一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置的制作方法

1.本发明属于可凝结颗粒物污染物采样监测技术领域，尤其涉及一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置。


背景技术：

2.可凝结颗粒物(cpm，condensable particulate matter)是固定污染源烟气中的一种非常规污染物，通常以气溶胶形态存在于固定污染源烟气之中，粒径一般在20纳米到1微米之间，属于一次pm
2.5
颗粒物，极难被去除。
3.我国针对固定污染源烟气中的常规污染物，如颗粒物、so2、no
x
排放的治理已经取得显著成绩，但针对cpm的治理与去除仍处于起步阶段。cpm对环境和人体的危害主要由其性质决定。由于颗粒态cpm的形态多为球形多孔表面结构，可作为其它污染物的载体，吸附多种化学组分随呼吸进入人体，并能使毒性物质有更高的反应和溶解速度，而且随着粒径的减小，cpm在大气中的存留时间和在呼吸系统中的吸收率也随之增加。cpm还会导致雾霾天气的增加，并能影响大气温度、能见度等。大气能见度主要由大气颗粒物对光的散射和吸收所决定，在大气气溶胶中主要是0.1～1μm粒径间的颗粒物，其通过对光的散射从而导致物体与背景之间的对比度降低，进而使得大气能见度降低，这一粒径范围内的颗粒物中，含有so
42
‑
和no3‑
的粒子最易散射可见光，而这两种离子也是cpm的主要成分。
4.目前我国固定污染源烟气中cpm的采集方法主要以美国环保署(epa，environmental protection agency)method 202测量标准为主，其流程为烟气由抽气泵抽取，进入采样系统，通过烟枪、加热箱后，进入冷凝管，随后进入两个吸收瓶、cpm过滤器和最后两个吸收瓶后，完成采样过程，要求cpm过滤器及之前的两个吸收瓶温度控制在30℃以下，但接近30℃。
5.我国目前cpm的采样并无标准方法，以epa method 202测量标准为主，此方法存在以下几点不足：
6.1.颗粒物去除方式非最优选择。epa method 202测量标准采用外滤法，此种方法会造成颗粒物在采样枪中大量附着，采样后清洗十分困难，如需对颗粒物重量进行测试，会造成一定偏差。
7.2.设备一体化程度低、便携性不足。epa method 202测量标准需要携带4个吸收瓶进行采样，同时各组件之间连接管路多，且需携带冰浴箱、循环水浴箱、循环水泵、循环水等，尤其是根据epa method 202测量标准标准生产的进口设备，体积大、重量大，通常企业烟气排口均位置较高，因此造成现场搬运不便，仪器准备时间长。
8.3.现场操作繁琐。上述方法现场操作时需现场配置溶液，采样结束后对溶液进行处理收集，多次进行吸收瓶的清洗工作，准备时间、操作时间均较长。
9.4.温控效果不佳。按照标准要求，cpm过滤器及前两个吸收瓶需要将温度控制在接近30℃，目前cpm采样设备无法较好的控制温度达到此要求，且吸收瓶受环境温度、冰浴冷却控制的影响大，需时刻人工调整。


技术实现要素：

10.为解决上述技术问题，本发明提供一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
11.本发明采用如下技术方案：
12.在一些可选的实施例中，提供一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置，包括：
13.前段烟枪，置于烟道内部，用于收集固定污染源烟气；
14.后段烟枪，置于烟道外部且与所述前段烟枪的尾端连接，用于对固定污染源烟气中的可凝结颗粒物进行冷凝，所述后段烟枪的腔体内设置石英冷凝管；
15.后段烟枪加热器，设置在所述后段烟枪的外表面，用于对所述后段烟枪进行加热；
16.水冷装置，用于对所述石英冷凝管内的可凝结颗粒物进行冷凝，所述水冷装置包括：进水口、出水口及循环水泵，所述循环水泵将循环水自所述进水口泵入所述后段烟枪内的石英冷凝管中，并将与所述固定污染源烟气换热后的循环水自所述出水口泵出。
