一种工业废气可凝结颗粒物测试装置的制作方法

1.本实用新型属于大气环保领域，涉及一种工业废气可凝结颗粒物测试装置。


背景技术：

2.燃煤发电是煤炭消耗的主要行业，近年来随着经济持续稳健发展，煤炭消耗量也在逐渐增大。近年来，大气雾霾时而严重，经研究，燃煤电厂燃烧产生的烟气中的颗粒物是雾霾形成的主要原因之一。同时，在pm
2.5
源排放清单和区域pm
2.5
污染控制研究中，又同时存在着可溶性盐、水溶性离子、含盐量等多个相近且存在交叉的概念，为燃煤电厂颗粒物的排放的认识带来了困难。
3.燃煤电厂烟气中的颗粒物分为可过滤颗粒物(filterable particulate matter，fpm)和可凝结颗粒物(condensable particulate matter，cpm)，标准《固定污染源排气中的颗粒物的测定与气态气态污染物采样方法》(gb-t 16157-1996)对“颗粒物”给出了明确定义：颗粒物是指燃料和其他物质在燃烧、合成、分解以及各种物料在机械处理中所产生的的悬浮物排放气体中的固体和液体颗粒物质，此定义的“颗粒物”可通过各种形式的过滤系统从而计算出其质量浓度，因此这部分“颗粒物”为可过滤颗粒物。对于可凝结颗粒物，美国环保署epa的定义是固定污染源排气中在采样位置为气态、离开烟道后在环境状况下降温数秒内凝结为液态或固态的一类颗粒物。从上述的两种颗粒物的定义比较，区别在于测试方法的针对性设计。
4.为了考虑到颗粒物的测试完整性，应综合对可过滤颗粒物和可凝结颗粒物同时进行测试，现阶段，烟气中可过滤颗粒物测试方法已经较为成熟，主要经过滤膜进行捕集，然而对于可凝结颗粒物的测试研究仍然处于初始阶段，目前应用较多的为美国环保署epa method 202，该方法为有抽气泵抽取，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，此方法要求cpm过滤器及之前的两个吸收瓶温度控制在30℃以下，可凝结颗粒物前体物冷凝在冷凝管壁面，然后用去离子水和正己烷回收冷凝析出的有机物和无机物，二者之和为可凝结颗粒物浓度，此方法缺点是设备一体化程度低，便携性不足，操作复杂；冷凝过程中烟气中的水蒸汽一同冷凝，会溶解一部分so2，对测试结果造成一定的影响。中国行业标准《燃煤电厂烟气中可凝结颗粒物测试方法干式撞击瓶法》 (dl/t 2091-2020)提出的可凝结颗粒物测试方法与epa method 202测试方法原理一致，是对epa方法的简化，与其有相同的缺点。因此，为了准确地测试可凝结颗粒物，亟需开发一套新型可凝结颗粒物测试系统，以简洁、高效、准确测试可凝结颗粒物，对工业废气可凝结颗粒物的控制具有重要意义。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种工业废气可凝结颗粒物测试装置，该测试装置能够实现简洁、高效、准确测试烟气中可凝结颗粒物。
6.本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种工业废气可凝结颗粒物测试装置，包括采样机构、可凝结颗粒物收集机构、干式流量计和抽气泵，采样机构出口与可凝结颗粒物收集机构的入口连接，可凝结颗粒物收集机构的出口与抽气泵的入口连接，抽气泵的出口与干式流量计的入口连接，抽气泵的入口和出口之间接有一旁路管路，该旁路管路的两端分别与抽气泵的入口和出口连通，该旁路管路上设有一流量调节阀。
