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CN106918475A - 船舶尾气颗粒物稀释采样系统 - Google Patents

船舶尾气颗粒物稀释采样系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其包括烟气引流装置、烟气稀释装置、对烟气进行老化的停留室、以及采样装置；烟气引流装置与船舶的烟囱相接，烟气稀释装置分别与所述烟气引流装置、停留室相连，采样装置与停留室相接；烟气引流装置设置有控制烟气引流装置接入烟囱处的烟气流速与其周围的烟气流速趋于相同的等速控制机构。本系统用干净的空气对船舶尾气进行稀释，模拟其排放到大气中的物理化学过程，采集并分析颗粒物样品，该系统可对烟气实现等速采样；能够对没有预留采样孔的船舶烟囱进行颗粒物稀释采样；安装与拆卸方便，操作简单，可在狭小的空间进行采样；本系统体积小，携带方便，操作简单，适用于现场应用。

Description

船舶尾气颗粒物稀释采样系统
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种能够对没有预留采样孔的船舶烟囱排放的高温尾气的颗粒物进行采集的稀释采样系统。
背景技术
随着全球船舶运输的繁荣发展，船舶尾气排放是港口及近岸地区环境空气的重要污染源之一。船舶尾气中的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等污染物会影响气候、降低空气质量和危害人体健康。其中，颗粒物是最为严重的污染物之一，尤其是细颗粒物(PM2.5)因其比表面积较大，所以可吸附各种有毒有害物质，且极易被呼吸进入人体肺部。如何合理采集船舶尾气中的颗粒物，有助于认识船舶污染物排放特征，有助于厘清船舶排放对城市颗粒物的贡献，有助于科学制订和准确评估船舶排放控制措施。
对于移动源污染物的采集，多采用直接采样的方法，但有相关研究发现，直接采集高温烟气中的颗粒物会低估颗粒物的排放，因为高温烟气中除了固态颗粒物外还包括在排放到大气中经过稀释、冷却、凝结等过程形成的凝结颗粒物，从而导致采样结果出现偏差。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种船舶尾气颗粒物稀释采样系统。
本发明是通过以下技术方案来实现的：船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其包括烟气引流装置、烟气稀释装置、对烟气进行老化的停留室、以及采样装置；所述烟气引流装置与船舶的烟囱相接，所述烟气稀释装置分别与所述烟气引流装置、停留室相连，所述采样装置与所述停留室相接；所述烟气引流装置设置有控制所述烟气引流装置接入烟囱处的烟气流速与其周围的烟气流速趋于相同的等速控制机构。
烟气引流装置，用于将烟囱的烟气引出本系统中，等速控制机构用于控制系统内烟气流速达到大小相同，实现烟气引流管的等速采样；烟气稀释装置用于对烟气进行稀释，从而满足系统对稀释前后烟气进行分析的目的。
所述烟气引流装置包括烟气引流管、加热保温带、第一温度计、温控器和烟气引流泵；所述等速控制机构包括第一压力传感器、第二压力传感器、流量计和第二开关；所述烟气引流管一端插入所述烟囱内，其另一端顺次与所述第二开关、烟气引流泵相接；所述第一压力传感器设置在烟气引流管的进口处，所述第二压力传感器与第一温度计设置在烟气引流管以外的烟囱内；所述加热保温带套设在所述烟气引流管的外侧，所述温控器固定在所述烟气引流管上并与所述加热保温带相连，所述流量计设置在温控器与第二开关之间的烟气引流管上。第一压力传感器与第二压力传感器的设置，可获知烟气引流管与烟囱内的烟气的压力情况，从而通过对第二开关进行控制启闭，实现烟囱及烟气引流管的压力读数相同，从而控制烟气引流管进口处的烟气流速与其周围的烟气流速大小相同，实现烟气引流管的等速采集；温控器通过控制加热保温带使得烟气引流管的温度接近第一温度计的读数；烟气引流泵用于给系统提供动力，将烟囱内的烟气引流进本系统内。
