CN210154881U - 一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，属于环境监测技术领域。包括依次连接的采样嘴、采样枪、可过滤颗粒物采集装置、可凝结颗粒物恒温采样管、集样瓶、干燥器、流量监测及控制器和抽气泵；能够准确、高效地采集采样气体中的可过滤颗粒物和可凝结颗粒物，整个系统全程保持在预设的温度，保证可凝结颗粒物形态一致性，同时防止结露等原因造成的可凝结颗粒物吸附损失。该装置结构设计合理、功能齐全，系统各部位温度可控，满足各种场合的采样需要，灵活方便，采样效率高，填补了可过滤颗粒物和可凝结颗粒物采集监测方面的空白。

Description

一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统

技术领域

本实用新型属于环境监测技术领域，具体涉及一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统。

背景技术

固定污染源的颗粒物排放对环境造成巨大影响，其中颗粒物包括可过滤颗粒物和可凝结颗粒物。可过滤颗粒物排入大气后成为空气PM2.5的重要组成部分之一。可凝结颗粒物通常以冷凝核的形式存在，空气动力学直径小于1微米，属于微细颗粒物，化学成分包括可溶盐、挥发性有机物、三氧化硫、重金属等。可凝结颗粒物排入大气前呈气态存在，排放后凝结成一次颗粒物。这些颗粒物直接威胁到人类的身体健康，人们急需研究固定污染源颗粒物排放污染物的浓度和组成。

固定污染源的可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样存在一些难点。

1.固定污染源采样处温度变化范围广，一般采样位置温度从50℃-150℃不等，烟气温度过低容易导致可凝结颗粒物过早凝结，采集的样品代表性差；烟气温度过高容易导致可凝结颗粒物形态变化，造成采样误差；2.在固定污染源含尘量高环境下，烟尘会吸附可凝结颗粒物，严重的会堵塞采样检测系统，高尘环境采集有代表性的可凝结颗粒物较难；3.目前的在线颗粒物监测系统根据透射光吸光度的变化反馈总颗粒物浓度值，没有区分颗粒物的类型。并且在线颗粒物监测系统仪器发射光强度在实际应用中易出现偏差，从而导致监测的颗粒物浓度数据的失准；4.可凝结颗粒物成分复杂，性质不稳定，容易与烟尘结合，对温度敏感；5.可过滤颗粒物会吸附可凝结颗粒物，导致采样测量结果出现偏差，可过滤颗粒物和可凝结颗粒物分离困难。

目前，国际上还没有可靠的用于固定污染源中可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的监测采样设备。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，该装置结构设计合理、功能齐全，系统各部位温度可控，满足各种场合的采样需要，灵活方便，填补了可过滤颗粒物和可凝结颗粒物采集监测方面的空白。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，包括依次连接的采样嘴、采样枪、可过滤颗粒物采集装置、可凝结颗粒物恒温采样管、集样瓶、干燥器、流量监测及控制器和抽气泵；

采样枪上固定有皮托管，采样枪包覆有伴热套；皮托管连接有测速仪，测速仪与流量监测及控制器连接；可凝结颗粒物恒温采样管包括外壳和外壳内部的螺旋管道，螺旋管道的入口与可过滤颗粒物采集装置连接，螺旋管道的出口与集样瓶连接，外壳连接有温度控制装置，温度控制装置通过与可凝结颗粒物恒温采样管之间的介质循环，保持可凝结颗粒物恒温采样管内部温度恒定；可过滤颗粒物采集装置设置在保温箱内。

优选地，可过滤颗粒物采集装置包括旋风分离器和细颗粒过滤器，细颗粒过滤器与旋风分离器出口连接，旋风分离器下部设有灰斗。

优选地，保温箱内部设有加热装置和第二温度探头，保温箱外壁设有隔热材料。

优选地，温度控制装置包括温控器、加热器、制冷器、混合器和第三温度探头；第三温度探头设在可凝结颗粒物恒温采样管的外壳内，第三温度探头与温控器连接，温控器与加热器和制冷器连接，温度控制装置通过循环管路与可凝结颗粒物恒温采样管的外壳连接，循环管路上设有循环泵。

