一种颗粒物在线稀释采样测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种颗粒物在线稀释采样测量系统及方法，PM10旋风切割器、PM2.5旋风切割器、采样气流流量计、一级稀释器、二级稀释器、荷电颗粒测量装置、颗粒物过滤器、烟气流量计、烟气气流控制阀和采样泵顺次相连，空气压缩机给出的压缩空气进入压缩空气缓冲及处理装置后分成三路：干燥洁净气流路、一级稀释气流路和二级稀释气流路；干燥洁净气流路通向干燥洁净气流电离装置的进口端，一级稀释气流路通向一级稀释器的一级稀释气流进口，二级稀释气流路通向一级稀释器的二级稀释气流进口。该颗粒物在线稀释采样测量系统具有颗粒物采样测量反馈及时，降温稀释充分，避免管路堵塞，测量结果准确，系统稳定运行时间较长的显著优点。

An on-line dilution sampling measurement system and method for particulate matter

【技术实现步骤摘要】
一种颗粒物在线稀释采样测量系统及方法
本专利技术涉及颗粒物检测
，具体地讲，涉及一种颗粒物在线稀释采样测量系统及方法。
技术介绍
烟气颗粒物的采样检测不仅可以用于烟气污染物的生成与控制特性研究，而且在颗粒物特性分析、大气污染影响以及源解析方面的研究中具有重要作用，尤其在颗粒物脱除性能和源解析领域具有很大的应用前景。颗粒物划分为可捕集颗粒物和可凝结颗粒物，可凝结颗粒物是指颗粒物在烟气环境中处于气态，进入大气经稀释降温过程后形成的颗粒物。目前，国内主要针对烟气可捕集颗粒物进行采样分析。国外现有针对可凝结颗粒物的采样方法主要是通过稀释降温作用使其形成易被捕集的颗粒物。可捕集颗粒物的采样检测主要基于颗粒物的空气动力学特性、电学特性和过滤特性。过滤特性是常规颗粒物采样方法的常用依托机理，属于在线采样离线检测，典型的有滤筒采样和滤膜采样。电学特性广泛应用于颗粒物非直接接触采样中，主要依托带电颗粒物运动过程中产生的感应电流来对应颗粒物的采样浓度，属于在线检测，往往跟颗粒物的空气动力学特性同时运用。空气动力学特性是颗粒物随气流运动过程中体现出的特性，也能直接反映颗粒物在大气环境中的污染和迁移特性，因此广泛应用于细颗粒物（PM2.5）的采样检测中，同样属于在线采样离线检测。目前，国内广泛采用的颗粒物采样测量方法主要基于颗粒物的空气动力学特性和过滤特性，均属于在线采样离线检测的方法，无法实时反映颗粒物的采样浓度，例如申请号为2015209117881，授权公告号为CN205120442U的中国专利：固定源烟气颗粒物稀释法采样系统，该系统无法实时反映颗粒物的采样浓度。在当前烟气颗粒物的采样过程中，尤其是针对超低排放燃煤机组的烟气颗粒物采样检测过程中，由于尾部烟气中颗粒物浓度较低，同时存在尾部烟道环境中颗粒物浓度分布不均和采样过程中难以实现较好的等速取样，因此使得烟气中颗粒物的采样存在偏差，而在线采样离线检测的方法难以及时反馈采样偏差进行即时调整，只能通过后续的样品分析来调整下一次的采样过程，因此极大地增加了采样检测工作的负荷。此外，在当前燃煤机组负荷不稳定的情况下，容易错失采样检测的良好时机，使得采样检测结果不能准确反映实际情况。