專利名稱：固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顆粒物采集監(jiān)測裝置，尤其是一種針對(duì)固定源排放的氣體中所含有的微小顆粒物進(jìn)行等速采樣的監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
固定源的煙塵排放是造成大氣污染的重要根源，尤其是那些顆粒細(xì)小、表面積較大的顆粒物，它們?cè)陂L時(shí)間的傳輸過程中進(jìn)行著各種復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，對(duì)人體健康造成不利的影響。
對(duì)于固定源排放氣體的監(jiān)測是研究大氣污染的形成機(jī)理、控制污染煙塵排放的重要手段。目前，對(duì)固定源實(shí)施的監(jiān)測裝置主要有用于短期測試的預(yù)測流速法煙塵采樣器、靜壓平衡測速法煙塵采樣器、動(dòng)壓平衡測速法煙塵采樣器、自動(dòng)跟蹤排氣流速煙塵采樣器、煙塵濃度速度測試儀等以及用于長期測試的不透明光度法測定煙塵濃度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)、向后散射光法測定煙塵濃度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)等。這些儀器及系統(tǒng)或多或少存在著不能采集顆粒物樣品，無法進(jìn)行有機(jī)、元素、離子分析，不能進(jìn)行煙塵粒徑分割采樣，不能測出煙塵在排放到大氣環(huán)境中的真實(shí)形態(tài)等缺陷。
之所以需要進(jìn)行煙塵粒徑分割采樣，是因?yàn)楫?dāng)顆粒物小于PM10時(shí)，煙塵對(duì)大氣的污染更加嚴(yán)重，其中小于PM2.5的顆粒可以直接進(jìn)入人體肺泡，將病毒帶入，所以，對(duì)煙塵中微小顆粒物的采用研究尤為重要。
不能測出煙塵排放到大氣環(huán)境中的真實(shí)形態(tài)的原因在于對(duì)有機(jī)氣溶膠的測定非常困難。因?yàn)闅馊苣z相在兩相中的比率是隨著其在大氣中的溫度和稀釋程度的變化而變化的。當(dāng)煙道中溫度較高時(shí)，常溫下的氣溶膠往往是以氣體狀態(tài)存在的，因此現(xiàn)有的監(jiān)測裝置無法從煙道中直接捕獲氣溶膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述各種短期、長期監(jiān)測裝置及系統(tǒng)所存在的諸多缺陷提供一種固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，該裝置通過等速采集將固定源排放的煙氣進(jìn)行稀釋，并模擬煙氣在大氣中的擴(kuò)散、固相和氣相之間的分配以及細(xì)小顆粒物表面的物理、化學(xué)變化過程，從而精確的獲取煙氣排放中各種污染顆粒的排放參數(shù)，為進(jìn)一步對(duì)固定源排放的分析、控制提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，它包括等速采樣頭、稀釋腔、停留室、采樣器以及中央控制器。
等速采樣頭的出口端通過安裝有流量計(jì)的加熱管與所述稀釋腔連通。
稀釋腔為一封閉的管道，其靠近加熱管的一端通過一孔板流量計(jì)與用于向管道內(nèi)補(bǔ)充潔凈空氣的零空氣發(fā)生器連接，其另一端連接有風(fēng)機(jī)，并且在位于該端的外側(cè)設(shè)有一端與其內(nèi)部連通的收集管，該收集管的另一端連通所述停留室的上部。停留室為封閉筒狀容器。
采樣器包括旋風(fēng)分離器、內(nèi)部安裝有采樣膜的膜托、質(zhì)量流量計(jì)及采樣泵，該旋風(fēng)分離器設(shè)置在所述停留室下部內(nèi)側(cè)，其出口端穿出所述停留室與膜托、質(zhì)量流量計(jì)及采樣泵串接。
中央控制器的信號(hào)端與所述流量計(jì)、加熱管、孔板流量計(jì)、零空氣發(fā)生器、風(fēng)機(jī)及采樣器的信號(hào)端電氣連接。