17.在一些可选的实施例中，所述的一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置，还包括：采样主机；所述采样主机与所述后段烟枪的尾端连接，所述采样主机内置抽气泵，为固定污染源烟气提供移动动力，且计算采样的固定污染源烟气的体积。
18.在一些可选的实施例中，所述的一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置，还包括：采样头前段烟枪加热器；所述采样头前段烟枪加热器设置在所述前段烟枪的外表面，用于对所述前段烟枪进行加热；所述采样头前段烟枪加热器由所述采样主机提供电源及温度控制。
19.在一些可选的实施例中，所述前段烟枪的首端设置石英过滤器。
20.在一些可选的实施例中，所述前段烟枪的首端且位于所述石英过滤器的前方还设置有采样嘴、皮托管及进气烟温传感器。
21.在一些可选的实施例中，所述前段烟枪内设置石英玻璃内衬管，所述石英玻璃内衬管与所述石英过滤器连接。
22.在一些可选的实施例中，所述的一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置，还包括：玻璃装置连接器；所述石英玻璃内衬管与所述石英冷凝管通过所述玻璃装置连接器连接；所述玻璃装置连接器包括：左侧连接块、右侧连接块、碗状连接件、插接管道；所述碗状连接件上开设通孔，所述通孔与所述插接管道连通。
23.在一些可选的实施例中，所述的一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置，还包括：烟枪连接器；所述前段烟枪与所述后段烟枪通过所述烟枪连接器进行连接。
24.在一些可选的实施例中，所述后段烟枪的尾端依次设置有cpm过滤器及冷凝管出口烟气温度传感器。
25.在一些可选的实施例中，所述石英冷凝管为螺旋式，且螺旋部分长度不低于3000mm，整体长度不小于50cm。
26.本发明所带来的有益效果：
27.1.本发明各个组件均为模块化，现场连接/拆卸更为简便，且携带方便；
28.2.本发明结构简单，易于操作，在精准测试cpm排放浓度的同时，减少了现场监测时所携带的设备数量，降低了现场仪器连接与化学试剂配置、回收操作的复杂程度，从而提高采样效率，相较于epa method 202测量标准，去除了cpm过滤器后的吸收瓶；
29.3.采样完成后仅需更换后段烟枪内的螺旋式的石英冷凝管与cpm过滤器，即可开始下一组样品的测试，大大缩减了每个样品采集所需的时间，进一步提高采样效率；
30.4.通过水冷与电加热共同作用的方式实现冷凝管烟气的温度控制，实现了不同温度条件下烟气的采样，温度控制更为准确、合理与灵活，且温度测试点位于石英冷凝管的出口，更为直观的反映了采样烟气的实际情况，保证石英冷凝管出口烟气温度的准确控制；
31.5.在cpm采样的同时实现可过滤颗粒物浓度的测试，通过将石英过滤器前置的方式可有效减少可过滤颗粒物的沿程损失，相较于外滤法，提供了更简便的操作方式，可以准确测量出烟气中可过滤颗粒物的浓度，从而提高采样精度。
32.6.本发明通过将石英过滤器前置的方式使得可过滤颗粒物在采样装置最前端已被捕集，采样后无需清洗烟枪，仅需清洗采样嘴，因此简化了采样后的清洗操作。
附图说明
33.图1是本发明一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置的结构示意图；
34.图2是本发明玻璃装置连接器的结构示意图。
具体实施方式
35.以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
36.如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种固定污染源烟气中可凝结颗粒物采样装置，包括：前段烟枪1、后段烟枪2、采样主机3、采样头前段烟枪加热器4、后段烟枪加热器5、后段烟枪温度控制器6、水冷装置7、皮托管8、进气烟温传感器9、石英过滤器10、连接管件11、过滤支架固定装置12、内衬支撑块13、石英玻璃内衬管14、皮托管接头15、玻璃装置连接器16、烟枪连接器17、后段烟枪支撑密封18、石英冷凝管19、冷凝管出口烟气温度传感器20、后段烟枪2的腔体21、cpm过滤器23、cpm过滤器支撑密封24、冷凝水收集瓶26。
