本实用新型属于环境分析领域，主要涉及有源排放烟道中的目标分析物采样，诸如垃圾焚烧烟气中的二恶英、水泥或钢铁生产过程烟气排放中的有机污染物。
背景技术：
烟气颗粒物是一个重要的大气污染源。为了更加准确地评估烟气中颗粒物的释放特征，需严格保证烟气颗粒物采样过程的准确性和可靠性，然而目前我国并无固定源烟气颗粒物采样的相关标准。为了更好地模拟了烟气排入大气后的稀释冷却和凝结等过程，一般采用稀释法对烟气颗粒物进行采样，国际标准化组织(ISO，2013)已将稀释采样作为固定源排放PM2.5测试的标准方法(ISO 25597:2013)。
稀释法采样是一个相对比较复杂的过程，其对设备的混气方式、流量控制及温度调节等方面都有着严格的技术要求。目前，已有一些商品化的稀释器及采样设备，Dekati DI-1000稀释器是一款成本低、构造简单且易操作的仪器， Dekati稀释器通过两级“双稀释器”，能有效地避免冷凝发现和消除晶核的形成。然而，Dekati稀释器稀释比较低(仅为1:8)，而且它仅具有稀释功能，使用时还需一系列配套设备。(与Dekati相似的，还有一款TSI的转盘式热稀释器，该设备也具有烟气颗粒物气溶胶稀释功能，但其价格昂贵，更适合于汽车尾气及燃烧过程中粒子的取样、稀释和控制，尤其是在颗粒物粒径分析仪和计数方面的应用。)DP7900稀释探头则是集采样和稀释于一体的设备，该设备可稀释烟气，防止水蒸汽和酸的凝结，但是该设备实际上仅能对烟气气体进行稀释，无法实现烟气颗粒物的稀释。
本实用新型装置，是稀释、采样一体化设备，能同时实现对烟气气体和烟气颗粒物的稀释，能够有效消采样过程中冷凝和凝结现象，该设备具有结构简单(体积小、紧凑等)，易操作，气流混合均匀性良好、颗粒物在采样器内的损失小、稀释比可调等优点。本实用新型装置采用喷射稀释方式。稀释比可在1:100 至1:1范围内调节。本实用新型装置满足烟气颗粒物采样的ISO 25597:2013的相关标准(ISO 25597:2013明确稀释比和停留时间分别不小于20倍和10s，且稀释后的气体温度和相对湿度分别低于42℃和70％)。
技术实现要素：
本实用新型所解决的技术问题是提供一种烟气颗粒物分级稀释采样器。
一种烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，包括旋风分离器1、采样枪管2、混气装置4、过滤器5、颗粒物分级收集器6和真空泵8；
混气装置4是由保温外罩4e所围成的密闭腔室，于密闭腔室内设有三通4a、换热管4b、温度传感器A 4c、加热元件B 4d；
所述的旋风分离器1的出气口与采样枪管2的进气口相连、采样枪管2的出气口与混气装置4内三通4a的第一接口连接、三通4a的第二接口与换热管 4b的一端相连，三通4a的第三接口与颗粒物分级收集器6的进气口相连；换热管4b的另一端与过滤器5的出口连接、过滤器5的进气口串接一个流量控制器 A 7a与大气相通；
颗粒物分级收集器6出气口串接一个流量控制器B 7e后与真空泵8进气口相连通。
所述的烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，旋风分离器1的出气口与采样枪管2的进气口通过螺母和卡套连接形成密封，旋风分离器1为可除去≥10μm的固体颗粒、由不锈钢或钛金属加工而成的零件。
所述的烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，在旋风分离器1进气口外侧设有温度探头3，温度探头3的测温点设置在旋风分离器1进气口进气气路或进气口上，测得烟气温度为T1，旋风分离器1进气口体积流速为Q 1。
所述的烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，采样枪管2由中空的筒状的外筒2a与内管2b同心嵌套设置，外筒和内管外壁面的在采样枪管靠近旋风分离器的一侧密闭连接，外筒和内管靠近混气装置4的一端分别与保温外罩4e 的外壁面密闭连接，内管靠近旋风分离器的一端作为采样枪管的进气口，外筒 2a和内管2b之间的密闭空间设置有加热元件A 2c和温度传感器B 2d，加热元件A 2c环绕贴附于内管2b外壁上，温度传感器B 2d位于外筒2a与加热元件A 2c之间，使得内管2b保持设定的温度T2，设定范围0-300℃，且T2≥ T1。
所述的烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，混气装置4由三通4a 的内部管路、换热管4b、温度传感器A 4c、加热元件B 4d和保温外罩4e组成，混气装置4内部温度保持设定的温度T3，设定范围0-300℃，且T3≥T1。所述的烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，过滤器5为中空的玻璃筒体，内部填充有对目标分析物具有吸附作用的材料，所述具有吸附作用的材料为聚氨酯泡沫(PUF)、活性炭、XAD树脂的一种或者两种以上。
