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原文传递一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统及其方法

专利名称：	一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统及其方法
摘要：	本发明涉及一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统及其方法，PM10旋风切割器、PM2.5旋风切割器和PM1旋风切割器依次串联，每一个旋风切割器配备一套干燥洁净气流电离装置和荷电颗粒测量装置，并且三个旋风切割器以及每套干燥洁净气流电离装置和荷电颗粒测量装置均进行加热保温，压缩空气缓冲加热及处理装置输出的干燥洁净气流分为三路，分别进入三个干燥洁净气流电离装置中，每个荷电颗粒测量装置均与数据处理器通信连接，实现分级实时采样测量，本发明有效实现颗粒粒径分级、高温伴热、稀释电离、颗粒荷电和高效过滤，实现快速实时采样测量，通过高温伴热使颗粒物的粒径分级和在线测量不受水汽影响，避免管路堵塞，测量结果准确，系统稳定运行时间较长。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	华电电力科学研究院有限公司
发明人：	江建平;朱跃;冯前伟;张杨;杨用龙;陈艺秋;段浩然;潘艳艳
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910310002.3
公开号：	CN110118709A
代理机构：	杭州天欣专利事务所(普通合伙)
代理人：	梁斌
分类号：	G01N15/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	310030 浙江省杭州市西湖区西湖科技经济园西园一路10号
主权项：	1.一种可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：包括等速采样喷嘴（1）、PM10旋风切割器（2）、PM2.5旋风切割器（17）、PM1旋风切割器（23）、PM10级干燥洁净气流电离装置（13）、PM10级荷电颗粒测量装置（14）、PM10级静电中和及加热保温装置（16）、PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）、PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）、PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）、PM1级干燥洁净气流电离装置（25）、PM1级荷电颗粒测量装置（26）、颗粒物过滤及加热保温装置（29）、采样泵（32）、空气压缩机（4）、压缩空气缓冲加热及处理装置（6）和数据处理器（28），以及用于对PM10旋风切割器（2）进行加热保温的PM10级加热保温装置（3）；用于对PM10级干燥洁净气流电离装置（13）和PM10级荷电颗粒测量装置（14）进行加热保温的PM10级荷电器加热保温装置（15）；用于对PM2.5旋风切割器（17）进行加热保温的PM2.5级加热保温装置（18）；用于对PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）和PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）进行加热保温的PM2.5级荷电器加热保温装置（21）；用于对PM1旋风切割器（23）进行加热保温的PM1级加热保温装置（24）；用于对PM1级干燥洁净气流电离装置（25）和PM1级荷电颗粒测量装置（26）进行加热保温的PM1级荷电器加热保温装置（27）；所述等速采样喷嘴（1）连接PM10旋风切割器（2）的进气端，所述PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口端与PM10级荷电颗粒测量装置（14）的入口端连接，所述PM10旋风切割器（2）的出气端连接所述PM10级干燥洁净气流电离装置（13）与PM10级荷电颗粒测量装置（14）的连接交汇处；所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）的出口端连接PM10级静电中和及加热保温装置（16）的进气端，所述PM10级静电中和及加热保温装置（16）的出气端连接PM2.5旋风切割器（17）的进气端；所述PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的出口端与PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的入口端连接，所述PM2.5旋风切割器（17）的出气端连接所述PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）与PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的连接交汇处；所述PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的出口端连接PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）的进气端，所述PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）的出气端连接PM1旋风切割器（23）的进气端；所述PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的出口端与PM1级荷电颗粒测量装置（26）的入口端连接，所述PM1旋风切割器（23）的出气端连接所述PM1级干燥洁净气流电离装置（25）与PM1级荷电颗粒测量装置（26）的连接交汇处；所述PM1级荷电颗粒测量装置（26）的出口端连接颗粒物过滤及加热保温装置（29）的进气端，所述颗粒物过滤及加热保温装置（29）的出气端通过管路连接采样泵（32），并在该管路上按照气流方向依次安装有烟气流量计（30）和烟气气流控制阀（31）；所述空气压缩机（4）通过管路连接压缩空气缓冲加热及处理装置（6）的进气口，并在该管路上安装压缩空气控制阀（5）；所述压缩空气缓冲加热及处理装置（6）的出气口分支为三路：PM10级干燥洁净气流路、PM2.5级干燥洁净气流路和PM1级干燥洁净气流路；所述PM10级干燥洁净气流路通向PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的入口端，并且在PM10级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM10级干燥洁净气流控制阀（7）和PM10级干燥洁净气流流量计（12）；所述PM2.5级干燥洁净气流路通向PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的入口端，并且在PM2.5级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM2.5级干燥洁净气流控制阀（8）和PM2.5级干燥洁净气流流量计（11）；所述PM1级干燥洁净气流路通向PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的入口端，并且在PM1级干燥洁净气流路上按照气流方向依次安装有PM1级干燥洁净气流控制阀（9）和PM1级干燥洁净气流流量计（10）；所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）、PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）和PM1级荷电颗粒测量装置（26）均与数据处理器（28）通信连接。 2.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10旋风切割器（2）、PM2.5旋风切割器（17）和PM1旋风切割器（23）的底部均设置灰斗。 3.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级干燥洁净气流电离装置（13）、PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）和PM1级干燥洁净气流电离装置（25）均采用电晕针尖端放电结构，电晕针尖端放置于出口中心，放电电压采用正5000 V。 4.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）入口端的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口端的出口通道，PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）入口端的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）出口端的出口通道，以及PM1级荷电颗粒测量装置（26）入口端的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置（25）出口端的出口通道均呈“渐缩扩喷嘴”结构形式。 