烟道稀释混合湍流分级采样器

1.一种烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：它由稀释舱、普通大气颗粒物分 级采样器、空气压缩系统和排气系统通过管道连接构成；
稀释舱是由底盖(4)、中桶(6)、外桶(7)、内桶(7)构成；
普通大气颗粒物分级采样器依次由采样泵(1)、阀门(2)、采样泵流量计(3)、切割头 (5)通过管道连接构成；
空气压缩系统依次由烟气入口(9)、空气入口(11)、温度计(12)、空气压力计(14)、 空气流量调节阀(16)、压缩空气流量计(17)、过滤器(21)、压缩空气阀1(23)、压缩 机1(24)、压缩空气阀2(25)、压缩机2(26)通过管道连接构成；
排气系统依次由排气口(15)、排气过滤器(22)、排气流量计(19)、排出流量调节阀 (18)、真空泵(20)通过管道连接构成；
空气压缩系统与排气系统联合调节气体流量，保持稀释舱内气体压力的动态平衡。
2.根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：普通大气颗粒 物分级采样器的切割头(5)，安置在稀释舱底部、外桶(7)与中桶(6)之间并固定于外 桶上。
3、根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：所述的空气压 缩系统是从压缩机1(24)、压缩机2(26)依次分别通过压缩空气阀1(23)、压缩空气 阀2(25)、压缩空气流量计(17)、稀释空气流量调节阀(16)、空气入口(11)，将空气 压缩进稀释舱。
4、根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：排气系统是从 稀释舱上部的排气口(15)依次分别通过排气过滤器(22)、排气流量计(19)、多余空气 排出流量调节阀(18)到排气真空泵(20)，将空气排出。
5.根据权利要求1所述的烟道稀释混合湍流分级采样器，其特征在于：采样过程中， 烟气和空气通过烟气入口(9)和空气入口(11)进入稀释舱内桶(8)的顶端，混合气体 在内桶经初步混合从下口进入中桶(6)，中桶底部是Ω形而且是封闭的，上部为敞口式， 混合气体进入中桶后流到中桶桶底向上返回，从上口进入外桶，烟气再由外桶向下运动进 入切割头。

技术领域\n本发明涉及烟尘类采样器，特别是一种采集固定源排放的烟气与环境空气混合气体中颗 粒物样品的烟道稀释混合湍流分级采样器，属于环境监测技术领域。\n背景技术\n固定污染源有组织排放的颗粒物以气溶胶形态存在，是环境空气中颗粒物的主要来源之 一。利用烟道采样器获取固定污染源排放的颗粒物样品，研究其粒度分布以及不同粒径的颗 粒物的化学组成，对于监控：环境空气的污染程度、对人体健康的影响程度和采取的污染控 制措施是否恰当等均有重要的实用价值。\n目前我国生产烟道采样器产品的厂家很多，如青岛崂山应用技术研究所，武汉天虹环保 仪器厂等。这些厂家生产的烟道采样器大多是旋风式采样器，其系统结构可分为五大部分： 取样装置、集尘装置、冷凝和干燥装置、流量测量控制装置以及采样动力。\n此类仪器在实际应用中有以下缺陷：\n1)没有烟尘粒径分割装置，主要采集的是烟尘全颗粒物样品。在实际应用中经常需要 确定烟囱中排出的的颗粒物的粒径分布，如大颗粒物(100微米以下)和小颗粒物(10微米 以下)的重量百分比，并以此来确定不同粒径颗粒物的源强。但是上述仪器不能达到这个要 求。\n2)上述装置大多采用滤筒集尘装置，如玻璃纤维滤筒。