使用時(shí)，將等速采樣頭置入排煙道，調(diào)整風(fēng)機(jī)使通過等速采樣頭、零空氣發(fā)生器進(jìn)入稀釋腔的氣體流量之和等于通過收集管以及風(fēng)機(jī)流出稀釋腔的氣體流量之和。進(jìn)入稀釋腔的含顆粒物氣體經(jīng)過與潔凈空氣的稀釋作用，模擬了煙氣向大氣排放的真實(shí)情景。稀釋后的煙塵進(jìn)入停留室，顆粒物經(jīng)過一定時(shí)間的物理、化學(xué)變化后，其顆粒成核長大，最后，通過采樣器中的旋風(fēng)分離器被采樣膜收集，并通過質(zhì)量流量計(jì)將采樣數(shù)據(jù)信號(hào)輸出到中央控制器，進(jìn)行隨后的數(shù)理分析。
本裝置中，采樣的流量通過質(zhì)量流量計(jì)來控制。進(jìn)入停留室以外的多余氣體通過風(fēng)機(jī)排出。
為準(zhǔn)確控制流量，保證等速采樣，流量計(jì)采用文丘里流量計(jì)，該流量計(jì)上還設(shè)有文丘里壓差傳感器以及文丘里溫度傳感器，這些傳感器的信號(hào)輸出端與中央控制器的信號(hào)輸入端連接。
為確保煙氣的稀釋效果與真實(shí)的大氣自然稀釋效果相同，稀釋腔采用一倒“U”型不銹鋼管制成，采樣煙氣和稀釋用的潔凈空氣相混合，產(chǎn)生湍流，達(dá)到充分稀釋的效果。
本發(fā)明所涉及的零空氣發(fā)生器為一內(nèi)部設(shè)有過濾層，表面具有進(jìn)氣孔的箱體。過濾層采用粗過濾網(wǎng)與HEPA濾膽以及活性炭等過濾材料組成，可以有效的將空氣中的顆粒去除。
根據(jù)采樣的具體要求，可以使用多組采樣器，這些采樣器均勻分布設(shè)置在停留室的下部，可以針對(duì)不同粒徑的顆粒物進(jìn)行分別采樣。
由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過將等速采樣獲取的煙塵與潔凈空氣混合稀釋，并通過停留室的靜置，精確而又真實(shí)的模擬了煙塵在大氣中擴(kuò)散、成長、變化的過程，對(duì)經(jīng)過變化的顆粒物進(jìn)行采集分析，就能夠獲得煙塵的排放參數(shù)，從而為防止和控制固定源煙塵排放工作提供了真實(shí)、可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)也為大氣源解析等工作打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


圖1所示為本發(fā)明所提供的一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2所示為上述實(shí)施例的煙氣流向示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下，通過一個(gè)較佳實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明所提供的較佳實(shí)施例包括等速采樣頭1、稀釋腔4、停留室5、采樣器以及中央控制器20。
等速采樣頭1出口端通過安裝有文丘里流量計(jì)3的加熱管2與稀釋腔4連通。
稀釋腔4為一封閉的倒“U”型不銹鋼管道，其長度為其直徑的10倍。在靠近加熱管2的一端通過一孔板流量計(jì)13與零空氣發(fā)生器14連接。零空氣發(fā)生器14用于向稀釋腔4內(nèi)補(bǔ)充潔凈空氣，它是內(nèi)部設(shè)有過濾層，表面具有進(jìn)氣孔的箱體。
稀釋腔4的另一端通過一個(gè)過濾器10與風(fēng)機(jī)11連接。在位于這一端的外側(cè)設(shè)有一端與稀釋腔4內(nèi)部連通的收集管12，該收集管12的另一端連通停留室5。停留室5是采用不銹鋼材料制成的圓筒形容器，其頂部設(shè)有進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口通過收集管12與稀釋腔4連通。
本發(fā)明中，采樣器包括旋風(fēng)分離器6、內(nèi)部安裝有采樣膜的膜托7、質(zhì)量流量計(jì)8及采樣泵9。旋風(fēng)分離器6設(shè)置在停留室5下部內(nèi)側(cè)，其出口端穿出停留室5與膜托7、質(zhì)量流量計(jì)8及采樣泵9串接。