所述烟气稀释装置包括稀释气进气机构、烟气分析机构和稀释机构；所述稀释气进气机构包括压力表和顺次相接的稀释空气泵、第一开关、空气过滤器；所述烟气分析机构包括稀释前烟气分析仪、稀释后烟气分析仪；所述稀释机构包括稀释器、导流管和等速进样嘴；所述导流管一端接入位于温控器与流量计之间的所述烟气引流管上，其另一端接入所述稀释器的进口，所述等速进样嘴设置在位于所述烟气引流管内部的导流管端部，并且等速进样嘴与烟气引流管内部烟气流动的方向相向；所述空气过滤器通过管道接入所述稀释器的进口，所述压力表设置在位于空气过滤器与稀释器进口之间的管道上；所述稀释前烟气分析仪通过管路接入位于流量计与第二开关之间的烟气引流管上，并且稀释前烟气分析仪的进口与烟气引流管内部烟气流动的方向相向；所述稀释后烟气分析仪通过管路接入所述所述稀释器的出口。等速进样嘴与烟气引流管内部烟气流动的方向相向，有利于烟气进入导流管内；稀释前烟气分析仪的进口与烟气引流管内部烟气流动的方向相向，有利于烟气进入稀释前烟气分析仪内。
所述稀释前烟气分析仪包括第一烟气分析仪、第一预留采样口和第二预留采样口，所述第一预留采样口和第二预留采样口分别接入第一烟气分析仪与所述烟气引流管之间的管路上。
所述稀释后烟气分析仪包括第二烟气分析仪、排空孔、第二温度计和湿度计，所述排空孔、第二温度计和湿度计分别接入第二烟气分析仪与与所述烟气引流管之间的管路上。
所述导流管外周壁面包覆有所述加热保温带。加热保温带有利于将导流管内的温度接近第一温度计的读数。
所述停留室的进口与所述稀释器的出口相接，所述停留室的出口通过管路与所述采样装置相接；所述采样装置包括第三开关、颗粒物切割器、膜夹和颗粒物采样泵；所述第三开关、颗粒物切割器、膜夹依次分布在自停留室的出口至颗粒物采样泵之间的管路上。
所述采样装置设置有两套，还包括三通管，所述三通管的第一接口与所述停留室的出口相接，所述三通管的第二接口、第三接口分别接入单独的一套采样装置中。
所述稀释器内设有变色硅胶、氧化剂、活性炭和过滤头。
与现有技术对比，本发明的优点在于：本系统用干净的空气对船舶尾气进行稀释，模拟其排放到大气中的物理化学过程，采集并分析颗粒物样品，该系统可对烟气实现等速采样；能够对没有预留采样孔的船舶烟囱进行颗粒物稀释采样；安装与拆卸方便，操作简单，可在狭小的空间进行采样；本系统体积小，携带方便，操作简单，适用于现场应用。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图中附图标记含义：1、第一压力传感器；2、第二压力传感器；3、烟囱；4、烟气引流管；5、加热保温带；6、第一温度计；7、稀释空气泵；8、第一开关；9、空气过滤器；10、压力表；11、稀释器；12、温控器；13、等速进样嘴；14、流量计；15、第一烟气分析仪；16、第一预留采样口；17、第二预留采样口；18、第二开关；19、烟气引流泵；20、第二烟气分析仪；21、排空孔；22、第二温度计；23、湿度计；24、停留室；25、颗粒物采样泵；26、膜夹；27、颗粒物切割器；28、第三开关；29、导流管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例
参阅图1，为一种船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其包括烟气引流装置、烟气稀释装置、对烟气进行老化的停留室24、以及采样装置；烟气引流装置与船舶的烟囱3相接，烟气稀释装置分别与烟气引流装置、停留室24相连，采样装置与停留室24相接；烟气引流装置设置有控制烟气引流装置接入烟囱3处的烟气流速与其周围的烟气流速趋于相同的等速控制机构。
烟气引流装置，用于将烟囱3的烟气引出本系统中，等速控制机构用于控制系统内烟气流速达到大小相同，实现烟气引流管4的等速采样；烟气稀释装置用于对烟气进行稀释，从而满足系统对稀释前后烟气进行分析的目的。
烟气引流装置包括烟气引流管4、加热保温带5、第一温度计6、温控器12和烟气引流泵19；等速控制机构包括第一压力传感器1、第二压力传感器2、流量计14和第二开关18；烟气引流管4一端插入烟囱3内，其另一端顺次与第二开关18、烟气引流泵19相接；第一压力传感器1设置在烟气引流管4的进口处，第二压力传感器2与第一温度计6设置在烟气引流管4以外的烟囱3内；加热保温带5套设在烟气引流管4的外侧，温控器12固定在烟气引流管4上并与加热保温带5相连，流量计14设置在温控器12与第二开关18之间的烟气引流管4上。第一压力传感器1与第二压力传感器2的设置，可获知烟气引流管4与烟囱3内的烟气的压力情况，从而通过对第二开关18进行控制启闭，实现烟囱3及烟气引流管4的压力读数相同，从而控制烟气引流管4进口处的烟气流速与其周围的烟气流速大小相同，实现烟气引流管4的等速采集；温控器12通过控制加热保温带5使得烟气引流管4的温度接近第一温度计6的读数；烟气引流泵19用于给系统提供动力，将烟囱3内的烟气引流进本系统内。