37.前段烟枪1，置于烟道内部，用于收集固定污染源烟气，固定污染源烟气由采样泵从烟道内抽取出并输送至前段烟枪1内。后段烟枪2，置于烟道外部且与前段烟枪1的尾端连接，固定污染源烟气经前段烟枪1进入后段烟枪2，后段烟枪2用于对固定污染源烟气中的cpm进行冷凝。后段烟枪2的腔体21内设置石英冷凝管19，石英冷凝管19为螺旋式，且螺旋部分长度不低于3000mm，整体长度不小于50cm，通过延长石英冷凝管19的方式，替换了现有方法中cpm过滤器前的两个吸收瓶，同时本发明相较于epa method 202测量标准，去除了不必要的cpm过滤器后的吸收瓶，cpm浓度测试仅分析cpm过滤前样品。除此之外，石英冷凝管19螺旋式的设计可以增大换热面积。
38.前段烟枪1的首端设置石英过滤器10。
39.相较于epa method 202测量标准在可过滤颗粒物浓度相对较高、烟气高温的环境
下，可过滤颗粒物会在采样枪内附着，采样后不仅清洗困难，且存在无法完全收集管内附着可过滤颗粒物的情况。本发明采用内滤方式，即将石英过滤器10置于采样烟枪的最前端，可过滤颗粒物在本发明采样装置最前端已被捕集，采样后无需清洗烟枪，仅需清洗采样嘴即可，因此简化了采样后的清洗操作。相较于现有方法，本发明对可过滤颗粒物去除方式更为合理，内滤方式可有效减少可过滤颗粒物的沿程损失，相较于外滤法，提供了一种更简便的操作方式，准确测量出烟气中可过滤颗粒物浓度。
40.前段烟枪1的首端且位于石英过滤器10的前方还设置有采样嘴30、皮托管8及进气烟温传感器9。皮托管8与皮托管接头15连接，皮托管8用于测量流速。本发明采用内滤方式进行可过滤颗粒物捕集，利用采样头前段烟枪加热器4加热采样嘴30，加热温度在120℃以上，并配有皮托管8，可在高湿烟气条件下进行等速采样使用，相较于epa method 202测量标准，可在cpm采样的同时实现可过滤颗粒物浓度的测试，因此本发明在简化了采样后的清洗操作的同时降低了可过滤颗粒物的损失，提高采样精度。
41.前段烟枪1内设置石英玻璃内衬管14，石英玻璃内衬管14通过连接管件11与石英过滤器10连接。连接管件11具体为卡套式管接头，拧合锁紧螺母即可将石英玻璃内衬管14与石英过滤器10对接。经石英过滤器10过滤后的固定污染源烟气进入石英玻璃内衬管14中。
42.如图2所示，石英玻璃内衬管14与石英冷凝管19通过玻璃装置连接器16进行连接。石英玻璃内衬管14排出的固定污染源烟气进入石英冷凝管19内。玻璃装置连接器16包括：左侧连接块41、右侧连接块42、碗状连接件43、插接管道44；所述碗状连接件43上开设通孔，所述通孔与所述插接管道44连通。石英玻璃内衬管14的端部设计一个球形连接件45，球形连接件45上开设出气口。具体连接时，石英冷凝管19的端部插进插接管道44内，碗状连接件43包覆球形连接件45的右半部分，然后将左侧连接块41与右侧连接块42对接，利用螺栓拧合即可。
43.前段烟枪1与后段烟枪2通过烟枪连接器17进行连接，具体的，烟枪连接器17为法兰，即前段烟枪1与后段烟枪2法兰连接。后段烟枪支撑密封18保证后段烟枪2的密封性。利用玻璃装置连接器16及烟枪连接器17即可将前段烟枪1与后段烟枪2完全连接为一体，连接方式简洁、快速，操作方式简单，且各个组件模块化，更易携带。
44.本发明前段烟枪1与后段烟枪2的连接方式灵活，模块化的设计，可根据现场监测平台条件，在烟道法兰不便进出较长采样枪的情况下，通过加装弯头的方式，实现采样枪的变向，或通过分段进出的方式，因地制宜的进行采样操作。
45.石英过滤器10通过过滤支架固定装置12安装在前段烟枪1的首端，使得石英过滤器10稳定的安装在前段烟枪1的首端，过滤支架固定装置12具体为套在石英过滤器10外部的圆环。内衬支撑块13设置在前段烟枪1的壳体与石英玻璃内衬管14之间，内衬支撑块13的作用是将石英玻璃内衬管14稳定的固定在前段烟枪1的内部，起到保护石英玻璃内衬管14的作用。
46.采样头前段烟枪加热器4设置在前段烟枪1的外表面，用于对前段烟枪1进行加热，采样头前段烟枪加热器4的一部分加热采样嘴30，另一部分加热前段烟枪1的管身。采样头前段烟枪加热器4由采样主机3提供电源及温度控制，即采样主机3的控制输出端与采样头前段烟枪加热器4连接。利用采样头前段烟枪加热器4加热前段烟枪1，保证前段烟枪1的采