优选地，可凝结颗粒物恒温采样管外壁上设有隔热材料，可凝结颗粒物恒温采样管壳程内的介质与管程内的采样气体流向相反。

优选地，采样枪包括石英采样杆，伴热套包覆在石英采样杆上，伴热套安装有第一温度探头，伴热套为镍铬网格线伴热套。

优选地，采样嘴和采样枪之间通过卡套连接，卡套为特氟龙卡套或特种石墨卡套。

优选地，可凝结颗粒物恒温采样管中螺旋管道的管径从入口到出口逐渐减小。

优选地，流量监测及控制器包括控制装置以及与控制装置连接的温度检测装置、压力检测装置、流速检测装置、流量检测装置和流量调节阀，控制装置与测速仪连接；流量检测装置包括瞬时流量计和累计流量计。

优选地，抽气泵内部设置有卤素改性活性炭。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，采样枪全程伴热，能够有效防止采样过程中可凝结颗粒物的吸附损失；保温箱保持高温，能够使可过滤颗粒物采集装置中可凝结颗粒物形态的转化，保证可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样代表性好；测速仪根据皮托管压差测得流速，流量控制器根据流速调整流量，可实现等速采样和设定速度采样；温度控制装置保证可凝结颗粒物恒温采样管中可凝结颗粒物的准确稳定采集；可凝结颗粒物恒温采样管中的螺旋管道，能够使目标采样气体中的可凝结颗粒物在惯性和离心力作用下析出，有效防止可凝结颗粒物逃逸。该装置结构设计合理、功能齐全，系统各部位温度可控，满足各种场合的采样需要，灵活方便，采样效率高，填补了可过滤颗粒物和可凝结颗粒物采集监测方面的空白。

进一步地，可过滤颗粒物采集装置采用旋风分离器和细颗粒过滤器组合的两级除尘方式，能够实现目标采样气体的深度除尘，使得目标采样气体中的可过滤颗粒物实现两级分离脱除，脱除效果好。

进一步地，通过第二温度探头可以实时监控保温箱中的温度，同时利用加热装置能够进行实时控制，隔热材料避免了保温箱中热量散失，避免了可过滤颗粒物采集装置中可凝结颗粒物形态的转化，影响采样数据。

进一步地，通过第三温度探头可以实时监控可凝结颗粒物恒温采样管中的温度，将温度数值实时传递给温控器，通过加热器和制冷器对介质进行温度调整，通过混合器使介质的温度分布均匀，使可凝结颗粒物的准确稳定采集。

进一步地，可凝结颗粒物恒温采样管壳程内的介质与管程内的采样气体流向相反，逆流换热提高了换热效果，外壁上的隔热材料避免热量流失，

进一步地，采样枪的枪杆采用石英采样杆，防止采样气体与采样枪反应，影响采样数据，并且耐高温、耐腐蚀性能好；通过第一温度探头能够实时监测采样枪的温度，并进行实时调节，使采样枪全程伴热防止采样过程中可凝结颗粒物的吸附损失；伴热套采用镍铬网格线伴热套，传热效率高。

进一步地，采样嘴和采样枪之间通过特氟龙卡套或特种石墨卡套连接，能够起到良好的密封效果，并且耐高温、耐腐蚀。

进一步地，可凝结颗粒物恒温采样管中螺旋管道的管径从入口到出口逐渐减小，该变径结构能够使采样气体流速逐渐增加，增加可凝结颗粒物的析出效果。

进一步地，控制装置能够根据测速仪反馈的采样气体的流速，控制流量调节阀的开度，控制流量，实现等速测量；同时还能测得采样气体的温度、压力、流速、流量等数据。

进一步地，抽气泵内部设置有卤素改性活性炭，能够吸附剩余流经气体中的气态颗粒物，保护环境和人体健康。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中：1为采样嘴，2为皮托管，3为采样枪，4为测速仪，5为保温箱，6为旋风分离器，7为灰斗，8为细颗粒过滤器，9为可凝结颗粒物恒温采样管，10为集样瓶，11为干燥器，12为流量监测及控制器，13为抽气泵，14为温度控制装置，15为循环泵，16为温控器，17为加热器，18为制冷器，19为混合器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：

