一种带有温度补偿的稀释加热型颗粒物等速取样装置的制作方法

本发明涉及烟气监测技术领域，具体为一种带有温度补偿的稀释加热型颗粒物等速取样装置。

背景技术：

烟气采样器，是目前市场上一种常见的装置，它是通过一种插入烟道内的探头，再配以动力装置，将烟道内的烟气抽取出来进行颗粒物测量的装置。由于现在烟道中的烟气有些湿度非常大，为排除液态水对颗粒物测量的影响，准确测量颗粒物的浓度值，必须降低样品气的湿度。将液态水，还原成气态，使得气体中真正的颗粒物能够被颗粒物检测仪器测量到。目前主要采用加热法或者稀释法来降低测量样品气的湿度，再配以相应的颗粒物检测仪表，最终将抽取出来的样品气的颗粒物浓度转化为直观的数值，进行数据分析。

但从目前方法上来看，实际烟气取样多为非等速取样。但就气体取样而言，等速取样比非等速取样更为先进，是获得烟道内颗粒物浓度精确值的一个必要条件。同时由于烟气样品经过加热处理、稀释处理，导致了样品气的温度和烟气温度不同，和稀释气的温度也不同，气体的受热膨胀导致了双方的体积差异。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带有温度补偿的稀释加热型颗粒物等速取样装置，具备将测量烟气温度、稀释气温度和混合气温度进行测量，根据温度进行补偿计算得到最终需要进行抽取的混合气体流速，根据此数据再去控制抽取控制器和稀释控制器完成等速跟踪采样的优点，解决了目前的颗粒物等速取样装置，没有温度测量，不比较测量时的样品气温度和烟气温度还有稀释气的温度。这样的采样误差就无法得到弥补，对于后续的数据测量就会带来误差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有温度补偿的稀释加热型颗粒物等速取样装置，包括烟气取样器、稀释气机构、混合气机构、抽取动力源和抽取控制器。烟气取样器由烟气取样管、烟气流速仪和烟气温度仪组成；稀释气机构由稀释气流速仪、稀释气温度仪、稀释气源和稀释气体控制器组成，稀释气源为用于稀释样品气的其它气体，如氮气、空气等，可使用压缩气体或者气泵；混合气机构由混合气流速仪和混合气温度仪组成；颗粒物监测仪安装在测量室内；抽取动力源是用于抽取样品气的产生抽取动力的设备，可以是抽气泵、射流泵等；抽取控制器是控制抽取样品气的设备。

稀释气机构所在的稀释气管道与烟气取样管对接，稀释气和烟气混合后进入到混合气机构所在的混合气管道中，最后进入到测量室内监测。

作为本发明的进一步方案，烟气取样管伸入烟气管道中，烟气取样管的开口与烟气管道中的烟气流向相对；烟气流速仪和烟气温度仪的监测探头分别伸进烟气管道中；

烟气在烟气管道中流动时经过烟气流速仪和烟气温度仪的监测探头，并从烟气取样管进入到烟气取样器中，烟气流速仪和烟气温度仪对样品气的流速和温度监测后将监测数据传递给控制系统。

作为本发明的进一步方案，稀释气体控制器在控制系统的驱动下，稀释气体控制器控制稀释气源将稀释气从稀释气管道输送到烟气取样器的管道中与烟气混合；

稀释气在稀释气管道中流动时经过稀释气流速仪和稀释气温度仪的监测探头，稀释气流速仪和稀释气温度仪对稀释气的流速和温度监测后将监测数据传递给控制系统。

作为本发明的进一步方案，稀释气和样品气混合后进入混合气管道中，抽取控制器在控制系统的驱动下控制抽取动力源工作，抽取动力源产生负压，在负压的作用下，混合气在混合气管道中流动进入测量室内，由测量室内的颗粒物监测仪对混合气监测；

混合气在混合气管道中流动时经过混合气流速仪和混合气温度仪的监测探头，混合气流速仪和混合气温度仪对混合气的流速和温度监测后将监测数据传递给控制系统。

作为本发明的进一步方案，抽取动力源采用抽气泵的公式推导：

气体的质量在温度、体积变化时为保持不变，因此可以得到，

式1：m2＝m1+mx

m2—混合气的质量，m1—样品气的质量，mx—稀释气的质量；

在等速采样时烟气、样品气、混合气的压强相同，根据气体质量计算的万能公式：m＝p×v×m÷[8.314×(273+t)]

m—气体的质量，p—气体的压强，v—气体的体积，m—气体的摩尔质量，t—气体的温度℃；

推导出式2：

v2—混合气的体积，v1—样品气的体积，vx—稀释气的体积，t2—混合气的温度℃，t1—样品气的温度℃，tx—稀释气的温度℃；

推导出式3：

s2—混合气等速采样的理论流速，s1—烟气(样品气)的流速，sx—稀释气的流速，m2—混合气流速测量点的截面积，m1—烟气采样器气的取样口截面积，mx—稀释气流速测量点的截面积；