中央控制器20的信號(hào)端與上述文丘里流量計(jì)3、加熱管2、孔板流量計(jì)13、零空氣發(fā)生器14、風(fēng)機(jī)11以及采樣器的信號(hào)端電氣連接(圖中省略了具體信號(hào)連接線路，這種連接為本行業(yè)普通技術(shù)人員所公知)。
上述結(jié)構(gòu)中，等速采樣頭1由不銹鋼材料制成。等速采樣頭1的入口端外側(cè)呈錐形，出口端表面具有與加熱管2連接的連接部，該等速采樣頭的入口端內(nèi)呈圓柱狀，且向出口端呈錐形漸開(圖中未示出)。為能夠適應(yīng)不同的采樣要求，可備有多個(gè)入口直徑不同的等速采樣頭1，其入口直徑可以設(shè)置為3mm-10mm。
在文丘里流量計(jì)3上還設(shè)有文丘里壓差傳感器以及文丘里溫度傳感器(圖中未示出)。文丘里壓差傳感器以及文丘里溫度傳感器的信號(hào)輸出端與中央控制器20的信號(hào)輸入端連接，用以采集流經(jīng)文丘里流量計(jì)3中煙氣的壓力、溫度參數(shù)。
為保證數(shù)據(jù)采集以及監(jiān)測過程的精確性，在稀釋腔4上還設(shè)有稀釋后壓力傳感器41、稀釋后溫度傳感器42以及濕度傳感器43。上述各傳感器的信號(hào)輸出端均與中央控制器20的信號(hào)輸入端連接。
本實(shí)施例中，停留室5上設(shè)有八組采樣器，其中四組用于PM2.5顆粒的采集，四組用于PM10顆粒的采集。八組采樣器均勻分布設(shè)置在停留室5的下部外側(cè)。
在使用時(shí)，將等速采樣頭1設(shè)置在煙囪21內(nèi)，其入口端向下對(duì)正向上流動(dòng)的煙氣。煙氣通過等速采樣頭1進(jìn)入本實(shí)施例，其流動(dòng)過程參考圖2。為避免顆粒物的損失，將加熱管2加熱，并在120度的溫度下將煙氣導(dǎo)入稀釋腔4，其流量通過文丘里流量計(jì)3測得為Q1。
外部空氣在風(fēng)機(jī)11的作用下，進(jìn)入零空氣發(fā)生器14并通過該發(fā)生器進(jìn)入稀釋腔4，其流量通過孔板流量計(jì)13獲得為Q2。
在稀釋腔4中，煙氣與零空氣混合，并在倒“U”型管的作用下產(chǎn)生湍流，獲得充分稀釋，其一部分通過收集管12進(jìn)入停留室5中，其流量為Q3。
多余的氣體通過風(fēng)機(jī)11進(jìn)行大流量分流，其流量為Q4。
通過調(diào)整風(fēng)機(jī)11，可以控制流經(jīng)整個(gè)裝置的流量，并使Q1+Q2＝Q3+Q4。
進(jìn)入停留室5中的被稀釋煙氣經(jīng)過一段時(shí)間的停留，顆粒逐漸成核長大，固相和氣相重新分配，這時(shí)，通過采樣器的旋風(fēng)分離器6對(duì)變化后的顆粒進(jìn)行采集。質(zhì)量流量計(jì)8將采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂破?0。采樣泵9則提供采樣氣流。
本實(shí)施例還可以通過調(diào)整零空氣發(fā)生器14中的球閥，改變稀釋空氣與煙氣的流量比，從而采集不同稀釋倍數(shù)下形成的顆粒物。
本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了煙塵的等速采樣，采集的顆粒物狀態(tài)接近煙塵在大氣中的狀態(tài)，最大限度的減少了顆粒物在實(shí)驗(yàn)中的損失，徹底克服了現(xiàn)有大氣煙塵檢測裝置及系統(tǒng)所存在的各種缺陷。
采用由計(jì)算機(jī)組成的中央控制器，使得到的數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠，并且使整個(gè)裝置的操作、控制準(zhǔn)確、方便最后所應(yīng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于它包括等速采樣頭、稀釋腔、停留室、采樣器以及中央控制器；所述等速采樣頭的出口端通過安裝有流量計(jì)的加熱管與所述稀釋腔連通；所述稀釋腔為一封閉的管道，其靠近加熱管的一端通過一孔板流量計(jì)與用于向管道內(nèi)補(bǔ)充潔凈空氣的零空氣發(fā)生器連接，其另一端連接有風(fēng)機(jī)，并且在位于該端的外側(cè)設(shè)有一端與其內(nèi)部連通的收集管，該收集管的另一端連通所述停留室的上部；所述停留室為封