如图1，为本实用新型的一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，包括依次连接的采样嘴1、采样枪3、可过滤颗粒物采集装置、可凝结颗粒物恒温采样管9、集样瓶10、干燥器11、流量监测及控制器12和抽气泵13；

采样嘴1和采样枪3之间通过卡套连接，卡套为特氟龙卡套或特种石墨卡套；采样枪3上固定有皮托管2，采样枪3的枪杆采用石英采样杆，伴热套包覆在石英采样杆上，伴热套安装有第一温度探头，伴热套为采用网格线结构的镍铬电阻丝进行加热的镍铬网格线伴热套。皮托管2连接有测速仪4，测速仪4与流量监测及控制器12连接。

可凝结颗粒物恒温采样管9外壁上设有隔热材料，可凝结颗粒物恒温采样管9包括外壳和外壳内部的螺旋管道，螺旋管道的入口与可过滤颗粒物采集装置连接，螺旋管道的出口与集样瓶10连接，外壳连接有温度控制装置14，温度控制装置14通过与可凝结颗粒物恒温采样管9之间的介质循环，保持可凝结颗粒物恒温采样管9内部温度恒定。可凝结颗粒物恒温采样管9壳程内的介质与管程内的采样气体流向相反；并且可凝结颗粒物恒温采样管9中螺旋管道的管径从入口到出口逐渐减小。

温度控制装置14包括温控器16、加热器17、制冷器18、混合器19和第三温度探头；第三温度探头设在可凝结颗粒物恒温采样管9的外壳内，第三温度探头与温控器16连接，温控器16与加热器17和制冷器18连接，温度控制装置14通过循环管路与可凝结颗粒物恒温采样管9的外壳连接，循环管路上设有循环泵15。

可过滤颗粒物采集装置包括保温箱5，旋风分离器6和细颗粒过滤器8设置在保温箱5内，细颗粒过滤器8与旋风分离器6出口连接，旋风分离器6下部设有灰斗7。保温箱5内部设有加热装置和第二温度探头，加热装置可以采用加热电阻或加热管，保温箱5外壁设有隔热材料，如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐等。

干燥器11内装有干燥剂，可以脱除采样气体中的水分；可以将干燥器11做成多仓式，内部填充不同种类的干燥剂，提高除水效果。采样结束时，还可根据干燥剂增加重量计算烟气湿度值。

流量监测及控制器12包括控制装置以及与控制装置连接的温度检测装置、压力检测装置、流速检测装置、流量检测装置和流量调节阀，控制装置与测速仪4连接；流量检测装置包括瞬时流量计和累计流量计，瞬时流量计可以采用光电流量计，累计流量计可以采用皮膜流量计。

还可以在抽气泵13内部设置卤素改性活性炭，吸附剩余流经气体中的气态颗粒物，保护环境和人体健康。

采用本实用新型的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统进行可过滤颗粒物和可凝结颗粒物采样的方法，包括：检查系统的气密性，根据实际采样需求，通过伴热套、保温箱5和温度控制装置14分别使采样枪3、可过滤颗粒物采集装置和可凝结颗粒物恒温采样管9维持在预设的恒定温度；将采样嘴1置于目标采样气体处，皮托管2将采样嘴1处的压差数值反馈给测速仪4，测速仪4将计算得出的流速发送至流量监测及控制器12，流量监测及控制器12通过调整流量保证等速采样；

目标采样气体通过可过滤颗粒物采集装置分离出可过滤颗粒物后进入可凝结颗粒物恒温采样管9，通过螺旋管道后，可凝结颗粒物析出，继续流经集样瓶10、干燥器11、流量监测及控制器12和抽气泵13后排出系统；连续采样目标采样气体体积达标准状态下2m³以上后，关闭系统；采用去离子水冲洗螺旋管道，可凝结颗粒物恒温采样管9进入集样瓶10，同时，收集可过滤颗粒物采集装置分离出的可过滤颗粒物，完成可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样。