控制系统需要根据补偿计算后的s2来跟踪s1的变化，使得最终的抽取实际流速s与s2的差值为0，即s2-s＝0。

作为本发明的进一步方案，当抽取动力源为射流泵时，根据射流泵的性能拟合准二维理论计算公式结合一定质量理想气体状态方程为：

气体的质量在温度、体积变化时为保持不变，因此可以得到，

式4：m2＝m1+mx

m2—混合气的质量，m1—样品气的质量，mx—稀释气的质量；

在等速采样时烟气、样品气、混合气的压强相同，根据气体质量计算的万能公式：m＝p×v×m÷[8.314×(273+t)]

m—气体的质量，p—气体的压强，v—气体的体积，m—气体的摩尔质量，t—气体的温度℃；

推导出式5：

v2—混合气的体积，v1—样品气的体积，vx—稀释气的体积，t2—混合气的温度℃，t1—样品气的温度℃，tx—稀释气的温度℃；

推导出式6：

s2—混合气等速采样的理论流速，s1—烟气(样品气)的流速，sx—稀释气的流速，m2—混合气流速测量点的截面积，m1—烟气采样器气的取样口截面积，mx—稀释气流速测量点的截面积；

由于射流泵的动力学公式为：

pc/p0＝0.1147*(3.0365-qs/q0)

pc—射流泵(抽取气/烟道)压力pa；

p0—风机工作(动力气)压力pa；

qs—取样后的样品(抽取气)体积流量m3/s；

q0—风机工作流体(动力气)体积流量m3/s；

并根据公式

s1＝s2＝qs/s

s1—烟气的测量流速m/s；

s2—混合气等速采样的理论流速；

qs—取样后的样品(抽取气)体积流量m3/s；

控制系统需要通过抽取控制器控制射流动力风机的送风量，使得最终的抽取实际流速s与s2的差值为0，即s2-s＝0。

作为本发明的进一步方案，名词解释：

烟气:存在于烟道、烟囱或其它管道中的气体；

取样口：烟气采样器的取样口；

样品气：进入取样口的待测烟气；

抽取控制器：控制抽取样品气的设备；

抽取动力源：用于抽取样品气的产生抽取动力的设备，可以是抽气泵、射流泵；

流速测量点：测量抽取气体流速的测点；

测量室：用于安装仪表对样品气进行颗粒物测量的腔室；

稀释气：用于稀释样品气的其它气体，如氮气、空气等；

稀释控制器：控制稀释气的设备；

混合气：样品气与稀释气混合后进行颗粒物浓度测量的气体。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：控制系统将由烟气温度仪，烟气流速仪，混合气温度仪，稀释气流速仪和稀释气温度仪测量的数据进行计算得到需要的理论抽取流速值s2，再通过调节抽取控制器和稀释气体控制器，改变抽取动力源和稀释气源的功率，最后通过混合气流速仪得到反馈的实际流速s，最终使混合气流速s等于s2,从而达到最终实现温度变化下的等速采样；最后保证颗粒物监测仪通过测量室，测量到准确的烟气中的颗粒物含量。

将测量烟气温度、稀释气温度和混合气温度进行测量，根据温度进行补偿计算的得到最终需要进行抽取的混合气体流速，根据此数据再去控制抽取控制器和稀释控制器完成等速跟踪采样。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种带有温度补偿的稀释加热型颗粒物等速取样装置，包括烟气取样器、稀释气机构、混合气机构、抽取动力源和抽取控制器。烟气取样器由烟气取样管、烟气流速仪和烟气温度仪组成；稀释气机构由稀释气流速仪、稀释气温度仪、稀释气源和稀释气体控制器组成，稀释气源为用于稀释样品气的其它气体，如氮气、空气等，可使用压缩气体或者气泵；混合气机构由混合气流速仪和混合气温度仪组成；颗粒物监测仪安装在测量室内；抽取动力源是用于抽取样品气的产生抽取动力的设备，可以是抽气泵、射流泵等；抽取控制器是控制抽取样品气的设备。稀释气机构所在的稀释气管道与烟气取样管对接，稀释气和烟气混合后进入到混合气机构所在的混合气管道中，最后进入到测量时室监测。