因此，有必要对现有的颗粒物在线稀释采样测量系统进行改进和优化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理、系统完善、基于稀释降温和电离荷电作用的可捕集颗粒物和可凝结颗粒物在线稀释采样测量系统，并给出其方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：一种颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：包括PM10旋风切割器、PM2.5旋风切割器、空气压缩机、压缩空气缓冲及处理装置、一级稀释器、二级稀释器、干燥洁净气流电离装置、荷电颗粒测量装置、颗粒物过滤器和采样泵；所述一级稀释器上设有烟气进口、混合烟气出口、一级稀释气流进口、二级稀释气流进口和二级稀释气流出口；所述PM10旋风切割器和PM2.5旋风切割器连接；所述PM2.5旋风切割器的出气口通过管路连接一级稀释器的烟气进口，并在该管路上安装采样气流流量计；所述干燥洁净气流电离装置的出口端与荷电颗粒测量装置的进口端连接；所述一级稀释器的混合烟气出口和二级稀释气流出口均连接二级稀释器的进气端，并且在二级稀释气流出口处安装有二级稀释气流压力表；所述二级稀释器的出气端连接干燥洁净气流电离装置与荷电颗粒测量装置的连接交汇处；所述荷电颗粒测量装置的出口端连接颗粒物过滤器的进气口；所述颗粒物过滤器的出气口通过管路与采样泵连接，并在该管路上按照气流方向依次安装有烟气流量计和烟气气流控制阀；所述空气压缩机和压缩空气缓冲及处理装置的进气口通过管路连接，并在该管路上安装压缩空气控制阀；所述压缩空气缓冲及处理装置的出气口分支为三路：干燥洁净气流路、一级稀释气流路和二级稀释气流路；所述干燥洁净气流路通向干燥洁净气流电离装置的进口端，并且干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有干燥洁净气流控制阀和干燥洁净气流流量计；所述一级稀释气流路通向一级稀释器的一级稀释气流进口，并且一级稀释气流路上按照气流方向依次安装有一级稀释气流控制阀和一级稀释气流流量计；所述二级稀释气流路通向一级稀释器的二级稀释气流进口，并且二级稀释气流路上按照气流方向依次安装有二级稀释气流控制阀和二级稀释气流流量计。优选的，本系统还包括数据处理器，所述数据处理器与荷电颗粒测量装置通信连接。优选的，所述PM10旋风切割器和PM2.5旋风切割器的底部均带有灰斗。优选的，所述一级稀释器为同心四层圆筒结构，最内层为第一层，以此类推，第一层圆筒的筒壁为不锈钢全封闭微孔结构，烟气进口和混合烟气出口位于第一层圆筒的两端；第二层圆筒的筒壁为不锈钢全封闭结构，一级稀释气流进口位于第二层圆筒的端部；第三层圆筒的筒壁为不锈钢半封闭结构，二级稀释气流出口位于第三层圆筒的端部；第四层圆筒的筒壁为不锈钢全封闭结构，二级稀释气流进口位于第四层圆筒的端部。优选的，所述二级稀释器的进气端分为采样气流进气管道和二级稀释气流进气管道，所述一级稀释器的混合烟气出口连接采样气流进气管道，所述一级稀释器的二级稀释气流出口连接二级稀释气流进气管道；所述采样气流进气管道端部为圆锥体结构，该圆锥体结构位于二级稀释器的内部腔体入口中央，且该圆锥体结构与二级稀释气流进气管道垂直交叉；所述采样气流进气管道与二级稀释器的内部腔体入口处构成二级稀释器的进气气流通道，所述进气气流通道呈“渐缩扩喷嘴”形式。优选的，所述干燥洁净气流电离装置采用电晕针尖端放电结构，电晕针尖端放置于干燥洁净气流电离装置的出口端中心，放电电压采用正5000V。优选的，所述荷电颗粒测量装置的进口端与干燥洁净气流电离装置的出口端相对构成呈“渐缩扩喷嘴”的结构，所述荷电颗粒测量装置内部腔体采用离子阱结构，配备电流测量精度为0.1fA的电子测量仪，所述电子测量仪与数据处理器通信相连。优选的，所述颗粒物过滤器采用可凝结颗粒物过滤膜。