5.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级荷电颗粒测量装置（14）、PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）和PM1级荷电颗粒测量装置（26）的内部腔体均采用离子阱结构，并设置有电子测量仪，电子测量仪的电流测量精度为0.1fA，电子测量仪均与数据处理器（28）通信相连。 6.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级加热保温装置（3）、PM10级荷电器加热保温装置（15）、PM2.5级加热保温装置（18）、PM2.5级荷电器加热保温装置（21）、PM1级加热保温装置（24）、PM1级荷电器加热保温装置（27）、压缩空气缓冲加热及处理装置（6）、PM10级静电中和及加热保温装置（16）、PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）和颗粒物过滤及加热保温装置（29）的加热温度均控制在130±10℃。 7.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述压缩空气缓冲加热及处理装置（6）采用压缩空气干燥洁净和加热保温一体化结构。 8.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述PM10级静电中和及加热保温装置（16）和PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）均采用高效静电中和和加热保温一体化结构。 9.根据权利要求1所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统，其特征在于：所述颗粒物过滤及加热保温装置（29）采用高效颗粒物过滤膜和加热保温一体化结构。 10.一种如权利要求1-9中任一权利要求所述的可捕集颗粒物在线分级采样测量系统的采样测量方法，其特征在于：步骤如下：第一步：将等速采样喷嘴（1）放置于采样烟道内，使等速采样喷嘴（1）入口正对烟气流向，采样喷嘴等速率控制在90%～130%；第二步：采样烟气进入PM10旋风切割器（2）后，空气动力学粒径大于10微米的可捕集颗粒物被分离进入PM10旋风切割器（2）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置（14）入口端的入口通道处；第三步：空气压缩机（4）给出的压缩空气依次通过压缩空气控制阀（5）及压缩空气缓冲加热及处理装置（6）然后分成三路，分别为PM10级干燥洁净气流、PM2.5级干燥洁净气流和PM1级干燥洁净气流；PM10级干燥洁净气流通过PM10级干燥洁净气流控制阀（7）和PM10级干燥洁净气流流量计（12）进入PM10级干燥洁净气流电离装置（13）中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口喷嘴进入PM10级荷电颗粒测量装置（14）中；由于PM10级荷电颗粒测量装置（14）的入口通道与PM10级干燥洁净气流电离装置（13）的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM10级荷电颗粒测量装置（14）的入口端压力低于PM10旋风切割器（2）采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM10级荷电颗粒测量装置（14）入口端的入口通道内，与PM10级干燥洁净气流电离装置（13）出口通道的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM10级荷电颗粒测量装置（14），干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM10级荷电颗粒测量装置（14）内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM10级荷电颗粒测量装置（14）内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器（28）中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；第四步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM10级荷电颗粒测量装置（14）出口端进入PM10级静电中和及加热保温装置（16）中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM2.5旋风切割器（17）；第五步：空气动力学粒径大于2.5微米的可捕集颗粒物被分离进入PM2.5旋风切割器（17）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）入口端的入口通道处；第六步：PM2.5级干燥洁净气流依次通过PM2.5级干燥洁净气流控制阀（8）和PM2.5级干燥洁净气流流量计（11）进入PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）内，被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的出口喷嘴进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）；由于PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的入口通道与PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）的入口通道处压力低于PM2.5旋风切割器（17）采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）入口通道内，与PM2.5级干燥洁净气流电离装置（19）出口端的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM2.5级荷电颗粒测量装置（20），干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器（28）中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；第七步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM2.5级荷电颗粒测量装置（20）出口进入PM2.5级静电中和及加热保温装置（22）中，荷电颗粒物的电荷被中和后随采样烟气进入PM1旋风切割器（23）中；第八步：空气动力学粒径大于1微米的可捕集颗粒物被分离进入PM1旋风切割器（23）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置（26）入口端；PM1级干燥洁净气流依次通过PM1级干燥洁净气流控制阀（9）和PM1级干燥洁净气流流量计（10）进入PM1级干燥洁净气流电离装置（25）中，随后被电晕针的高电压正电晕电离，产生的正离子随高速干燥洁净气流经过PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的出口喷嘴进入PM1级荷电颗粒测量装置（26）中；由于PM1级荷电颗粒测量装置（26）的入口通道与PM1级干燥洁净气流电离装置（25）的出口通道相对构成“渐缩扩喷嘴”形式，气流通过“文丘里效应”使PM1级荷电颗粒测量装置（26）的入口通道处的压力低于PM1旋风切割器（23）采样烟气出气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入PM1级荷电颗粒测量装置（26）入口通道处，与PM1级干燥洁净气流电离装置（25）出口通道处的气流充分混合，采样烟气中的颗粒物被荷电带上电荷；干燥洁净空气与荷电颗粒物形成的高速混合气流进入PM1级荷电颗粒测量装置（26），干燥洁净空气形成鞘气流持续冲刷PM1级荷电颗粒测量装置（26）内部腔壁，保持腔壁干净，荷电颗粒物通过PM1级荷电颗粒测量装置（26）内部的离子阱，通过“法拉第杯效应”产生感应电流信号被电子测量仪捕捉，通过数据线传输到数据处理器（28）中，并计算出该级的荷电颗粒物浓度；第九步：荷电颗粒物随采样烟气经过PM1级荷电颗粒测量装置（26）出口进入颗粒物过滤及加热保温装置（29）中，荷电颗粒物在“静电增强过滤”作用下被高效过滤捕集；颗粒物过滤及加热保温装置（29）过滤后的烟气通过采样泵（32）排出。
所属类别：	发明专利