烟气取样管伸入烟气管道中，烟气取样管的开口与烟气管道中的烟气流向相对；烟气流速仪和烟气温度仪的监测探头分别伸进烟气管道中；烟气在烟气管道中流动时经过烟气流速仪和烟气温度仪的监测探头，并从烟气取样管进入到烟气取样器中，烟气流速仪和烟气温度仪对样品气的流速和温度监测后将监测数据传递给控制系统。

稀释气体控制器在控制系统的驱动下，稀释气体控制器控制稀释气源将稀释气从稀释气管道输送到烟气取样器的管道中与样品气混合；稀释气在稀释气管道中流动时经过稀释气流速仪和稀释气温度仪的监测探头，稀释气流速仪和稀释气温度仪对稀释气的流速和温度监测后将监测数据传递给控制系统。

稀释气和样品气混合后进入混合气管道中，抽取控制器在控制系统的驱动下控制抽取动力源工作，抽取动力源产生负压，在负压的作用下，混合气在混合气管道中流动进入测量室内，由测量室内的颗粒物监测仪对混合气监测；混合气在混合气管道中流动时经过混合气流速仪和混合气温度仪的监测探头，混合气流速仪和混合气温度仪对混合气的流速和温度监测后将监测数据传递给控制系统。

控制系统将由烟气温度仪，烟气流速仪，混合气温度仪，稀释气流速仪和稀释气温度仪测量的数据进行计算得到需要的理论抽取流速值s2，再通过调节抽取控制器和稀释气体控制器，改变抽取动力源和稀释气源的功率，最后通过混合气流速仪得到反馈的实际样气流速s，最终使混合气流速s等于s2,从而达到最终实现温度变化下的等速采样；最后保证颗粒物监测仪通过测量室，测量到准确的烟气中的颗粒物含量。

实施例2

本发明提供的一种实施例：一种带有温度补偿的稀释加热型颗粒物等速取样装置，抽取动力源采用抽气泵的公式推导：

气体的质量在温度、体积变化时为保持不变，因此可以得到，

式1：m2＝m1+mx

m2—混合气的质量，m1—样品气的质量，mx—稀释气的质量；

在等速采样时烟气、样品气、混合气的压强相同，根据气体质量计算的万能公式：m＝p×v×m÷[8.314×(273+t)]

m—气体的质量，p—气体的压强，v—气体的体积，m—气体的摩尔质量，t—气体的温度℃；

推导出式2：

v2—混合气的体积，v1—样品气的体积，vx—稀释气的体积，t2—混合气的温度℃，t1—样品气的温度℃，tx—稀释气的温度℃；

推导出式3：

s2—混合气等速采样的理论流速，s1—烟气(样品气)的流速，sx—稀释气的流速，m2—混合气流速测量点的截面积，m1—烟气采样器气的取样口截面积，mx—稀释气流速测量点的截面积；

控制系统需要根据补偿计算后的s2来跟踪s1的变化，使得最终的抽取实际流速s与s2的差值为0，即s2-s＝0。

实施例3

本发明提供的一种实施例：一种带有温度补偿的稀释加热型颗粒物等速取样装置，当抽取动力源为射流泵时，根据射流泵的性能拟合准二维理论计算公式结合一定质量理想气体状态方程为：

气体的质量在温度、体积变化时为保持不变，因此可以得到，

式4：m2＝m1+mx

m2—混合气的质量，m1—样品气的质量，mx—稀释气的质量；

在等速采样时烟气、样品气、混合气的压强相同，根据气体质量计算的万能公式：m＝p×v×m÷[8.314×(273+t)]

m—气体的质量，p—气体的压强，v—气体的体积，m—气体的摩尔质量，t—气体的温度℃；

推导出式5：

v2—混合气的体积，v1—样品气的体积，vx—稀释气的体积，t2—混合气的温度℃，t1—样品气的温度℃，tx—稀释气的温度℃；

推导出式6：

s2—混合气等速采样的理论流速，s1—烟气(样品气)的流速，sx—稀释气的流速，m2—混合气流速测量点的截面积，m1—烟气采样器气的取样口截面积，mx—稀释气流速测量点的截面积；

由于射流泵的动力学公式为：

pc/p0＝0.1147*(3.0365-qs/q0)

pc—射流泵(抽取气/烟道)压力pa；

p0—风机工作(动力气)压力pa；

qs—取样后的样品(抽取气)体积流量m3/s；

q0—风机工作流体(动力气)体积流量m3/s；

并根据公式

s1＝s2＝qs/s

s1—烟气的测量流速m/s；

s2—混合气等速采样的理论流速；

qs—取样后的样品(抽取气)体积流量m3/s；

控制系统需要通过抽取控制器控制射流动力风机的送风量，使得最终的抽取实际流速s与s2的差值为0，即s2-s＝0。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。