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原文传递一种民用固体燃料燃烧大气污染物排放现场检测装置

专利名称：	一种民用固体燃料燃烧大气污染物排放现场检测装置
摘要：	本发明公开了一种民用固体燃料燃烧大气污染物排放现场检测装置，其特征在于，包括烟气进气部分、稀释空气部分、稀释混合部分和采样部分。本发明不仅能够测量民用固体燃料燃烧颗粒物及CO2、CO、SO2、NOx等气体的排放浓度，而且能够准确确定其排放因子。此外，本发明的装置具有结构紧凑、系统简化等优点，适合于现场应用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京航空航天大学
发明人：	李兴华;谢岩;杨凯强;阮兵
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910421358.4
公开号：	CN110231262A
代理机构：	北京航智知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	黄川;史继颖
分类号：	G01N15/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100191 北京市海淀区学院路37号
主权项：	1.一种民用固体燃料燃烧大气污染物排放现场检测装置，其特征在于，包括烟气进气部分、稀释空气部分、稀释混合部分和采样部分，所述烟气进气部分包括依次相连的撞击式颗粒分离器和加热取样管，所述撞击式颗粒分离器的进气端伸入烟道，所述加热取样管的出气端与所述稀释混合部分相连，所述加热取样管内设置有流量计Ⅰ；所述稀释空气部分包括空气净化器、流量计Ⅱ、调节阀和稀释空气进气管道，所述空气净化器的一端与大气相通，另一端通过所述稀释空气进气管道与所述稀释混合部分相连，所述稀释空气进气管道上沿气流方向依次连接有流量计Ⅱ和调节阀；所述稀释混合部分包括稀释空气进气腔、稀释混合/停留腔以及置于两者之间的气流分布板，所述稀释混合/停留腔包括靠近所述气流分布板的稀释混合段和远离所述气流分布板的停留段，所述停留段的尾端底部设置有第一采样孔，尾端侧面设置有第二采样孔和第三采样孔；所述采样部分包括连接于所述第一采样孔的第一采样组件、连接于所述第二采样孔的第二采样组件和连接于所述第三采样孔的气体分析仪，所述第一采样组件包括依次连接的PM2.5撞击式切割器、第一采样膜托、第一滤膜、质量流量计和第一采样泵，所述PM2.5撞击式切割器安装连接在所述第一采样孔处；所述第二采样组件包括依次连接的PM2.5旋风切割器、第二采样膜托、第二滤膜、限流孔和第二采样泵，所述PM2.5旋风切割器安装连接在所述第二采样孔处；所述流量计Ⅰ和所述流量计Ⅱ均依次包括入口圆管段、圆锥形收缩管、圆形喉管、圆锥形扩散管和出口圆管段，所述入口圆管段和所述出口圆管段均分别设有取压管，所述流量计Ⅰ的入口管段设有温度传感器；其中，所述检测装置确定大气污染物的排放因子包括：首先基于碳平衡原理，按照等式(1)计算得到固体燃料燃烧污染物CO2的排放因子式中，Cf为固体燃料中碳的质量；Ca为剩余灰中碳的质量；M为固体燃料用量；CCO、CTNMHC、Cparticle分别表示排放CO2、CO、CH4、非甲烷总烃及颗粒物中的含碳量，其中忽略CTNMHC、Cparticle的值；为从C转化为CO2的转化系数；其次按照等式(2)计算得到其它气体污染物的排放因子Em,其它气体污染物和PM2.5颗粒的排放因子式中，Cm,其它气体污染物、分别为其它气体污染物、PM2.5颗粒和CO2的质量浓度。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述流量计Ⅰ的测定流量范围为4.0～5.5l/min，在120℃条件下压差为317.0～596.1Pa，在常温条件下压差为231.3～434.1Pa，所述流量计Ⅰ的喉口尺寸介于2.0～2.5mm；所述流量计Ⅱ的测定流量范围为80～106.0l/min，在常温条件下压差为85.0～132.4Pa，所述流量计Ⅱ的喉口尺寸介于10～15mm，标定建立流量计Ⅰ和流量计Ⅱ的静压差ΔP、流量Q、气体温度T之间的函数关系Q＝f(ΔP,T)的具体过程如下： 1)加热流量计Ⅰ，使其达到工作温度，流量计Ⅱ则不做加热，维持在室温温度； 2)沿着流量计Ⅰ和流量计Ⅱ及其所在管路的气路方向分别依次连接质量流量计和抽气泵； 3)对于流量计Ⅰ，打开抽气泵，用质量流量计调节从4.0l/min到6.0l/mim呈等值递增的8个流量点，记录每个流量点下流量计Ⅰ测量的对应压差值，根据8组流量点和对应压差值得到函数关系Q＝f(ΔP,T)，流量计Ⅰ标定完成； 4)对于流量计Ⅱ，打开抽气泵，用质量流量计调节从60l/min到140l/min呈等值递增的17个流量点，记录每个流量点下流量计Ⅱ测量的对应压差值，根据17组流量点和对应压差值得到函数关系Q＝f(ΔP,T)，流量计Ⅱ标定完成。 