样嘴的温度不低于120℃，前段烟枪1的管身加热控制温度不低于120℃，从而保证石英过滤器10及前段烟枪1内无冷凝水出现。
47.后段烟枪加热器5设置在后段烟枪2的外表面，用于对后段烟枪2进行加热。
48.采样头前段烟枪加热器4与后段烟枪加热器5通过电加热实现对枪管进行加热，具体方式可以选用一加热介质，比如利用电阻丝加热金属板，将金属板固定在枪管及采样嘴的外表面实现加热。
49.水冷装置7，用于对石英冷凝管19内的cpm进行冷凝。水冷装置7包括：进水口701、出水口702及循环水泵703，进水口701及出水口702与后段烟枪2中的石英冷凝管19连通，出水口702通过管道与循环水泵703进液端连接。当循环水泵703运转时，将采样装置外部的循环水泵入石英冷凝管19内，并沿着石英冷凝管19移动直至通过出水口702而出，与烟气方向形成逆流接触。循环水泵703将循环水自进水口701泵入后段烟枪的石英冷凝管19内，并将与固定污染源烟气换热后的循环水自出水口702泵出，循环水的运动方向与固定污染源烟气的流向相反，使得固定污染源烟气在石英冷凝管19内移动时与其内部的循环水进行换热，将热量传递给循环水，固定污染源烟气降温，最终使得cpm冷凝在石英冷凝管19内。石英冷凝管19的内管两端有驳口，可连接其他设备，使较热介质经内管而冷凝，外管在两旁有一上一下的开口，接驳运载冷却物质。
50.后段烟枪2温度控制通过后段烟枪加热器5与水冷装置7共同实现，即加热与水冷共同实现，保证石英冷凝管19的出口温度接近30℃。加热与水冷控制视情况而定：当由于环境温度过高或烟气温度过高时，例如高温scr脱硝前后温度在400℃左右，此时采用水冷方式，通过冰水与固定污染源烟气换热的方式保证出口烟气温度，由于水冷方式对温度控制效果稳定性有所欠缺，进口烟气温度、循环水温度对降温效果都有影响，因此辅以后段烟枪加热器5，更加稳定控制烟温；当环境温度过低时，仅需通过加热控制后段烟枪2的方式控制烟气温度。后段烟枪2的尾端依次设置有cpm过滤器23、冷凝管出口烟气温度传感器20，冷凝管出口烟气温度传感器20用于温度的检测。
51.epa method 202测量标准通过控制水温来实现对烟气温度的控制，本发明通过水冷与电加热共同作用的方式实现石英冷凝管19内固定污染源烟气温度的控制，实现了不同温度条件烟气的采样，温度控制更为准确、合理与灵活，且温度测试点位在冷凝管出口，更为直观的反映了采样烟气的实际情况。
52.采样主机3与后段烟枪2的尾端连接。采样主机3内置抽气泵，为固定污染源烟气提供移动动力，抽气泵用来将烟道内的烟气抽到系统内。采样主机3配置与皮托管连接的插口，可以测烟气的流速，并且有烟温传感器，可以测出烟温。通过输入参数即可计算采样的固定污染源烟气的体积。输入到采样主机3内的参数包括：烟道截面积、烟气含湿量，以及测量得出的参数，如烟气流速、烟温。
53.固定污染源烟气由采样泵从烟道内抽取后，经采样嘴、石英过滤器10进入石英玻璃内衬管14，石英玻璃内衬管14与螺旋式的石英冷凝管19相连接，固定污染源烟气经石英冷凝管19后通过cpm过滤器23、冷凝装置25、脱水装置22后进入采样主机3。采样主机3内配有抽气泵，负责采样主管路抽气工作，同时为前段烟枪1提供电源及温度控制，采样主机3目前国内市场产品较多，例如mh3300、3012h等多种等速采样器，设备均配有除水装置，可在本发明中应用。脱水装置22、冷凝装置25采用现有采样主机烟气预处理中的脱水冷凝设备即
可。脱水装置22里面有硅胶，可以把烟气中的水去除掉，保护采样主机。
54.留存有cpm的石英冷凝管后续按照传统的控制冷凝法操作，将冷凝管内冷凝下的cpm用超纯水洗出、收集，分析浓度。
55.后段烟枪加热器5的电源及控制由后段烟枪温度控制器6实现。后段烟枪温度控制器6具体可以采用控制器或单片机实现。
56.由于cpm冷凝到30℃以下或接近30℃时会冷凝出很多水，此部分冷凝水为含有部分cpm，需进行收集，因此本发明后端烟枪2上还设置有冷凝水收集瓶26，用于收集冷凝水供后续分析使用。
57.本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。