这种集尘装置会使相当部分的 烟尘聚集在纤维孔内造成收集困难。另一方面现有的玻璃纤维滤筒含有的有机物和无机物较 多，不适合元素、离子和有机物的分析，对建立不同粒径的烟尘成分谱产生困难。\n3)目前我国市场上还有一种“冲击式颗粒物分级仪”。这种仪器采用“冲击式”原理对 尘粒进行切割、称重来确定不同粒径范围内的颗粒物所占的重量百分比。但是这种采样器也 只是对设计粒径范围内的尘粒进行切割，而另一些粒径成分的比例则只能通过回归等数理统 计方法进行估算。由于这种仪器往往不能得到所需要的粒径范围内的颗粒物质，所以同样也 无法建立所需要的源成分谱。\n发明内容\n本发明是为了克服现有各种固定源烟尘采样器的缺陷，在满足空气动力学采样要求的条 件下进行的专门设计。\n本发明技术方案的要求：\n1)实现烟尘等速采样\n采集烟道气中的烟尘时，必须满足等速采样条件，即进入采样器中的尘粒速度和烟道内 测试点处的气流速度相等。\n2)实现与烟气进入环境空气真实过程接近的物理、化学的演化条件 固定源排放的烟道气在排气筒出口处与环境空气混合并冷却，此时发生凝结、蒸发、凝聚以 及二次化学反应等物理、化学的变化，混合气体中的颗粒物在粒径分布以及不同粒径范围内 的化学组成也会发生变化。为了采集到接近上述演化条件下的颗粒物样品，必须不直接从固 定源排气筒中采集颗粒物样品，而是将烟气引入空气稀释烟气舱(简称稀释舱)，在稀释舱 内按一定稀释比用清洁干燥空气稀释烟气，模拟烟气进入环境空气中的状态。\n3)能够采集到特定粒径范围内的颗粒物样品\n在稀释舱内用带有特定切割头的采样器采样，特定粒径范围内的颗粒物样品。 本发明的工作原理：\n本发明的工作符合空气动力学原理。采样枪必须等速采样进入稀释舱的烟气流量Q1，和 空气压缩机压入稀释舱的干燥洁净空气流量Q2与颗粒物分级采样器从稀释舱抽出的混合气 体流量Q3和排气泵从稀释舱排出的混合气体流量Q4要达到平衡，即：\n                          Q1+Q2＝Q3+Q4\n            式中：Q1-进入稀释舱的烟气流量，L/min；\n                  Q2-进入稀释的干燥清洁空气流量，L/min；\n                  Q3-排出稀释舱的采样混合气体流量，L/min；\n                  Q4-排出稀释舱的混合气体流量，L/min。\nQ1、、Q2、Q3和Q4均核算校正到标准状态下(1个大气压，0℃)的气体流量。\n本发明的技术方案：烟道稀释混合湍流分级采样器(YSYQ-1型)，它由稀释舱、普通大气 颗粒物分级采样器、空气压缩系统和排气系统构成；稀释舱内、底部安置普通大气颗粒物分 级采样器的切割头，烟气通过稀释舱顶部(上盖)的烟气入口和压缩空气通过空气入口合在 一起进入稀释舱，压缩空气由空气压缩系统完成，稀释舱内多余混合气体通过排气口排出， 由排气系统系统完成。稀释舱是本发明的核心发明内容，由内中外三桶构成。普通大气颗粒 物分级采样器、空气压缩系统和排气系统都与稀释舱连接。\n本发明的有益效果：能够实现了烟尘等速采样，能够实现烟气进入环境空气中接近真实 的物理、化学的演化条件，在满足上述采样条件下，能够采集到特定粒径范围内的固定源有 组织排放的颗粒物样品，满足检测和科研工作的要求。