一种烟道气采样枪及其操作方法
【专利摘要】本发明提供了一种烟道气采样枪及其操作方法，主要由以下几个部分组成：采样枪嘴、标准S型皮托管、弯管和直管、采样枪内筒、采样枪外筒、加热和测温元件、隔热材料、温度传感器和封堵块。主要优点是：1.采样枪同时具有采样管路加热元件和水套内筒结构，不仅能在采样枪内采样管道温度低于设定温度下限值时启动加热，防止被采集气体中成分冷凝；而且可以在采样枪内采样管道温度高与设定温度上限时启动冷水降温、调节采样管路内温度，保护采样枪内部元件；2.将皮托管和温度传感器集成到采样枪主体内，外表面为圆柱形结构，且带有锥形的封堵块，采样中能方便对采样枪和采样孔之间的间隙进行封堵，适用性强，特别适合在线采样系统中实现自动封堵。
【专利说明】一种烟道气采样枪及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境污染分析和监测领域，主要涉及烟道中目标污染物的采样分析，特别是烟道气中二恶英类物质的采样分析或监测所用的一种烟道气采样枪及其操作方法。
【背景技术】
[0002]目前，城市垃圾的焚烧、危险废弃物焚烧、火电厂等工业炉窑排放等烟道气中含有二恶英类物质和其他成分污染物，其中二恶英是一类剧毒性有机污染物。为了控制和减少大气污染物排放，需要对这些固定污染源进行采样和监测。
[0003]在烟道、烟?及排气筒等固定污染源排放废气的环境监测中，颗粒物与气态污染物的采样和监测，主要有手工采样、便携式仪器监测、烟道气尘的在线监测等。在这些采样监测中，为了准确捕集烟气和烟尘，美国EPA23方法、欧盟EN1948、我国国家环保标准GB/T16157-1996及我国环境保护行业标准HJ/T394-2007等均采用采样枪对目标分析物采集样品。所谓采样枪，是带有采样孔和气流通道、采样时采样枪口放置于烟道气流中规定的采样点、对烟道排放气体和烟尘进行取样的一种装置，同时根据采样监测要求一般附带有测量烟道气流速和测量温度的装置，一般采用皮托管测烟道气流速、热电偶测量烟道气体温度。
[0004]目前国内外常采用标准皮托管和S型皮托管测量烟囱或管道内流体的速度。由于标准皮托管的测孔很小，当烟道内颗粒物浓度大时，易被堵塞，一般适用于测量较清洁的排气。S型皮托管由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口，测量时面向气流的开口测得的压力为全压，背向气流的开口测得的压力小于静压。其测压孔开口较大，不易被颗粒物堵塞，且便于在厚壁烟道中使用，因而在连续监测等方面广泛应用。另外采用热电偶测量烟道气体温度。根据国家环保标准GB/T16157-1996规定，皮托管测孔、采样枪孔和热电偶的安装位置均有明确要求，一般是将皮托管和热电偶安装固定在圆筒形采样枪管外壁上，因此采样枪整体截面呈不规则形状，封堵操作不方便。在实际采样操作中，需要将采样枪口放置于烟?的采样孔内，并将采样枪与采样孔之间的缝隙采用破旧布料或特制装置进行封堵，以免烟气从缝隙泄露、对烟道内稳定气流形成干扰，而在自动连续在线采样设备中，此简陋方法不适用。另外，为了防止被分析物在采集过程中发生反应而损失，需要对采样管道保持在与烟道气温度相对应的温度范围内。本发明提供了一种结构简单、带封堵装置的的一种采样枪结构。不仅可以对采样枪管道进行恒温控制，而且将皮托管和热电偶探头安装圆柱形采样枪体内、外侧附加封堵装置，利于实现在线采样设备封堵采样孔和米样枪间隙。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种用于烟道气排放分析监测中等流速采样的、特别是适用于烟气排放中二恶英自动在线采样的采样枪及其操作方法。
[0006]本发明的主要组成部分如图1所示，本装置由以下几个部分组成:采样枪嘴、标准S型皮托管、弯管、直管、采样枪内筒、采样枪外筒、加热和测温元件、隔热材料、温度传感器和封堵块。其中，为防止高温烟气腐蚀，采样枪嘴、弯管、直管和采样枪外筒为钛合金或不锈钢加工而成。
[0007]采样枪嘴的螺纹接口与采样枪的弯管的螺纹接口以螺纹相配合连接，使得采样枪嘴与弯管的接口密封而内孔相通。
[0008]弯管带有法兰安装固定于采样枪内筒的端面上，弯管的法兰与直管的外螺纹接口以螺纹互相配合，使得弯管与直管的接口密封而内孔相通。直管末端与后续采样管路相连。
