由于温度的急剧下降，能够在数秒内冷凝形成液态和固体，这种特性使得其不会被常规污染物净化装置所去除，并且也不易采用常规的颗粒物监测系统对其进行监测；us epa于1991年颁布的epa method 202，是世界上最早的针对cpm的测试方法，也是比较典型的一种湿式撞击瓶冷凝法，固定源烟气经可过滤颗粒物滤膜后进入冰水浴中的冲击瓶，前三个冲击瓶内装有去离子水，用来捕集烟气中的cpm。许多测试结果表明，可能由于该方法冲击瓶中的去离子水在捕集烟气中cpm的同时也会吸收一些不属于cpm的可溶性物质，例如可溶性的有机成分(如醇、醛和有机酸)和可溶性的无机成分(如so2和no2)。此外，该方法缺少捕集颗粒态cpm的滤膜，在cpm烟气冷凝的过程中有些物质会转化为气溶胶颗粒物，未设置滤膜的method 202无法捕集这部分cpm，这样也会导致cpm测量值出现偏差。为了相应的减少这些产生测量偏差的因素，epa在method 202之后引入了改进方法，即干式冲击瓶法otm-28，方法otm-28的采样流程为：烟气通过可过滤颗粒物的收集组件，经伴热带加热后的烟气进入冷凝器降温后再通过干冲击瓶及后面的cpm滤膜，干冲击瓶及cpm滤膜捕集部分之和为cpm，这种方法可以大大地减少易溶解气体溶于水中造成的正偏差，烟气出口处设置的cpm滤膜式为了有效地捕集烟气中cpm在冷凝过程中形成的气溶胶态的cpm。

2、虽然这种检测方法可以较为精确的检测烟气中的可凝结颗粒物含量，但其仍存在以下缺陷：

3、1、仅通过47mm的滤膜去收集固态的cpm，无法同时收集不同粒径的固态cpm颗粒物，也可能会导致粒径较小的cpm被漏掉，不利于深入研究烟气中cpm的形成机理。

4、2、目前使用的方法在采集cpm时要求滤膜控制温度在30℃左右，仅使用冰水混合浴的方法很难保证在户外采样条件下循环水的温度稳定不变，因此会对cpm的冷凝过程产生影响，使得可cpm的采样结果产生偏差。

5、3、蛇形冷凝管的内径较窄，并且存在很多转折处，这样容易导致so2等不凝气体在烟气冷凝的过程中易与水发生反应，使得采样结果出现正偏差。

6、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的无法收集不同粒径的固态可凝结颗粒物，同时偏差较高的缺点，提供了一种可以收集不同粒径的固态可凝结颗粒物，同时偏差较低的可凝结颗粒物的分级采样装置及检测系统。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

3、一种可凝结颗粒物的分级采样装置，所述分级采样装置包括：壳体、多个孔板及多个冲击板；

4、所述壳体的顶部设置有进气口，所述壳体的底部设置有出气口，所述壳体内由上至下均匀设置有多个孔板，所述孔板的中部开设有通气孔，多个所述孔板的外缘均与壳体的内壁密封配合，每一个所述孔板的正下方均对应设置有一个冲击板，所述孔板及冲击板均与壳体同轴设置，各个所述冲击板的外缘均与壳体的内壁间隙配合，所述孔板与其相邻的冲击板为间隙配合，多个所述冲击板的切割粒径由上至下依次减小。

5、所述孔板的中部开设有多个通气孔，所述壳体由上至下设置的多个孔板上的通气孔直径依次减小，所述冲击板的中部设置有正对通气孔的采样区域。

6、所述壳体的进气口及出气口均为喇叭口结构，所述壳体的进气口及出气口上较大的开口均朝向壳体内腔设置，所述壳体的内腔直径大于其进气口及出气口上较大的开口的直径。

7、所述壳体包括顶盖、底板、过渡环及多个套环，所述顶盖、多个套环、过渡环及底板由上至下依次固定连接形成壳体，所述顶盖的中部设置有壳体的进气口，所述底板的中部设置有壳体的出气口，所述套环的内径大于壳体的进气口及出气口上较大的开口的直径，多个所述套环的两个端面分别设置有相配合的台阶结构，所述过渡环顶部的外缘设置有与套环相配合的台阶结构，所述过渡环顶部的内缘设置有向内倾斜的锥面，所述过渡环底部的内缘设置有与底板相配合的台阶结构。

8、所述冲击板的底部固定设置有定位环，相邻所述套环上设置的台阶结构之间设置有用于容纳冲击板的间隙，所述冲击板的外缘及定位环设置于相邻套环的台阶结构之间。

9、所述冲击板的外缘固定设置有锁紧环，所述锁紧环与壳体的内壁固定连接，所述冲击板的外缘与锁紧环之间设置有o型环；

10、所述壳体的出气口内设置有超细颗粒物截留滤膜，所述超细颗粒物截留滤膜的外缘设置于过渡环及底板之间。

11、一种基于可凝结颗粒物的分级采样装置的检测系统，所述检测系统包括：分级采样装置、取样系统、冷凝系统、干燥装置及抽气泵；

12、所述取样系统的进气口与大气相连通，所述取样系统的进气口靠近烟囱出口设置，所述取样系统的出气口与冷凝系统的进气口相连通，所述冷凝系统的出气口与分级采样装置的进气口相连通，所述分级采样装置的出气口与干燥装置的进气口相连通，所述干燥装置的出气口与抽气泵的进气口相连通，所述抽气泵的出气口与大气相连通；