所述的烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，一控制单元7，包含有流量控制器A 7a、与温度探头3通过导线连接的温度控制器A 7b、温度控制器B 7c、温度控制器C 7d和流量控制器B 7e，流量控制器A 7a控制大气环境流入过滤器5内空气的体积流量为Q 2，流量控制器B 7e控制流入真空泵的气体体积流速为Q 3，在保证系统管路气密性的前提下，满足Q 1+Q 2＝Q 3，设定 Q 2和Q3使得Q 1和Q3的比值k为0.01≤k≤1，即k＝(Q 3-Q2)/Q3；流量控制器A通过管路与过滤器5的一口相连，另一口与大气相连；温度控制器A与温度探头3相连；温度控制器B 7c与混气装置中的温度传感器A 4c和加热元件B 4d分别相连；温度控制器C与采样枪管中的温度传感器B 2d和加热元件A 2c分别连接。
所述的烟气颗粒物分级稀释采样器，其特征在于，混气装置中的换热管 4b呈矩形波或螺旋并列方式排列的形状，在换热管管壁间放置有温度传感器A 4c，换热管4b管壁上贴附有加热元件B 4d，混气装置4的外壳表面贴附有保温外罩4e。
所述的烟气颗粒物分级稀释采样器的操作方法，其特征在于，连接好各个部件后，检查各个部件之间的密封性，旋风分离器1与采样枪管2插入到烟道采样孔内，封堵采样枪管与采样孔之间的间隙；控制加热系统使得内管2b 保持设定的温度T2，混气装置4内部温度保持设定的温度T3，温度稳定后开启真空泵，设定流量控制器A 7a和流量控制器B 7e使得气体流量为Q 2和Q 3，开始采集烟气中颗粒物；一段时间后将颗粒物分级收集器6内吸附材料取出进行分析。
比如目标分析物为二恶英时，吸附材料为聚氨酯泡沫(PUF)
本实用新型的有益效果是：本实用新型提出的烟气颗粒物分级稀释采样器，具有双流量计控制混气装置内气体流速和被采集气体稀释比例，采集过程稳定可靠；具有稀释空气预热功能、混气被收集时保持设定的温度值等功能。本实用新型结构简单、操作方便，适用于钢铁、水泥生产以垃圾焚烧等烟气中有机物的分析测量。
附图说明
图1为本实用新型的颗粒物分级稀释采样器的连接示意图。其中，1旋风分离器；2为采样枪管；3为温度探头、4为混气装置、5为过滤器、6为颗粒物分级收集器，7为控制单元，8为真空泵，2a为外筒，2b为内管，2c为加热元件 A，2d为温度传感器B；4a为三通，4b为换热管，4c为温度传感器A，4d为加热元件B，4e为保温外罩；7a为流量监控器A，7b为温度控制器A，7c为温度控制器B，7d为温度控制器C，7e为流量控制器B。
具体实施方式
实施例1
如附图1所示，旋风分离器1、采样枪管2、混气装置4、过滤器5、颗粒物分级收集器6均为设计制作部件。旋风分离器1为不锈钢或钛材质的零件，圆筒直径50mm，其圆周切向上设有进气口，进气口通过螺纹连接进气嘴，可以替换不同直径规格，比如4mm，6mm，8mm，10mm的进气嘴，本实施例选用 4mm进气嘴。同心设置的气流出口为外径12mm的金属管。
采样枪管2为外径50mm的圆筒形金属零件，采用不锈钢或钛材质，内部同心设有外径12mm的金属管作为采样枪内管2b，采样外筒2a和内管2b之间安设有加热元件A2c和温度传感器B2d，加热元件A2c选用400W不锈钢加热管，温度传感器B2d选用3mm直径长500mm的热电偶。采样枪通过螺栓连接固定有长方体形混气装置4。混气装置采用不锈钢板制作，内部填塞保温棉，采样枪内管2b通过三通3a接头连接形成2个分支，一路与矩形波形热交换器即换热管4b相连，热交换器为铜管制作，在铜管外侧附着安装有温度传感器A4c和加热元件B4d，温度传感器A4c选用商品3mm铠装热电偶，加热元件B选用定制直径6mm矩形波形不锈钢加热管。
热交换器与过滤器5之间通过硅橡胶管连接，过滤器5是由玻璃制作的圆筒状零件，中间带有孔的玻璃隔板，隔板上装填有过滤材料，XAD树脂、活性炭、硼砂各一层铺设。上下两端通过螺纹盖密封、内部空间与外部隔绝。
颗粒物分级收集器6为设计加工或采购商品，它是由多级内部串联、每个过滤级之间设有微孔过滤板，使得通过的颗粒物依次分离在不同级的收集器里。为金属加工制成。
控制单元7为电控柜体，设有连接线插座和管路接口，过滤器5进气口与流量控制器A7a的出气口通过硅胶管相连，颗粒物分级收集器6的出气口通过硅胶管与流量控制器B7e的进气口相连，流量控制器B7e的出气口与真空泵8 相连。流量控制器选用SLM100质量流量控制器。通过线缆插头将混气装置4 与控制单元7电路相连，温度探头3测量烟气采样口处实时温度，实现对采样枪管2内和混气装置4内气体温度恒温控制。真空泵选用额度流量200L/min的旋片真空泵。
实验例1
按颗粒物分级稀释采样器的连接示意图连接好各个部件后，将采样枪插入到烟囱采样孔，读取温度探头的温度值T1，为110℃。将采样枪内管温度 T2，设定为110℃；混气装置(4)内部温度T3设定为110℃，等待10min左右使得温度稳定。按设定的稀释比，比例为1:10，将流量控制器A(7a) 和流量控制器B(7e)流速分别设定为27L/min和30L/min，开启真空泵采样，采样一段时间后收集分级采样器内颗粒物。与现有技术方案相比，该技术方案简单可靠且易操作，可同时实现稀释和采样这两功能；此外，该技术方案稀释比可调，且稀释比高于一般商品化稀释器。