为解决上述技术问题，本专利技术还提供另一技术方案：一种颗粒物在线稀释采样测量方法，用于上述系统，步骤如下：第一步：将PM10旋风切割器和PM2.5旋风切割器放置于采样烟道内，或采用加热保温措施，使采样环境与烟道环境保持一致；第二步：采样烟气进入PM10旋风切割器后，空气动力学粒径大于10微米的可捕集颗粒物被分离进入PM10旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM2.5旋风切割器，空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物被分离进入PM2.5旋风切割器的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入一级稀释器的第一层圆筒内；第三步：空气压缩机给出的压缩空气依次通过压缩空气控制阀和压缩空气缓冲及处理装置然后分成三路，分别为一级稀释气流、二级稀释气流和干燥洁净气流；采样烟气进入一级稀释器，一级稀释气流通过一级稀释气流路进入一级稀释器的第二层圆筒内，保持一级稀释气流与采样烟气呈对向流动方式，控制一级稀释气流的流量为1.5倍采样烟气流量，一级稀释气流通过微孔进入第一层圆筒与采样烟气混合；二级稀释气流通过二级稀释气流路进入一级稀释器的第四层圆筒内，经过第三层圆筒后从二级稀释气流出口流出，保持第三层圆筒内二级稀释气流与第二层圆筒内一级稀释气流呈对向流动方式；第四步：二级本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：包括PM10旋风切割器（1）、PM2.5旋风切割器（2）、空气压缩机（4）、压缩空气缓冲及处理装置（6）、一级稀释器（13）、二级稀释器（15）、干燥洁净气流电离装置（16）、荷电颗粒测量装置（17）、颗粒物过滤器（19）和采样泵（22）；所述一级稀释器（13）上设有烟气进口、混合烟气出口、一级稀释气流进口、二级稀释气流进口和二级稀释气流出口；所述PM10旋风切割器（1）和PM2.5旋风切割器（2）连接；所述PM2.5旋风切割器（2）的出气口通过管路连接一级稀释器（13）的烟气进口，并在该管路上安装采样气流流量计（3）；所述干燥洁净气流电离装置（16）的出口端与荷电颗粒测量装置（17）的进口端连接；所述一级稀释器（13）的混合烟气出口和二级稀释气流出口均连接二级稀释器（15）的进气端，并且在二级稀释气流出口处安装有二级稀释气流压力表（14）；所述二级稀释器（15）的出气端连接干燥洁净气流电离装置（16）与荷电颗粒测量装置（17）的连接交汇处；所述荷电颗粒测量装置（17）的出口端连接颗粒物过滤器（19）的进气口；所述颗粒物过滤器（19）的出气口通过管路与采样泵（22）连接，并在该管路上按照气流方向依次安装有烟气流量计（20）和烟气气流控制阀（21）；所述空气压缩机（4）和压缩空气缓冲及处理装置（6）的进气口通过管路连接，并在该管路上安装压缩空气控制阀（5）；所述压缩空气缓冲及处理装置（6）的出气口分支为三路：干燥洁净气流路、一级稀释气流路和二级稀释气流路；所述干燥洁净气流路通向干燥洁净气流电离装置（16）的进口端，并且干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有干燥洁净气流控制阀（9）和干燥洁净气流流量计（10）；所述一级稀释气流路通向一级稀释器（13）的一级稀释气流进口，并且一级稀释气流路上按照气流方向依次安装有一级稀释气流控制阀（8）和一级稀释气流流量计（11）；所述二级稀释气流路通向一级稀释器（13）的二级稀释气流进口，并且二级稀释气流路上按照气流方向依次安装有二级稀释气流控制阀（7）和二级稀释气流流量计（12）。...