烟气稀释装置包括稀释气进气机构、烟气分析机构和稀释机构；稀释气进气机构包括压力表10和顺次相接的稀释空气泵7、第一开关8、空气过滤器9；烟气分析机构包括稀释前烟气分析仪、稀释后烟气分析仪；稀释机构包括稀释器11、导流管29和等速进样嘴13；导流管29一端接入位于温控器12与流量计14之间的烟气引流管4上，其另一端接入稀释器11的进口，等速进样嘴13设置在位于烟气引流管4内部的导流管29端部，并且等速进样嘴13与烟气引流管4内部烟气流动的方向相向；空气过滤器9通过管道接入稀释器11的进口，压力表10设置在位于空气过滤器9与稀释器11进口之间的管道上；稀释前烟气分析仪通过管路接入位于流量计14与第二开关18之间的烟气引流管4上，并且稀释前烟气分析仪的进口与烟气引流管4内部烟气流动的方向相向；稀释后烟气分析仪通过管路接入稀释器11的出口。等速进样嘴13与烟气引流管4内部烟气流动的方向相向，有利于烟气进入导流管29内；稀释前烟气分析仪的进口与烟气引流管4内部烟气流动的方向相向，有利于烟气进入稀释前烟气分析仪内。
稀释前烟气分析仪包括第一烟气分析仪15、第一预留采样口16和第二预留采样口17，第一预留采样口16和第二预留采样口17分别接入第一烟气分析仪15与烟气引流管4之间的管路上。
稀释后烟气分析仪包括第二烟气分析仪20、排空孔21、第二温度计22和湿度计23，排空孔21、第二温度计22和湿度计23分别接入第二烟气分析仪20与与烟气引流管4之间的管路上。
导流管29外周壁面包覆有加热保温带5。加热保温带5有利于将导流管29内的温度接近第一温度计6的读数。
停留室24的进口与稀释器11的出口相接，停留室24的出口通过管路与采样装置相接；采样装置包括第三开关28、颗粒物切割器27、膜夹26和颗粒物采样泵25；第三开关28、颗粒物切割器27、膜夹26依次分布在自停留室24的出口至颗粒物采样泵25之间的管路上。
采样装置设置有两套，还包括三通管，三通管的第一接口与停留室24的出口相接，三通管的第二接口、第三接口分别接入单独的一套采样装置中。
稀释器11内设有变色硅胶、氧化剂、活性炭和过滤头。
本实施例中，稀释前烟气分析仪、稀释后烟气分析仪分别用于测量气态污染物(CO2或NOx)的浓度。
本系统具体的工作流程如下：
采样前，将各部件按照附图进行组装，检查各连接口的气密性和各部件是否正常。
系统采样前，先用第一温度计6测量烟气的温度，然后打开温控器12，设定温控器12的温度与烟气的温度相等，设定后开始对烟气引流管4(管径已知)进行加热，待加热到与烟气温度相等后，开启烟气引流泵19，调节第二开关18，使得第一压力传感器1与第二压力传感器2的读数相等，根据流量计14的示数和引流管的管径计算出烟气的流速，然后根据烟气流速选择合适的等速进样嘴13，使得等速进样嘴13的烟气流速与其周围的流速相等，实现等速采样。经过空气过滤器9过滤后的空气被稀释空气泵7打入稀释器11内，通过第一开关8来控制空气进入稀释器11的压力(约0.2MPa)，压力的大小可通过压力表10读出。稀释器11的稀释比通过稀释前后气态污染物浓度(CO2或NOx)进行计算得出。其中，稀释前的烟气的气态污染物(CO2或NOx)通过第一烟气分析仪15测量，稀释后的烟气的气态污染物(CO2或NOx)通过第二烟气分析仪20测量。稀释后的烟气一部分通过排空口进行排空，另一部分进入停留室24进行老化，该系统设计烟气在停留室24停留10-20秒，从停留室24出来的烟气依次经过颗粒物切割器27、膜夹26和颗粒物采样泵25采集颗粒物样品。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：其包括烟气引流装置、烟气稀释装置、对烟气进行老化的停留室(24)、以及采样装置；所述烟气引流装置与船舶的烟囱(3)相接，所述烟气稀释装置分别与所述烟气引流装置、停留室(24)相连，所述采样装置与所述停留室(24)相接；所述烟气引流装置设置有控制所述烟气引流装置接入烟囱(3)处的烟气流速与其周围的烟气流速趋于相同的等速控制机构。