閉筒狀容器；所述采樣器包括旋風(fēng)分離器、內(nèi)部安裝有采樣膜的膜托、質(zhì)量流量計(jì)及采樣泵，該旋風(fēng)分離器設(shè)置在所述停留室下部內(nèi)側(cè)，其出口端穿出所述停留室與膜托、質(zhì)量流量計(jì)及采樣泵串接；所述中央控制器的信號(hào)端與所述流量計(jì)、加熱管、孔板流量計(jì)、零空氣發(fā)生器、風(fēng)機(jī)及采樣器的信號(hào)端電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的等速采樣頭由不銹鋼材料制成，其入口端外側(cè)呈錐形，出口端表面具有與其他管路連接的連接部，該等速采樣頭的入口端內(nèi)呈圓柱狀，且向出口端呈錐形漸開，其入口直徑為3mm-10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的流量計(jì)為文丘里流量計(jì)，該流量計(jì)上設(shè)有文丘里壓差傳感器以及文丘里溫度傳感器；所述文丘里壓差傳感器以及文丘里溫度傳感器的信號(hào)輸出端與所述中央控制器的信號(hào)輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的稀釋腔為一倒“U”型不銹鋼管，其長度為其直徑的10倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的稀釋腔的另一端與所述風(fēng)機(jī)之間還增設(shè)有過濾器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的稀釋腔上還設(shè)有稀釋后壓力傳感器、稀釋后溫度傳感器以及濕度傳感器；各傳感器的信號(hào)輸出端均與所述中央控制器的信號(hào)輸入端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的零空氣發(fā)生器為一內(nèi)部設(shè)有過濾層，表面具有進(jìn)氣孔的箱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的停留室是用不銹鋼材料制成的圓筒形容器，其頂部設(shè)有進(jìn)氣口，該進(jìn)氣口通過所述收集管與所述稀釋腔連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的采樣器為一組以上，多組采樣器均勻分布設(shè)置所述停留室的下部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或8或9所述的固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，其特征在于所述的旋風(fēng)分離器為PM2.5旋風(fēng)分離器和/或PM10旋風(fēng)分離器。
全文摘要
一種固定源排放氣體的顆粒物采集監(jiān)測裝置，包括等速采樣頭、稀釋腔、停留室、采樣器以及中央控制器；等速采樣頭的出口端與稀釋腔連通；稀釋腔一端與零空氣發(fā)生器連接，另一端連接風(fēng)機(jī)，其外側(cè)設(shè)有收集管，收集管連通停留室；采樣器包括旋風(fēng)分離器、膜托、質(zhì)量流量計(jì)及采樣泵，該旋風(fēng)分離器設(shè)置在停留室下部內(nèi)側(cè)，其出口端穿出所述停留室與膜托、質(zhì)量流量計(jì)及采樣泵串接；中央控制器的信號(hào)端與所述流量計(jì)、加熱管、孔板流量計(jì)、零空氣發(fā)生器、風(fēng)機(jī)及采樣器的信號(hào)端電氣連接。本發(fā)明通過等速采樣、混合稀釋、靜置，精確而真實(shí)的模擬了煙塵在大氣中擴(kuò)散、成長、變化的過程，為防止和控制固定源煙塵排放工作提供了真實(shí)、可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01N1/20GK1704746SQ20041004274
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月25日
發(fā)明者曾立民, 于雪娜, 劉紅杰, 張遠(yuǎn)航 申請(qǐng)人:北京大學(xué)