一种总颗粒物检测装置及采样方法与流程

本发明属于大气污染物控制技术领域，具体地说是涉及一种总颗粒物检测装置及采样方法。

背景技术：

我国大气污染物排放总量大，大气污染形势依然严峻，为从源头控制颗粒物排放，国内火电厂大气污染物烟尘排放标准也将由现行标准(gb13223-2011)进一步加严。特别对于新建燃煤电厂，据《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020)》(2014年印发)，东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度需基本达到燃气轮机限值，即烟尘浓度不得高于10mg/m³。2015年12月三部委“关于印发《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》(环发〔2015〕第164号)的通知”要求，到2020年，全国所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，这对我国燃煤电厂除尘技术提出了新的挑战。

燃煤电厂采用了高效除尘技术，使烟囱外排烟尘浓度达到超低排放水平，即10mg/m³以下。然而，随着除尘技术的极大发展，各种新型除尘技术层出不穷，与之对应的颗粒物检测技术却发展相当缓慢，并且除尘技术性能提高，促进了颗粒物理论发展，当前燃煤电厂烟囱排放颗粒物主要分为可过滤颗粒物、可凝结颗粒物，合称总颗粒物。目前国内广泛采用的颗粒物检测技术主要针对可过滤颗粒物，对于可凝结颗粒物检测技术的研究进展则少见报道，涉及总颗粒物的检测技术则未见报道。

技术实现要素：

本发明提供了一种总颗粒物检测装置及采样方法，可以高效解决烟气中可凝结颗粒物检测难题，实时监测烟气中总颗粒物浓度，填补技术空白。

本发明采用的技术方案是：

一种总颗粒物检测装置，所述总颗粒物检测装置包括顺次相连的前置过滤器、加热型采样枪、温控装置、尾部过滤器和智能化采样器，所述温控装置包括多级恒重捕集器，每级恒重捕集器下方设置可称重传感器，所述可称重传感器置于升降台上；所述智能化采样器包括数显控制器、干燥器、抽气泵、质量检测仪、电导率检测仪和流量检测仪，所述前置过滤器、尾部过滤器分别与电导率检测仪相连，所述加热型采样枪与流量检测仪相连，所述可称重传感器与质量检测仪相连；所述尾部过滤器通过干燥器与抽气泵相连。

本发明所述总颗粒物检测装置可同时监测烟气中总颗粒物浓度(tpm)、可过滤颗粒物(fpm)浓度和可凝结颗粒物(cpm)浓度，tpm为fpm和cpm之和。

所述温控装置内置多级恒重捕集器、可称重传感器，并具有温度调节功能；质量检测仪接收可称重传感器的传输信号，进行质量转换，智能化采样器具有数值转换、数显功能。所述电导率检测仪可以同时检测前置过滤器和尾部过滤器的电导率和颗粒物质量。

所述可称重传感器将重力信号传输至质量检测仪，转换成质量信号，得到每级恒重捕集器采样前后增重，即得到每级恒重捕集器捕集的可凝结颗粒物重量；所述电导率检测仪测量采样后的前置过滤器和尾部过滤器电导率，通过检测装置的数值转换功能得到可过滤颗粒物质量和可凝结颗粒物质量；所述多级恒重捕集器捕集的可凝结颗粒物重量和尾部过滤器捕集的可凝结颗粒物重量之和为总可凝结颗粒物重量。检测数据都通过智能化采样器的数值转换功能计算得到检测结果，显示在数显屏幕上，得到可凝结颗粒物总重。

作为优选，所述前置过滤器包括过滤器本体，所述过滤器本体通过电导率传感器及电导率传感器信号传输器与电导率检测仪相连。

作为优选，所述加热型采样枪与温控仪相连。所述加热采样枪具有加热功能，能将采样气体温度加热至100～180℃，通过外接温控仪控制，并能测量烟气动压，通过动压和采样嘴直径计算出烟气流速。

作为优选，所述恒重捕集器与可称重传感器之间有百叶窗式隔板阻隔，所述百叶窗式隔板伸缩可调。

作为优选，所述多级恒重捕集器设置在多级恒重捕集器固定架上。

作为优选，所述抽气泵、质量检测仪、电导率检测仪、流量检测仪分别与数显控制器电连接。数显控制器上可以完成相关参数的设置并将检测结果进行转化及显示。

作为优选，所述前置过滤器、尾部过滤器内分别设有相应的绝缘材质滤膜。所述前置过滤器捕集可过滤颗粒物，其内部根据需要可安装滤筒或滤膜，采用绝缘材质滤膜，并连接有电导率检测仪，洁净情况下电导率为0，电导率检测仪储存有电导率-质量换算标线，采样后通过导电率转换得到捕集的可过滤颗粒物质量；所述尾部过滤器内置绝缘材质滤膜，用于捕集末端可凝结颗粒物，并连接有电导率检测仪，洁净情况下电导率为0，电导率检测仪储存有电导率-质量换算标线，采样后通过导电率转换得到捕集的可凝结颗粒物质量。

