可用于VOCs采样的多用途稀释通道固体颗粒采样系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固定源烟气细颗粒物(pm2.5)、可吸入颗粒物(PM1Q)及挥发性有机 物(VOCs)稀释采样系统，特别涉及一种能够对固定源源排放的高温烟气进行稀释降温，采 用大气环境颗粒物采样方法进行颗粒物采样，并可平滑改变稀释比例、对采样设备进行远 程控制的稀释采样系统。属于环境监测领域。 技术背景
[0002] 固定燃烧源排放是我国一次PM2.5的主要来源之一，合理采集各类固定源排放的 PM2.5，弄清其排放颗粒物的粒径分布及理化特征，对于分析大气污染物来源，制定科学有效 的PM2.5达标控制方案具有重要意义。
[0003] 目前针对固定源烟气颗粒物的采样方法主要为直接采样法与稀释采样法两种。我 国则采用以直接采样法为基础的烟尘采样器(《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染 物采样方法GB/T16157-1996》）。该仪器是针对我国大气污染物排放标准中颗粒物的采样而 开发，直接采取高温烟道气中的颗粒物样品，忽略了烟道气排放至大气时与控制混合稀释 冷凝过程中形成的微粒及二次反应转化形成的颗粒物，同时该仪器也不能实现颗粒物的分 粒径采集。由于采集过程中用玻璃纤维滤筒捕集烟尘，这种材质含有较多的有机、无机杂质 会对颗粒物的后续化学分析产生不利影响，难以分析烟气颗粒物的化学组分。同时该方法 也不能采集挥发性有机物。
[0004]烟气稀释通道采样法的开发始于上世纪美国，国外学者率先将其应用于固定源排 放的研究。该方法是将高温烟气与洁净空气混合，冷却至大气环境温度，再按不同粒径采集 颗粒物。该方法能够模拟烟气排放至大气过程中的稀释、成核、冷凝、凝聚等过程，更准确地 反应了烟气中颗粒物的排放特征。稀释通道采样系统一般由烟气采样管、稀释混合系统，停 留室及采样系统等组成。早期的稀释采样系统稀释混合过程段长，进入停留室气量多，停留 室体积大，整个系统体积庞大，操作繁琐，在一定程度上限制了其在现场的应用。中国发明 专利（公开号CN1614385)涉及一种等速追踪固定源稀释采样系统，包括采样头、加热管、一 级稀释腔、二级稀释腔、停留室、采样器、数据采集器和皮托管等，该发明通过皮托管监测烟 道内的压力参数和计算机调节流量控制器，实现采样的全过程等速，但在采样过程中，由于 烟道内烟气速度的波动，系统的流量控制器和分流采样栗都处于变化状态，导致系统的不 稳定，测量结果出现偏差。中国发明专利(公开号CN1731127A)涉及一种固定燃烧源排放颗 粒物稀释采样系统，包括烟气进气部分、一级稀释系统、二级稀释系统、停留室和采样部分 等，该发明通过喷射稀释与多孔湍流稀释相结合的两级稀释系统，实现对烟气的稀释。一方 面该系统未对稀释气流进行加热，烟气与洁净空气的混合部位由于局部过冷效应导致颗粒 物过早凝结而使部分颗粒物损失，造成测量结果出现偏差。另一方面由于进入停留室的气 量不变，导致系统无法对停留时间进行控制。除此之外以上的稀释采样系统均采用喷射型 稀释方法，无法平滑过渡稀释比，且稀释气体和停留室罐体的温度无法控制使得不同季节 的采样结果存在较大的差异。
【发明内容】
[0005] 本发明的发明目的在于针对上述现有固定源烟气采样设备存在的不足和缺陷，提 供一种固定源颗粒物及挥发性有机物稀释采样系统。该系统能够模拟固定源烟气排放至大 气过程中的稀释成核、冷凝、凝聚等过程。可采用大气环境颗粒物的粒径分级采样方法对颗 粒物进行采样。可实现稀释比及停留时间的动态控制，实现稀释比的平滑变化。停留室罐壁 有加热保温装置，可保证不同季节采样温度的一致性。可通过无线终端实现对设备的远程 控制及监控。系统设备集成度高、性能稳定、可自动控制并在无人值守的情况下进行采样。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用一种多用途稀释通道固体颗粒采样系统，该系统包 括数字等速采样烟枪、稀释停留系统、样品采集系统。
[0007] 所述的数字等速采样烟枪由采样喷嘴（1)、加热采样管(2)、皮托管、液晶控制面板 (3)组成。加热采样管(2)的前端为采样喷嘴（1)，加热采样管(2)后设有液晶控制面板(3)， 皮托管是和加热采样管平行放置，一起被一个套管套着。所述液晶面板可显示烟气流速、温 度、压力等工况参数，并可提供数据接口与主机箱数据采集系统相连。
[0008] 稀释停留系统由稀释混合腔(5)及停留室(7)串联构成。所述数字等速采样烟枪的 加热采样管(2)通过加热保温管1(4)与稀释停留系统的稀释混合腔(5)相连。
[0009] 同时稀释混合腔(5)入口连接压缩空气，稀释混合腔(5)经由主机箱内的伺服流量 计和加热保温管11(6)与空气压缩机（10)连接;停留室为筒状容器，装有温度、压力、相对湿 度传感器，桶壁有加热装置(39)能够对停留室进行均匀加热。停留室底面有两个气路连接 口，每个气路连接口经分接器后与样品采集系统连接。