下面结合实施例对用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统的几种功能做进一步地解释：

实施例1

对固定污染源排出的烟气进行采样时，固定污染源采样处的温度一般为50～150℃，通过伴热套和保温箱5分别使采样枪3和可过滤颗粒物采集装置的温度维持在120℃左右；因可凝结颗粒物主要成分之一的三氧化硫凝结温度为65℃，通过温度控制装置14使可凝结颗粒物恒温采样管9的温度维持在65℃左右，以使可凝结颗粒物能够析出。

实施例2

对常温下的空气进行采样时，停止伴热套、保温箱5和温度控制装置14的加热，使系统维持常温进行采样。

上述具体实施例仅是对本实用新型精神做举例说明，尽管较多的使用了采样嘴1、皮托管2、采样枪3、测速仪4等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

以上所述，仅为本实用新型实施方式中的部分，具体操作可根据现场情况而做更改，必须理解，本技术领域人员可设计出多种其他的改进和实施例，但有关所述图与权利要求所述的相关装置位置及其零件的改变应属于本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，包括依次连接的采样嘴(1)、采样枪(3)、可过滤颗粒物采集装置、可凝结颗粒物恒温采样管(9)、集样瓶(10)、干燥器(11)、流量监测及控制器(12)和抽气泵(13)；

采样枪(3)上固定有皮托管(2)，采样枪(3)包覆有伴热套；皮托管(2)连接有测速仪(4)，测速仪(4)与流量监测及控制器(12)连接；可凝结颗粒物恒温采样管(9)包括外壳和外壳内部的螺旋管道，螺旋管道的入口与可过滤颗粒物采集装置连接，螺旋管道的出口与集样瓶(10)连接，外壳连接有温度控制装置(14)，温度控制装置(14)通过与可凝结颗粒物恒温采样管(9)之间的介质循环，保持可凝结颗粒物恒温采样管(9)内部温度恒定；可过滤颗粒物采集装置设置在保温箱(5)内。

2.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，可过滤颗粒物采集装置包括旋风分离器(6)和细颗粒过滤器(8)，细颗粒过滤器(8)与旋风分离器(6)出口连接，旋风分离器(6)下部设有灰斗(7)。

3.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，保温箱(5)内部设有加热装置和第二温度探头，保温箱(5)外壁设有隔热材料。

4.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，温度控制装置(14)包括温控器(16)、加热器(17)、制冷器(18)、混合器(19)和第三温度探头；第三温度探头设在可凝结颗粒物恒温采样管(9)的外壳内，第三温度探头与温控器(16)连接，温控器(16)与加热器(17)和制冷器(18)连接，温度控制装置(14)通过循环管路与可凝结颗粒物恒温采样管(9)的外壳连接，循环管路上设有循环泵(15)。

5.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，可凝结颗粒物恒温采样管(9)外壁上设有隔热材料，可凝结颗粒物恒温采样管(9)壳程内的介质与管程内的采样气体流向相反。

6.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，采样枪(3)包括石英采样杆，伴热套包覆在石英采样杆上，伴热套安装有第一温度探头，伴热套为镍铬网格线伴热套。

7.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，采样嘴(1)和采样枪(3)之间通过卡套连接，卡套为特氟龙卡套或特种石墨卡套。

8.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，可凝结颗粒物恒温采样管(9)中螺旋管道的管径从入口到出口逐渐减小。

9.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，流量监测及控制器(12)包括控制装置以及与控制装置连接的温度检测装置、压力检测装置、流速检测装置、流量检测装置和流量调节阀，控制装置与测速仪(4)连接；流量检测装置包括瞬时流量计和累计流量计。

10.根据权利要求1所述的用于可过滤颗粒物和可凝结颗粒物的采样系统，其特征在于，抽气泵(13)内部设置有卤素改性活性炭。

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