[0009]采样枪内筒是由枪外筒壁、枪内筒壁两层同心圆筒、端面和法兰形成封闭的金属水套，其中法兰上设有2个螺纹孔用于连接水管，分别为进水孔和出水孔。在进水孔内侧焊接连接着一根中空金属的导水管，将从进水孔进入的低温水通至端面，使得水流从端面附近流向出水孔均匀带走热量，使较长的采样枪内保持温度一致。当采样枪内温度高于设定的上限温度时，开启水阀，使冷水从进水孔进入，经过导水管，沿水套回流至出水孔，保护采样枪内器件在高温下不受影响。
[0010]直管与采样枪内筒同心布置，于采样枪内筒壁内、直管外壁上缠绕安装加热和测温元件，加热元件可以是玻璃纤维电热带、电热丝、电热管等。当系统通过测温元件探测到直管外壁温度低于设定温度时，启动加热元件对直管进行加热，防止被采集的气体中成分冷凝而造成分析误差。
[0011]采样枪外筒是两端为环形端面的金属圆筒零件，前端面的圆孔比采样内筒壁外径略大、形成间隙配合；后端面上有螺丝孔，通过螺丝将采样枪外筒固定连接在采样内筒的法兰上。与采样枪外筒的前端面上开有2个相切的圆孔和一个3mm的圆孔，用于安装标准S型皮托管和温度传感器，安装时保证标准S型皮托管的全压孔和静压孔中心所在轴线、采样枪嘴的轴线相互平行，且全压孔和采样枪嘴在采样枪轴向上长度相等，保证所测得的烟道气流动速度准确。即在采样枪主体横截面上看，标准S型皮托管和温度传感器固定于采样内筒的外壁与采样枪外筒内壁之间。温度传感器用于探测采样点的烟气温度，作为采集样品的一个环境参数。采样内筒的外壁与采样枪外筒内壁之间的其他空间充填保温材料，保温材料是石棉或玻璃纤维或其他耐高温材料。于采样枪外筒的圆柱面外壁上套有一锥形的封堵块，锥形面上覆盖有较软的玻璃纤维层，加工时可以严格把握封堵块内孔直径，使封堵块内孔与采样枪外筒外径的间隙很小而可以在采样枪外筒上沿轴向滑动。采样操作时，将采样枪嘴移动到指定的采样点固定后，推动封堵块使之紧密堵住采样枪外筒与烟?上的采样孔之间的间隙，防止被采样烟道气泄漏。
[0012]本发明的主要优点是:1.采样枪同时具有采样管路加热元件并具有水套内筒结构，不仅能在采样枪内采样管道温度低于设定温度下限值时启动加热，防止被采集气体中成分冷凝；而且可以在采样枪内采样管道温度高与设定温度上限时启动冷水降温、调节采样管路内温度，保护采样枪内部元件；2.该装置主体外表面为圆柱形结构，且带有锥形的封堵块，采样中能方便对采样枪和采样孔之间的间隙进行封堵，适用性强，特别适合在线采样系统中实现自动封堵。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的轴向剖面视图。
[0014]其中，(I)为采样枪嘴、(2)为标准S型皮托管、(3)为弯管、(4)为直管、(5)为采样枪内筒、(6)为采样枪外筒、(7)为加热和测温元件、(8)为隔热材料、(9)为温度传感器、
(10)为封堵块；
[0015](Ia)为螺纹接口、(Ib)为采样枪口、(2a)为全压孔、(2b)为静压孔、(2c)为皮托管与压差计相连的接口、(2d)为皮托管与压差计相连的另一接口、(3a)为螺纹接口、(3b)为法兰、(4a)为外螺纹接口、(4b)为末端、(5a)为外圆柱面、(5b)为枪内筒的内壁、(5c)为端面、(5d)为法兰、(5e)为进水孔、(5f)为出水孔、(5g)为导水管、(5h)枪内筒水套、(6a)为前端面、(6b)为后端面。
[0016]图2为本发明的俯视示意图。
[0017]如图所示，采样枪管路(包括采样枪嘴(I)、弯管(3)和直管(4))、标准S型皮托管2和温度传感器(9)的中轴线所在相互平行(即皮托管全压孔(2a)与采样枪口(Ia)平行)加工精度和安装精度确保了皮托管全压孔(2a)与采样枪口(Ia)同时正对气流方向。
[0018]图3为本发明的左视示意图。
[0019]在整个采样枪的端面上看，采样枪管路、皮托管和温度传感器之间按标准留有间隙。采样枪内筒(5 )内，进水导水管(5g)管放置在下方，确保冷水从底部充满整个采样枪内筒的内腔后，从排水孔流出。
【具体实施方式】
[0020]以下为本专利的【具体实施方式】的举例说明，具体步骤为:
[0021]( I)根据采样标准的规定，计算采样点的位置。清洗采样枪系统的采样管路，并将采样枪系统与样品处理单元连接。
[0022](2)打开烟囱上的采样孔封堵盖，将采样枪系统插入到采样孔中，直至采样枪口移动到规定的采样枪的位置，保持采样枪口所在平面正对烟道气流方向。