[0010] 所述样品采集系统安装在采样主机箱内部，样品采集系统的进样口通过气路与停 留室连接，通过内置采样栗提供采样动力，流量计控制采样流量，所述样品采集系统至少包 括并联的用于采集如ΡΜΠΚΡΜ2.5的颗粒物分级采样装置和主动栗式VOCs采集装置;其中颗 粒物分级采样装置至少包括四个切割头（23-26)、膜托(27-30)、质量流量控制器(31-34)， 四个切割头分别依次串联连接膜托和质量流量控制器，四个质量流量控制器分别与四个内 置颗粒物采样栗(35-38)连接，其中两个切割头并联构成一个采样进气口，另两个构成另一 个采样进气口；采样进气口分别与停留室的气路连接口的气路分流器连接。主动栗式VOCs 采集装置由VOCs采样流量计(21 )、内置VOCs采样栗(22)串联，VOCs采样流量计(21)与停留 室的气路连接口的气路分流器连接，主动栗式VOCs采集装置的VOCs采样出气口（19)与 Tedlar采样袋/吸附柱连接，构成VOCs采样流量计(21)、内置VOCs采样栗(22)与Tedlar采样 袋/吸附柱串联。
[0011] -种多用途稀释通道固体颗粒采样系统还包括控制及数据采集系统，控制及数据 采集系统包括配套软件、数据连接线、LED触摸操控面板。数字等速采样烟枪、稀释停留系 统、样品采集系统等的运行参数通过数据连接线接入采样主机箱。LED触摸操控面板设置在 机箱外侧，用于采集系统各部分流量、流速、温度、湿度、压力等参数，同时可以在显示屏上 进行参数设置及系统控制。
[0012] -种多用途稀释通道固体颗粒采样系统还包括远程控制系统，远程控制系统有信 号发射器、远程操作终端;信号发射器位于采样主机箱顶部，远程操作终端通过接收发射器 信号实现与LED操控面板数据同步。可实现对整个稀释通道采样系统的参数设置与系统控 制。
[0013] 采样系统的具体工作过程如下：
[0014] 采样前，插入数字等速采样烟枪，正对气流，通过数字等速采样烟枪测量烟道内烟 气流速、烟气温度、烟气压力，根据烟气流速选取适当的等速采样喷嘴，设定适当的引流流 量实现等速采样；调节加热采样管、加热保温管I、加热保温管I I温度使之高于烟气温度； 开启空气压缩机，根据烟道内烟气压力及拟采用稀释比选择稀释器进气流量;待系统稳定 后开启内置颗粒物采样栗，（在采样主机箱上的LED触摸操控面板)设置采样时间、采样流量 开始采样;采样过程中可通过远程操作终端监视仪器运行状态、修改系统工作参数，人员可 以远离条件艰苦的采样现场。采样过程中控制及数据采集系统和远程控制系统会同步记录 各系统运行数据并储存在储存卡上。采样结束后，关闭采样系统，取出采样滤膜，导出稀释 通道采样系统运行数据。
[0015] 记压缩空气流量为&，采样气体流量为Q2，进入烟枪的烟气流量为Q3，Q3 = Q2-Q:;采 样的稀释比(DR)根据式（1)确定，停留时间（t)根据Q3、停留室长度(L)、停留室有效内径(D) 等参数确定。
[0016]
[0017] 由以上技术方案可以看出：
[0018] 1、数字等速采样烟枪和加热管线I都能够对烟气进行加热防止烟气在稀释前冷 凝。
[0019] 2、烟气与经加热管线II加热后的空气在稀释混合腔稀释，有效防止了因局部烟气 过冷造成的颗粒物骤凝和堵塞。
[0020] 3、采用单级稀释，通过采样栗流量与稀释空气流量的差值来控制烟气进气量进而 控制稀释比例，可以做到稀释比平滑变化。
[0021] 4、停留室罐体可以加热控制停留室温度，使采样结果不受气温影响，不同季节采 集的样品可比性更强。
[0022] 5、采用主动栗式来采集VOCs样品，既可以使用Tedlar采样袋又可以使用吸附柱采 集VOCs样品。
[0023] 6、控制及数据采集系统采用自动化控制，无需手动调节仪表，并通过质量流量控 制器和伺服流量计控制气体流量、压力等，大大减小了实验误差;系统运行参数全程自动记 录并实时显示简化了实验流程。
[0024] 7、远程控制系统可实现全系统的远程操作与监控，使采样人员可以远离强噪声、 高粉尘、离地面较高的取样点，有效的保证了采样人员的人身安全。
【附图说明】
[0025] 图1和图2为本发明提供的【具体实施方式】的结构示意图。
[0026] 1-等速采样喷嘴；2-加热采样管；3-液晶控制面板;4-加热保温管I; 5-稀释混合 腔;6-加热保温管II ;7_停留室;8-停留室温度、压力、相对湿度传感器;9-气路分流器；10-空气压缩机；11-采样主机箱；12-无线信号发射装置；13-LED触摸操控面板；14 一远程操作 终端；15-PM2.5采样接口； 16-PM10采样接口； 17-VOCs采样进气口； 18-压缩空气进气口； 19- VOCs采样出气口； 20-Tedlar采样袋或吸附柱;21-VOCs采样