作为优选，加热采样枪尾部采样管连接温控装置内的第一级恒重捕集器，多级恒重捕集器串联，末级恒重捕集器与尾部过滤器相连，尾部过滤器出口连接智能化采样器。

一种总颗粒物检测采样方法，采用上述总颗粒物检测装置，包括下述步骤：

(1)组装好总颗粒物检测装置，并检查连接管路是否正确，然后，接通电源，调节加热采样枪和温控装置参数，使加热温度和温控装置温度符合采样要求；

(2)开启智能化采样器，设置相关参数，准备工作就绪，并且温度参数均达到采样要求后，将加热采样枪伸入确定的测孔，并固定好位置，启动采样；

(3)启动采样后，在智能化采样器抽气泵的作用下，烟气通过采样口进入前置过滤器，电导率传感器开始传输电导率信号，可过滤颗粒物被前置过滤器捕集后，烟气通过加热采样枪后进入温控装置内的多级恒重捕集器，可凝结颗粒物被逐级捕集后，烟气进入尾部过滤器，烟气中残余的可凝结颗粒物被完全捕集，尾部过滤器电导率检测仪传感器开始传输电导率信号，然后烟气经过智能化采样器的干燥器，再经过抽气泵排出；

(4)达到设定采样时间后，采样结束，记录结果，其中前置过滤器检测结果为可过滤颗粒物质量，多级恒重捕集器和尾部过滤器检测结果之和为可凝结颗粒物质量，整个流程捕集的颗粒物质量为总颗粒物质量，结合智能化采样器的流量检测仪即可得到总颗粒物浓度、可过滤颗粒物浓度和可凝结颗粒物浓度。

作为优选，采样结束时，电导率检测仪检测到电导率最大示值，并将最大示值转化成质量，得到前置过滤器和尾部过滤器检测的颗粒物质量。

作为优选，采样开始前，通过升降台调节可称重传感器位置，称量多级恒重捕集器空重，并将数据储存在质量检测仪；采样结束后，调节升降台位置，称量多级恒重捕集器实重，通过质量检测仪计算得到多级恒重捕集器增重，即为多级恒重捕集器捕集的可凝结颗粒物质量。

本发明具有如下优点：

1、检测装置一体化、智能化程度高，高效解决烟气中可凝结颗粒物检测难题；

2、实时监测烟气中总颗粒物浓度，填补技术空白；

3、基于温控装置实时可调，适用于复杂多变的环境温度，解决不同环境温度下的可凝结颗粒物浓度检测问题；

4、技术成熟、操作方便、成套组装、便于携带与运输。

附图说明

图1是本发明总颗粒物检测装置的工作流程示意图；

图2是本发明温控装置的结构示意图；

图3是本发明前置过滤器的结构示意图；

图4是本发明智能化采样器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。

实施例1

参照图1～4，一种总颗粒物检测装置，所述总颗粒物检测装置包括顺次相连的前置过滤器1、加热型采样枪2、温控装置3、尾部过滤器4和智能化采样器5，所述温控装置包括多级恒重捕集器3-1，每级恒重捕集器下方设置可称重传感器3-2，所述可称重传感器3-2置于升降台3-6上，具有升降功能，每次使用时升高至固定刻度以避免误差，闲置时下降至合适位置；所述恒重捕集器3-1与可称重传感器3-2之间有百叶窗式隔板3-4阻隔，所述百叶窗式隔板3-4伸缩可调；所述多级恒重捕集器3-1设置在多级恒重捕集器固定架3-3上。

所述智能化采样器包括数显控制器5-1、干燥器5-2、抽气泵5-3、质量检测仪5-4、电导率检测仪5-5和流量检测仪5-6，所述前置过滤器1、尾部过滤器4分别与电导率检测仪5-4相连，所述加热型采样枪2与流量检测仪5-6相连，所述可称重传感器3-2与质量检测仪5-4相连；所述尾部过滤器4通过干燥器5-2与抽气泵5-3相连。所述抽气泵5-3、质量检测仪5-4、电导率检测仪5-5、流量检测仪5-6分别与数显控制器5-1电连接，数显控制器设有数显屏幕，检测数据通过智能化采样器的数值转换功能计算得到检测结果，显示在数显屏幕上。

所述前置过滤器包括过滤器本体1-1，所述过滤器本体1-1通过电导率传感器1-2及电导率传感器信号传输器1-3与电导率检测仪5-5相连。

所述加热型采样枪2与温控仪2-1相连。加热采样枪具有加热功能，能将采样气体温度加热至100～180℃，保证水蒸气不在采样枪中冷凝，通过外接温控仪控制，并能测量烟气动压，通过动压和采样嘴直径计算出烟气流速。

所述前置过滤器1、尾部过滤器4内分别设有相应的绝缘材质滤膜。所述前置过滤器1捕集可过滤颗粒物，其内部根据需要可安装滤筒或滤膜，采用绝缘材质滤膜，并连接有电导率检测仪，洁净情况下电导率为0，电导率检测仪储存有电导率-质量换算标线，采样后通过导电率转换得到捕集的可过滤颗粒物质量；所述尾部过滤器4内置绝缘材质滤膜，用于捕集末端可凝结颗粒物，并连接有电导率检测仪，洁净情况下电导率为0，电导率检测仪储存有电导率-质量换算标线，采样后通过导电率转换得到捕集的可凝结颗粒物质量。