\n附图说明\n图1烟道稀释混合湍流分级采样器原理示意图\n图2：烟道稀释混合湍流分级采样器结构示意图\n图3：普通大气颗粒物分级采样器结构示意图\n图中：\n1、采样泵  2、阀门  3、采样泵流量计  4、底盖密封机构  5、滤膜式颗粒物粒径切割 头  6、稀释舱中桶  7、稀释舱外桶  8、带有气体混合喷管的内桶9、烟气入口  10、温 度计(T2)  11、空气入口  12、温度计(T1)  13、混合气体压力计(P2)  14、空气压力计(P1) 15、排气口  16、稀释空气流量调节阀  17、压缩空气流量计  18、多余空气排出流量调节 阀  19、排气流量计  20、排气真空泵  21、压缩空气干燥过滤器  22、排气过滤器  23、 压缩空气阀1  24、压缩机1 25、压缩空气阀2  26、压缩机2\n具体实施方式\n下面结合附图2对本发明作具体说明。烟道稀释混合湍流分级采样器(YSYQ-1型)由稀释 舱、普通大气颗粒物分级采样器、空气压缩系统和排气系统4部分组成，各系统的主要组成 部件分述如下：\n(1)稀释舱\n稀释舱是本发明的核心发明内容，由内中外三桶构成。内桶7分上盖和桶体，上盖能开 启闭合，进气管路和排气管路分别与它相连。两组进气管路在上盖外侧合成一路，从上盖进 入稀释舱内桶8，设计和安装位置保证了烟气在无动力条件下能随空气一起进入内桶。外桶 7底部安置分级采样器的切割头5，切割头通过抽气管路与真空泵1相连。外桶下部有一密 封口，通过密封口更换切割头。内桶直径约为外桶直径的1/3，焊接在上盖内侧，混合气体 在内桶进行初步混合并形成湍流，混合气体从内桶下口进入中桶6，中桶底部是封闭的，且 为Ω形，上口为敞开式，一部分混合气体进入中桶后进一步混合，然后进入外桶。Ω形设计 促进了落到中桶底部的烟尘弹射起来，从上口进入外捅。中桶保证了两种气体在稀释舱内有 一定的停留时间，以便更加充分混合均匀。外桶下部还设有一个抽气口通过管路与排气泵相 连，通过气体调节阀18，流量计19由真空泵20将多余气体排出外桶，在稀释舱内形成气体 的动态平衡。\n(2)普通大气颗粒物分级采样器\n该部分由颗粒物切割头5、流量计3、抽气控制阀2、真空泵1和抽气管路组成。其作 用是从稀释舱的混合气体中采集特定粒径范围的颗粒物样器。\n(3)空气压缩系统\n空气压缩系统是从压缩机1(24)、压缩机2(26)依次分别通过压缩空气阀1(23)、 压缩空气阀2(25)、压缩空气流量计17、稀释空气流量调节阀16、空气入口11，将空气压 缩进稀释舱(内桶)，稀释空气流量调节阀之后，在管道上安装有空气压力计14和温度计12。\n(4)排气系统\n该部分由真空泵20、排气控制阀门18、流量计19、排气过滤器22和排气管路组成。其 作用是排出稀释舱内多余的混合气体维持稀释舱的气体平衡。\n实施例\n具体采样步骤：\n(1) 闭烟气入口阀门9，开动空气压缩机24和26，调节压缩机空气阀门23、25 和16，使一定流量的干燥清洁压缩空气进入稀释舱，记录进入的空气流量Q2。\n(2)开动采样真空泵1调节抽气阀门2，使流量计3调节到预定流量值。装好切割头 的采样膜此流量进行采样。\n(3)开动排气真空泵20，调节排气阀门18，使稀释舱上盖的压力计13调节至零，记 录流量计(15)的流量。\n(4)打开烟气进气阀门(9)，主要调节阀门(18)并调节其他阀门，使烟气按一定流量进 入稀释舱，并使压力表13为零，此时稀释舱进气和排气平衡，即：\n                       Q1+Q2＝Q3+Q4\n(5)相关参数参考值\n    1.流量计参考值：\nQ1——10～40L/min\nQ2——120～180L/min\nQ3——100～120L/min\nQ4——30～100L/min\n2.烟气稀释倍数R\nR＝Q1/Q2×100％