8.优选的，本实用新型工业废气可凝结颗粒物测试装置还包括烟气测速仪，该废气测速仪的侧头设置于所述采样机构采样端口处，用于测量采样机构采样端口的废气流速。
9.优选的，所述废气测速仪包括皮托管，所述皮托管上连接有微压差计。
10.优选的，所述采样机构包括采样枪，所述采样枪采用具有加热采样枪，采样枪的样气出口与可凝结颗粒物收集机构的入口连接。
11.优选的，所述可凝结颗粒物收集机构包括fpm滤膜过滤器、水浴锅、循环水泵、干燥机构、cpm滤膜过滤器和若干级依次串联的收集单元，循环水泵、干燥机构和若干级依次串联的收集单元能够通过所述水浴锅控制工作温度，fpm滤膜过滤器的入口与采样机构的出口连接，fpm滤膜过滤器的出口与若干级依次串联的收集单元整体的气体入口连接，若干级依次串联的收集单元整体的气体出口与干燥机构的入口连接，干燥机构的出口与cpm滤膜过滤器的入口连接，cpm滤膜过滤器的出口与抽气泵的入口连接。
12.优选的，所述fpm滤膜过滤器设置于一加热箱内，所述加热箱上设有用于测量加热温度的温度计。
13.优选的，每级收集单元包括蛇形冷凝管和抽滤瓶，蛇形冷凝管上设有气体入口、气体出口、冷凝水入口和冷凝水出口，抽滤瓶上设有气体入口和气体出口，蛇形冷凝管的气体出口与抽滤瓶的气体入口连接；
14.若干级收集单元中，前一级收集单元的抽滤瓶的气体出口与下一级收集单元的蛇形冷凝管的气体入口连接；前一级收集单元的蛇形冷凝管的冷凝水出口与后一级收集单元的蛇形冷凝管的冷凝水入口连接；第一级收集单元的抽滤瓶气体入口与采样机构的出口连接，末级收集单元的抽滤瓶气体出口与干燥机构的入口连接；第一级收集单元的蛇形冷凝管的冷凝水入口与循环水泵的出口连接，循环水泵设置于水浴锅中并能抽取水浴锅中的冷却水，末级收集单元的蛇形冷凝管的冷凝水出口与水浴锅连通，抽滤瓶设置于所述水浴锅内。
15.优选的，所述干燥机构包括冲击式吸收瓶，若干级依次串联的收集单元整体的气体出口与冲击式吸收瓶的气体入口连接，冲击式吸收瓶的气体出口与cpm滤膜过滤器的入口连接。
16.优选的，抽气泵的入口设有主阀和压力表，主阀位于旁路管路的上游，压力表位于主阀的上游。
17.优选的，干式流量计的出口设有活性炭吸附器。
18.优选的，当废气中可过滤颗粒物浓度高于40mg/m3时，采样机构上设有前置过滤器。
19.本实用新型具有以下有益效果：
20.本实用新型工业废气可凝结颗粒物测试装置通过采样机构能够抽取废气，利用可凝结颗粒物收集机构能够吸收抽取的烟气中的有机和无机可凝结颗粒物，利用干式流量计
可以计量抽取烟气的体积，通过抽气泵能够提供抽气动力，抽气泵的入口和出口之间接有一旁路管路，该旁路管路上设有一流量调节阀，利用该流量调节阀可控制抽气流量，实现等速取样，即抽气速率和废气流动速率相同。本实用新型测试装置能够实现简洁、高效、准确测试烟气中可凝结颗粒物。
附图说明
21.图1为本实用新型工业废气可凝结颗粒物测试装置的整体示意图。
22.其中，1为采样嘴、2为采样枪、3为皮托管、4为微压差计、5为加热箱、51为fpm滤膜过滤器、52为温度计、6为一级蛇形冷凝管、7为二级蛇形冷凝管、8为一级抽滤瓶、9为二级抽滤瓶、10为冲击式吸收瓶、11为cpm滤膜过滤器、12为循环水泵、13为水浴锅、14 为冷凝器、15为压力表、16为主阀、17为流量调节阀、18为抽气泵、19为干式流量计、20 为活性炭吸附器。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描说明。