加热采样枪2尾部采样管连接温控装置内的第一级恒重捕集器，多级恒重捕集器串联，末级恒重捕集器与尾部过滤器4相连，尾部过滤器4出口连接智能化采样器；加热采样管2尾部用于测量动压的管路直接连接智能化采样器。

本发明所述总颗粒物检测装置可同时监测烟气中总颗粒物浓度(tpm)、可过滤颗粒物(fpm)浓度和可凝结颗粒物(cpm)浓度，tpm为fpm和cpm之和。

所述温控装置内置多级恒重捕集器、可称重传感器，并具有温度调节功能；质量检测仪接收可称重传感器的传输信号，进行质量转换，智能化采样器具有数值转换、数显功能。所述电导率检测仪可以同时检测前置过滤器和尾部过滤器的电导率和颗粒物质量。

所述可称重传感器将重力信号传输至质量检测仪，转换成质量信号，得到每级恒重捕集器采样前后增重，即得到每级恒重捕集器捕集的可凝结颗粒物重量；所述电导率检测仪测量采样后的前置过滤器和尾部过滤器电导率，通过检测装置的数值转换功能得到可过滤颗粒物质量和可凝结颗粒物质量；所述多级恒重捕集器捕集的可凝结颗粒物重量和尾部过滤器捕集的可凝结颗粒物重量之和为总可凝结颗粒物重量。检测数据都通过智能化采样器的数值转换功能计算得到检测结果，显示在数显屏幕上，得到可凝结颗粒物总重。

实施例2

一种总颗粒物检测采样方法，采用实施例1所述总颗粒物检测装置，包括下述步骤：

(1)组装好总颗粒物检测装置(如准备好前置过滤器和尾部过滤器，并将前置过滤器安装在加热采样枪前端，加热采样枪尾部采样管连接温控装置内的第一级恒重捕集器，多级恒重捕集器串联，末级恒重捕集器与尾部过滤器相连，尾部过滤器出口连接智能化采样器；加热采样管尾部用于测量动压的管路直接连接智能化采样器；)，并检查连接管路是否正确，然后，接通电源，温控装置内可称重传感器升高至固定高度，测量各级恒重捕集器空重，检查电导率检测仪示数是否为0；调节加热采样枪和温控装置参数，使加热温度和温控装置温度符合采样要求；

(2)开启智能化采样器，设置相关参数(在数显控制器上设置采样相关参数，如温度、压力、流速、采样时间、日期、温控装置温度等)，准备工作就绪，并且温度参数均达到采样要求后，将加热采样枪伸入确定的测孔，并固定好位置，启动采样；

(3)启动采样后，在智能化采样器抽气泵5-3的作用下，烟气通过采样口进入前置过滤器1，气体中可过滤颗粒物被前置过滤器捕集，电导率传感器1-2开始传输电导率信号，电导率检测仪5-5开始测量；可过滤颗粒物被前置过滤器1捕集后，烟气通过加热采样枪2后进入温控装置内的多级恒重捕集器3-1，通过前置过滤器1的气体被加热采样枪2加热至100～180℃，保证水蒸气不在采样枪中冷凝；加热后的气体进入温控装置，温控装置温度设置为环境温度，气体逐级通过恒重捕集器，大量可凝结颗粒物被捕集；可凝结颗粒物被逐级捕集后，烟气进入尾部过滤器4，烟气中残余的可凝结颗粒物被完全捕集，尾部过滤器4电导率检测仪传感器开始传输电导率信号，然后烟气经过智能化采样器的干燥器5-2，再经过抽气泵5-3排出；

(4)达到设定采样时间后，采样结束，将温控装置内可称重传感器升高至固定高度，测量各级恒重捕集器空重，检查电导率检测仪示数为检测结果，记录结果；其中前置过滤器1检测结果为可过滤颗粒物质量，多级恒重捕集器3-1和尾部过滤器4检测结果之和为可凝结颗粒物质量，整个流程捕集的颗粒物质量为总颗粒物质量，结合智能化采样器的流量检测仪5-6即可得到总颗粒物浓度、可过滤颗粒物浓度和可凝结颗粒物浓度。

采样结束时，电导率检测仪5-5检测到电导率最大示值，并将最大示值转化成质量，得到前置过滤器1和尾部过滤器检测4的颗粒物质量。

采样开始前，通过升降台3-6调节可称重传感器位置，称量多级恒重捕集器3-1空重，并将数据储存在质量检测仪5-4；采样结束后，调节升降台3-6位置，称量多级恒重捕集器3-1实重，通过质量检测仪5-4计算得到多级恒重捕集器3-1增重，即为多级恒重捕集器3-1捕集的可凝结颗粒物质量。

可称重传感器3-2固定在升降台3-6上，升降台未使用时，整体置于百叶窗式隔板3-4下，使用时调整高度至固定高度，称量多级恒重捕集器重量。

准备下一次采样时，更换前置过滤器、多级恒重捕集器、尾部过滤器，然后重复步骤(1)～(4)即可。