13、所述取样系统用于采集烟气并在去除烟气中的大粒径颗粒物后加热烟气，所述冷凝系统用于对烟气进行降温冷凝，所述分级采样装置用于收集烟气中的可凝结颗粒物。

14、所述取样系统包括采样头、fpm滤膜、加热采样枪及伴热带，所述采样头的进气口为取样系统的进气口，所述采样头的出气口设置有fpm滤膜，所述采样头的出气口与加热采样枪的进气口相连通，所述加热采样枪的出气口与伴热带的进气口相连通，所述伴热带的出气口为取样系统的出气口。

15、所述冷凝系统包括空腔式冷凝管、循环水泵、冰水浴箱、冷凝水冲击瓶及后置冲击瓶，所述空腔式冷凝管的进气口为冷凝系统的进气口，所述空腔式冷凝管的出气口与冷凝水冲击瓶的进气口相连通，所述冷凝水冲击瓶的出气口与后置冲击瓶的进气口相连通，所述后置冲击瓶的出气口与干燥装置的进气口相连通；

16、所述循环水泵、冷凝水冲击瓶及后置冲击瓶均设置于冰水浴箱内，所述循环水泵的进水口设置于冰水浴箱的水面下，所述循环水泵的出水口与空腔式冷凝管的进水口相连通，所述空腔式冷凝管的出水口设置于冰水浴箱内。

17、所述冷凝系统还包括保温箱、温湿度传感器及多个半导体制冷片，所述保温箱为密封的箱体结构，所述保温箱的进气口与后置冲击瓶的出气口相连通，所述保温箱的出气口上设置有温湿度传感器，所述保温箱的出气口与干燥装置的进气口相连通，多个所述半导体制冷片穿过保温箱的侧壁后与保温箱固定连接，多个所述半导体制冷片的制冷端设置于保温箱的内腔中。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、1、本发明一种可凝结颗粒物的分级采样装置中，壳体内由上至下均匀设置有多个孔板，孔板的中部开设有通气孔，每一个孔板的正下方均对应设置有一个冲击板，每个孔板及其相对的冲击板形成一层采样结构，当烟气通过壳体的顶部的进气口进入壳体后，依次通过孔板上的通气孔撞击在冲击板上，再通过冲击板外缘与壳体的间隙进入下一层，由于多个冲击板的切割粒径由上至下依次减小，使得每层采样结构可以依次收集不同粒径的可凝结颗粒物。因此，本设计可以通过分层采样结构，依次收集不同粒径的可凝结颗粒物，方便分析烟气中不同粒径可凝结颗粒物的分布情况。

20、2、本发明一种可凝结颗粒物的分级采样装置中，孔板的中部开设有通气孔，每一个孔板的正下方均对应设置有一个冲击板，较为集中的通气孔使得气流能够汇成一束撞击冲击板，在冲击板处形成涡流，从而有利于可凝结颗粒物的捕集，同时冲击板的外缘均与壳体的内壁间隙配合，使得气流被冲击板改变方向后，以较低的速度经冲击板的外缘与壳体的间隙离开采样区域，延长了捕集时间，也防止颗粒物被高速气流夹带。因此，本设计可以通过较为集中的通气孔及冲击板与壳体之间的间隙，有效提高采样效果。

21、3、本发明一种可凝结颗粒物的分级采样装置中，冲击板的中部设置有正对通气孔的采样区域，孔板的中部开设有多个通气孔，壳体由上至下设置的多个孔板上的通气孔直径依次减小，依次减小的孔径可以切割粒径较大的颗粒物。因此，本设计可以通过各个孔板上直径依次减小的通气孔切割粒径较大的颗粒物，有效提高采样效果。

22、4、本发明一种基于可凝结颗粒物的分级采样装置的检测系统中设置有保温箱，保温箱通过多个半导体制冷片进行制冷，保温箱的出气口处设置有用于检测烟气温度的温湿度传感器，可以有效地稳定烟气的冷凝过程，。因此，本设计可以通过保温箱防止受到环境温度干扰，有效降低采样偏差。

23、5、本发明一种基于可凝结颗粒物的分级采样装置的检测系统中，空腔式冷凝管的体积远远大于蛇形冷凝管，可以延长气态颗粒物在冷凝管内的停留时间，有利于形成固态可凝结颗粒物，减少采样误差。因此，本设计可以通过空腔式冷凝管延长气态颗粒物在冷凝管内的停留时间，有效提高采样结果的准确性。