24.本实用新型工业废气可凝结颗粒物测试装置，包括采样枪2、可过滤颗粒物的fpm滤膜过滤器51、一级蛇形冷凝管6、一级抽滤瓶8、二级蛇形冷凝管7、二级抽滤瓶9、水气撞击瓶10、可凝结颗粒物的cpm滤膜过滤器11、压力表15、抽气泵18、干式流量计19、活性炭吸附器20、皮托管3、微压差计4、加热箱5、循环水泵12、水浴锅13和冷凝器14。采样枪2采用具有加热采样枪，采样枪2具有采样嘴1。皮托管3与微压差计4连接。fpm滤膜过滤器51设置于加热箱5内，加热箱5上设有用于测量加热温度的温度计52，fpm滤膜过滤器 51的入口与采样枪2的样气出口连接，fpm滤膜过滤器51的出口与一级蛇形冷凝管6的气体入口连接，一级蛇形冷凝管6的气体出口与一级抽滤瓶8顶部的入口连接，一级抽滤瓶8顶部的气体出口与二级蛇形冷凝管7的气体入口连接，二级蛇形冷凝管7的气体出口与二级抽滤瓶 9顶部的入口连接，二级抽滤瓶9顶部的气体出口与水气撞击瓶10入口连接，水气撞击瓶10 的出口与cpm滤膜过滤器11的入口连接，cpm滤膜过滤器11出口与抽气泵18的入口连接，抽气泵18的出口与干式流量计19的入口连接，干式流量计19的出口设有活性炭吸附器20，活性炭吸附器20能够吸附废气中剩余的气态污染物，保护环境及测试人员身体健康。抽气泵 18的入口设有主阀16和压力表15，主阀16位于旁路管路的上游，压力表15位于主阀16的上游。抽气泵18的入口和出口之间接有一旁路管路，该旁路管路的两端分别与抽气泵18的入口和出口连通，该旁路管路上设有一流量调节阀17。循环水泵12、一级抽滤瓶8、二级抽滤瓶9、水气撞击瓶10均设置于水浴锅13中，循环水泵12直接从水浴锅13中吸取冷却水，循环水泵12的出口与一级蛇形冷凝管6的冷凝水入口连接，一级蛇形冷凝管6的冷凝水出口与二级蛇形冷凝管7的冷凝水入口连接，二级蛇形冷凝管7的冷凝水出口与水浴锅13连通，二级蛇形冷凝管7的冷凝水出口直接将冷凝水排放至水浴锅13内，水浴锅13中的温度通过冷凝器14进行控制。
25.采样时，采样嘴1伸入废气烟道进行采样，同时皮托管3的入口设置在采样嘴1附近，通过皮托管3和微压差计4可确定采样嘴1处烟气的流速，为抽气泵18提供调节依据，最终实现等速取样，保证测量结果，同时还能测取废气的温度、压力、流速、流量等参数。
26.本实用新型的上述方案中，采样嘴1的规格可以为4.5mm、6mm、8mm、10mm口径的硼
硅酸盐玻璃或石英玻璃取样头；fpm滤膜过滤器51中的fpm滤膜材质为玻璃纤维，fpm滤膜对0.3μm的截留效率应达到99.95％以上；采样枪2周围包覆伴热套，伴热套采用镍铬网格线伴热套，传热效率高，保证加热温度，加热采样枪及伴热管加热温度为1701180℃。加热采样枪出口通过伴热管与fpm滤膜过滤器51入口连接，加热取样枪内材质为硼硅酸盐玻璃或石英玻璃管，伴热管内管材质为ptfe、聚丙烯、聚乙烯或氟橡胶管。一级蛇形冷凝管6和二级蛇形冷凝管7竖直设置，一级蛇形冷凝管6直接与一级抽滤瓶8上端口之间连接，连接口做磨砂处理，带氟橡胶o形圈；二级蛇形冷凝管7直接与二级抽滤瓶上端口之间连接，连接口做磨砂处理，带氟橡胶o形圈。通过循环水泵12循环两级蛇形冷凝管中预设温度的水，水浴锅 13可调节水温保持循环水温恒定；抽气泵18采用隔膜泵或旋片式抽气泵，具有流量自动调节功能，采样流量为5130l/min，当采样系统负载阻力为20kpa时，流量应不低于10l/min。当烟气中可过滤颗粒物浓度高于40mg/m3，应在采样嘴后设置旋风分离器等前置过滤器。以上各机构、单元之间的连接管材质为ptfe、聚丙烯、聚乙烯或氟橡胶管。