[0023](3)固定采样枪并将锥形封堵块推入，使烟囱采样孔与采样枪外筒之间的间隙封堵、保证烟气无泄漏，开始采样。
【权利要求】
1.一种烟道气采样枪，其特征在于: 主要组成部分包括:采样枪嘴(I)、标准S型皮托管(2)、弯管(3)和直管(4)、采样枪内筒(5)、采样枪外筒(6)、加热和测温元件(7)、隔热材料(8)、温度传感器(9)和封堵块(10)； 采样枪嘴(I)通过螺纹与弯管(3)相连接，弯管(3)与直管(4)的接口密封而内孔相通；直管(4)、米样枪内筒(5)、米样枪外筒(6)同轴心安装固定；标准S型皮托管(2)和温度传感器(9)固定在采样枪外筒(6)的端面上；直管(4)外壁上缠绕设置有加热和测温元件(7);采样枪内筒(5)、采样枪外筒(6)之间的剩余空间充填保温材料(8);封堵块(10)同心套于米样枪外筒(6)外圆柱面上而能轴向移动。
2.如权利要求1所述的采样枪，其特征在于:采样枪嘴(I)的螺纹接口(Ia)与采样枪的弯管(3)的螺纹接口(3a)以螺纹相配合连接使得采样枪嘴(I)与弯管(3)的接口密封而内孔相通。
3.如权利要求1所述的采样枪，其特征在于:弯管(3)带有法兰(3b)安装固定于采样枪内筒(5)的端面(5c)上，弯管(3)的法兰(3b)与直管(4)的外螺纹接口(4a)以螺纹互相配合连接使得弯管(3 )与直管(4)的接口密封而内孔相通；直管(4)末端(4b )与后续采样管路相连。
4.如权利要求1所述的采样枪，其特征在于: 采样枪内筒(5)是由外圆柱面(5a)、枪内筒壁(5b)、端面(5c)、法兰(5d)形成封闭的金属水套； 其中法兰(5d)上设有2个螺纹孔用于连接水管，所述螺纹孔分别为进水孔(5e)和出水孔(5f)； 在进水孔(5e)内侧固定连接着一根材质为金属的中空的导水管(5g)，将从进水孔(5e)进入的低温水沿导水管(5g)通至靠近端面(5c)—侧，水流从端面(5c)—侧的水套内流向出水孔(5f)的过程中均勻带走热量； 当采样枪内温度高于设定的上限温度时，开启水阀冷水从进水孔(5e)，经过导水管(5g)，回流至出水孔(5f)。
5.如权利要求1所述的采样枪，其特征在于: 直管(4)与米样枪内筒(5)同心布置,于米样枪内筒壁(5b)内、直管(4)外壁上缠绕安装加热和测温元件(7 )，加热元件是玻璃纤维电热带、电热丝、电热管或其他加热元件； 通过测温元件探测到直管(4)外壁温度低于设定温度时，启动加热元件对直管(4)进行加热。
6.如权利要求1所述的采样枪，其特征在于: 采样枪外筒(6)是两端为环形端面的金属圆筒零件，前端面(6a)的圆孔比采样内筒(5)的外圆柱面(5a)直径大、可形成间隙配合；后端面(6b)上有螺丝孔，通过螺丝将采样枪外筒(6)固定连接在采样内筒(5)的法兰(5d)上； 与采样枪外筒(6)的前端面(6a)上开有2个相切的圆孔和一个3_的圆孔，用于安装标准S型皮托管(2)和温度传感器(9)，标准S型皮托管(2)的全压孔(2a)和静压孔(2b)中心所在轴线、采样枪嘴(I)的轴线相互平行，且全压孔(2a)和采样枪嘴(I)的中心线所在平面与采样枪轴线垂直； 使得在采样枪主体横截面上看，标准S型皮托管(2 )和温度传感器(9 )固定于采样内筒(5)的外圆柱面(5a)与米样枪外筒(6)内壁之间； 温度传感器(9)用于探测采样点的烟气温度作为采集样品的一个环境参数； 采样内筒(5)的外圆柱面(5a)与采样枪外筒(6)内壁之间的剩余空间充填保温材料(8),保温材料(8)是石棉或玻璃纤维或其他耐高温材料。
7.如权利要求1所述的米样枪，其特征在于:于米样枪外筒(6)的圆柱面外壁上套有一锥形的封堵块(10)，封堵块(10)的锥形面上覆盖有玻璃纤维层，加工时把握封堵块(10)内孔直径，使封堵块(10)内孔与采样枪外筒(6)外径的间隙足够小而能在采样枪外筒(6)上沿轴向滑动。
8.如权利要求1所述的采样枪的操作方法，其特征在于:采样操作时，将采样枪嘴(I)移动到指定的采样点固定后，推动封堵块(10)紧密堵住采样枪外筒(6)与烟?上的采样孔之间的间隙，防止被采样烟道气泄漏。
【文档编号】G01N1/42GK104458356SQ201310433751
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】袁和平, 倪余文, 刘崇杰, 苏凡, 陈吉平 申请人:中国科学院大连化学物理研究所