【技术特征摘要】
1.一种颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：包括PM10旋风切割器（1）、PM2.5旋风切割器（2）、空气压缩机（4）、压缩空气缓冲及处理装置（6）、一级稀释器（13）、二级稀释器（15）、干燥洁净气流电离装置（16）、荷电颗粒测量装置（17）、颗粒物过滤器（19）和采样泵（22）；所述一级稀释器（13）上设有烟气进口、混合烟气出口、一级稀释气流进口、二级稀释气流进口和二级稀释气流出口；所述PM10旋风切割器（1）和PM2.5旋风切割器（2）连接；所述PM2.5旋风切割器（2）的出气口通过管路连接一级稀释器（13）的烟气进口，并在该管路上安装采样气流流量计（3）；所述干燥洁净气流电离装置（16）的出口端与荷电颗粒测量装置（17）的进口端连接；所述一级稀释器（13）的混合烟气出口和二级稀释气流出口均连接二级稀释器（15）的进气端，并且在二级稀释气流出口处安装有二级稀释气流压力表（14）；所述二级稀释器（15）的出气端连接干燥洁净气流电离装置（16）与荷电颗粒测量装置（17）的连接交汇处；所述荷电颗粒测量装置（17）的出口端连接颗粒物过滤器（19）的进气口；所述颗粒物过滤器（19）的出气口通过管路与采样泵（22）连接，并在该管路上按照气流方向依次安装有烟气流量计（20）和烟气气流控制阀（21）；所述空气压缩机（4）和压缩空气缓冲及处理装置（6）的进气口通过管路连接，并在该管路上安装压缩空气控制阀（5）；所述压缩空气缓冲及处理装置（6）的出气口分支为三路：干燥洁净气流路、一级稀释气流路和二级稀释气流路；所述干燥洁净气流路通向干燥洁净气流电离装置（16）的进口端，并且干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有干燥洁净气流控制阀（9）和干燥洁净气流流量计（10）；所述一级稀释气流路通向一级稀释器（13）的一级稀释气流进口，并且一级稀释气流路上按照气流方向依次安装有一级稀释气流控制阀（8）和一级稀释气流流量计（11）；所述二级稀释气流路通向一级稀释器（13）的二级稀释气流进口，并且二级稀释气流路上按照气流方向依次安装有二级稀释气流控制阀（7）和二级稀释气流流量计（12）。2.根据权利要求1所述的颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：还包括数据处理器（18），所述数据处理器（18）与荷电颗粒测量装置（17）通信连接。3.根据权利要求1所述的颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：所述PM10旋风切割器（1）和PM2.5旋风切割器（2）的底部均带有灰斗。4.根据权利要求1所述的颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：所述一级稀释器（13）为同心四层圆筒结构，最内层为第一层，以此类推，第一层圆筒的筒壁为不锈钢全封闭微孔结构，烟气进口和混合烟气出口位于第一层圆筒的两端；第二层圆筒的筒壁为不锈钢全封闭结构，一级稀释气流进口位于第二层圆筒的端部；第三层圆筒的筒壁为不锈钢半封闭结构，二级稀释气流出口位于第三层圆筒的端部；第四层圆筒的筒壁为不锈钢全封闭结构，二级稀释气流进口位于第四层圆筒的端部。5.根据权利要求1所述的颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：所述二级稀释器（15）的进气端分为采样气流进气管道和二级稀释气流进气管道，所述一级稀释器（13）的混合烟气出口连接采样气流进气管道，所述一级稀释器（13）的二级稀释气流出口连接二级稀释气流进气管道；所述采样气流进气管道端部为圆锥体结构，该圆锥体结构位于二级稀释器（15）的内部腔体入口中央，且该圆锥体结构与二级稀释气流进气管道垂直交叉；所述采样气流进气管道与二级稀释器（15）的内部腔体入口处构成二级稀释器（15）的进气气流通道，所述进气气流通道呈“渐缩扩喷嘴”形式。6.根据权利要求1所述的颗粒物在线稀释采样测量系统，其特征在于：所述干燥洁净气流电离装置（16）采用电晕针尖端放电结构，电晕针尖端放置于干燥洁净气流电离装置（16）的出口端...

【专利技术属性】
技术研发人员：江建平，朱跃，张杨，杜振，陈艺秋，李佳晔，段浩然，潘艳艳，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33