27.本实用新型工业废气可凝结颗粒物测试装置在使用时，将皮托管3插入测试烟道，皮托管 3与微压差计4连接，读取烟气流速，根据烟气流速选择合适的采样嘴1尺寸。
28.正确组装fpm滤膜过滤器51、cpm滤膜过滤器11，将fpm滤膜过滤器51安装在加热箱5中，将滤膜用摄子装入洁净的过滤器支架中，滤膜毛面朝进气方向，滤膜应牢固压紧不漏气，随后按照图1依次连接各部件。
29.工作前，需要检查整个系统的气密性，启动抽气泵18，打开主阀16，调节流量调节阀17，通过封堵采样嘴口，观察压力表15，检查系统气密性是否良好，如发现漏气，应再分段检查，堵漏，直到合格。检查气密性无误后，关闭流量调节阀17，关闭主阀16，关闭抽气泵18，方可开始测试。
30.测试取样时，首先启动冷凝器14，调节温度不超过30℃，待水浴锅13内水温达到设定温度后，将取样枪2插入测试烟道内并固定，打开循环水泵12，启动抽气泵18，打开主阀16，根据微压差计4读取流速调节调节阀17，保证抽气泵18抽气流速与烟气流速一致，实现等速取样。系统末端设置活性炭吸附器20，能够吸附废气中剩余的气态污染物，保护环境及测试人员身体健康。
31.根据烟气流速设置取样时间，保证抽取烟气量不小于1m3(标态)，采样结束后，应用镊子将fpm滤膜过滤器51、cpm滤膜过滤器11中的滤膜取出，用铝箔包好密封保存或放入专用的容器中保存，并做好采样记录。将fpm滤膜过滤器51中滤膜折叠置于清洁的玻璃容器中，添加去离子水至滤膜完全浸没，然后放在超声波清洗仪中震荡萃取3次，每次至少2分钟，将萃取液转移至无机样品瓶中。再用正己烷震荡萃取3次，每次至少2分钟，将萃取液转移至有机样品瓶中。
32.采样结束后，进行氮气吹扫：
33.(1)将一级抽滤瓶8、二级抽滤瓶9中液体转入后置的冲击式吸收瓶10中，向冲击式吸收瓶10添加去离子水，使液面高于撞击瓶导气管口，再将瓶头装回，重新连接一级蛇形冷凝管6、二级蛇形冷凝管8和冷凝器14。
34.(2)将氮气吹扫装置与冷凝器14连接，立即用高纯氮气以10升/分钟左右的流量吹扫净化样品30min。
35.采样结束后，样品处理
36.(1)经过吹扫的后置撞击瓶10中液体转移至无机样品瓶中，使用去离子水润洗一级蛇形冷凝管6、一级抽滤瓶7、二级蛇形冷凝管8、二级抽滤瓶9、后置撞击瓶10、冷凝器14以及连接管线2次，将润洗液转移至无机样品瓶；
37.(2)分别用丙酮、正己烷润洗一级蛇形冷凝管6、一级抽滤瓶7、二级蛇形冷凝管8、二级抽滤瓶9、后置撞击瓶10、冷凝器14以及连接管线2次，将润洗液转移至有机样品瓶。
38.无机样品瓶、有机样品瓶中即为所抽取烟气中无机、有机可凝结颗粒物总量，根据抽取烟气量，计算烟气中无机、有机可凝结颗粒物含量，无机、有机可凝结颗粒物相加即为可凝结颗粒物含量。
39.从上述方案可以看出，本实用新型具有以下特点：
40.(1)本实用新型所述的工业废气可凝结颗粒物测试装置，采样过程全程伴热，加热温度为1701180℃，可防止采样过程中可凝结颗粒物的凝结损失，能够同时准确地测试工业废气中的可过滤颗粒物和可凝结颗粒物；
41.(2)通过两级串联蛇形冷凝管和抽滤瓶冷凝单元，再通过cpm滤膜过滤器收集冷凝后烟气中的可凝结颗粒物，能够更加精确地测量烟气中的可凝结颗粒物；
42.(3)本实用新型可凝结颗粒物收集机构中两级蛇形冷凝管、水浴锅、循环水泵及后置撞击瓶为整体设计，提高了人为因素引起的误差，以及便携性。