3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体分析仪内包括CO2、CO、SO2、NO和NO2五种气体传感器、两块数显压差表、一个温湿度传感器、一个温度传感器及PLC数据采集模块，所述CO2、CO、SO2、NO和NO2五种气体传感器用于测量稀释后烟气中相应气体的浓度；所述两块数显压差表分别用于测量流量计Ⅰ和流量计Ⅱ的压差；所述温湿度传感器用于测量稀释后烟气的温度和湿度；所述温度传感器用于测量所述加热取样管的加热温度；所述PLC数据采集模块用于将所述气体分析仪测量读取到的数据进行采集，并传输到所述电脑中。 4.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述检测装置确定大气污染物的排放因子具体实现过程如下： 1)检测启动前： -标定建立流量计I和流量计II的压差ΔP、流量Q和气体温度T之间的函数关系Q＝f(ΔP,T)； -在恒温恒湿条件下称量采样前的第一滤膜和第二滤膜的重量； -称量固体燃料用量M； -利用气体分析仪测量得到CO2、CO、SO2、NO和NO2气体浓度的空气背景平均值； 2)启动检测： -通过调节阀调节流量计I和流量计II至设定流量； -利用气体分析仪测量得到流量计I和流量计II各自的压差平均值、稀释前烟气温度平均值以及稀释后烟气中CO2、CO、SO2、NO和NO2气体浓度平均值； 3)检测结束： -记录采样时间，称量剩余灰量； -用元素分析仪分析固体燃料及剩余灰中碳的含量，结合固体燃料用量及剩余灰量，得到固体燃料中碳的质量Cf和剩余灰中碳的质量Ca； -在恒温恒湿条件下称量采样后的第一滤膜和第二滤膜的重量，根据采样时间和各流量计的流量值计算得到采样体积，根据第一滤膜和第二滤膜采样前后的重量差和计算得到的采样体积，计算得到稀释后的PM2.5浓度 -用稀释后的CO2、CO、SO2、NO和NO2气体浓度平均值减去其气体浓度的空气背景平均值，得到稀释后的CO2、CO、SO2、NO和NO2气体实际浓度Cd,i，i＝CO2、CO、SO2、NO、NO2； -将流量计I和流量计II各自的压差平均值、烟气温度平均值以及稀释空气室温值代入标定建立的函数关系Q＝f(ΔP,T)中，计算得到烟气流量Q1和稀释空气流量Q2，按等式(3)计算稀释比DR： DR＝(Q1+Q2)/Q1 (3) 将CO2、CO、SO2、NO和NO2气体实际浓度Cd,i和PM2.5浓度代入等式(4)，分别计算得到烟气中CO2、CO、SO2、NO和NO2气体浓度Cf,i和PM2.5浓度 5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，稀释比DR大于等于20：1，停留段内稀释后烟气的停留时间大于等于10秒。 6.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述第二采样组件的数量为m个，m≥2，所述m个第二采样组件对称安装在所述稀释混合/停留腔的尾端侧面，所述第一滤膜包括石英膜，所述第二滤膜包括Teflon膜、石英膜。 7.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述气流分布板周向上开有用于稀释空气通过的喷射孔以及中心位置上开有用于稀释前烟气通过的通孔，每圈喷射孔呈同心圆分布且沿各自圆周均布。 8.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述稀释空气进气腔的纵向长度是其直径的1倍。 9.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述稀释混合/停留腔的尾端设置有与在线颗粒物监测仪器配套的其它采样孔，所述在线颗粒物监测仪器包括扫描电迁移率粒径谱仪和气溶胶质谱仪。 10.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，当稀释后烟气的温度高于42℃时，在所述空气净化器的进气端安装冷却器；当稀释后烟气的相对湿度高于70％时，在空气净化器的进气端安装干燥器。
所属类别：	发明专利