2.根据权利要求1所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述烟气引流装置包括烟气引流管(4)、加热保温带(5)、第一温度计(6)、温控器(12)和烟气引流泵(19)；所述等速控制机构包括第一压力传感器(1)、第二压力传感器(2)、流量计(14)和第二开关(18)；所述烟气引流管(4)一端插入所述烟囱(3)内，其另一端顺次与所述第二开关(18)、烟气引流泵(19)相接；所述第一压力传感器(1)设置在烟气引流管(4)的进口处，所述第二压力传感器(2)与第一温度计(6)设置在烟气引流管(4)以外的烟囱(3)内；所述加热保温带(5)套设在所述烟气引流管(4)的外侧，所述温控器(12)固定在所述烟气引流管(4)上并与所述加热保温带(5)相连，所述流量计(14)设置在温控器(12)与第二开关(18)之间的烟气引流管(4)上。
3.根据权利要求2所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述烟气稀释装置包括稀释气进气机构、烟气分析机构和稀释机构；所述稀释气进气机构包括压力表(10)和顺次相接的稀释空气泵(7)、第一开关(8)、空气过滤器(9)；所述烟气分析机构包括稀释前烟气分析仪、稀释后烟气分析仪；所述稀释机构包括稀释器(11)、导流管(29)和等速进样嘴(13)；所述导流管(29)一端接入位于温控器(12)与流量计(14)之间的所述烟气引流管(4)上，其另一端接入所述稀释器(11)的进口，所述等速进样嘴(13)设置在位于所述烟气引流管(4)内部的导流管(29)端部，并且等速进样嘴(13)与烟气引流管(4)内部烟气流动的方向相向；所述空气过滤器(9)通过管道接入所述稀释器(11)的进口，所述压力表(10)设置在位于空气过滤器(9)与稀释器(11)进口之间的管道上；所述稀释前烟气分析仪通过管路接入位于流量计(14)与第二开关(18)之间的烟气引流管(4)上，并且稀释前烟气分析仪的进口与烟气引流管(4)内部烟气流动的方向相向；所述稀释后烟气分析仪通过管路接入所述所述稀释器(11)的出口。
4.根据权利要求3所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述稀释前烟气分析仪包括第一烟气分析仪(15)、第一预留采样口(16)和第二预留采样口(17)，所述第一预留采样口(16)和第二预留采样口(17)分别接入第一烟气分析仪(15)与所述烟气引流管(4)之间的管路上。
5.根据权利要求3所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述稀释后烟气分析仪包括第二烟气分析仪(20)、排空孔(21)、第二温度计(22)和湿度计(23)，所述排空孔(21)、第二温度计(22)和湿度计(23)分别接入第二烟气分析仪(20)与与所述烟气引流管(4)之间的管路上。
6.根据权利要求3所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述导流管(29)外周壁面包覆有所述加热保温带(5)。
7.根据权利要求3所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述停留室(24)的进口与所述稀释器(11)的出口相接，所述停留室(24)的出口通过管路与所述采样装置相接；所述采样装置包括第三开关(28)、颗粒物切割器(27)、膜夹(26)和颗粒物采样泵(25)；所述第三开关(28)、颗粒物切割器(27)、膜夹(26)依次分布在自停留室(24)的出口至颗粒物采样泵(25)之间的管路上。
8.根据权利要求7所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述采样装置设置有两套，还包括三通管，所述三通管的第一接口与所述停留室(24)的出口相接，所述三通管的第二接口、第三接口分别接入单独的一套采样装置中。
9.根据权利要求3所述的船舶尾气颗粒物稀释采样系统，其特征在于：所述稀释器(11)内设有变色硅胶、氧化剂、活性炭和过滤头。
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