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原文传递一种基于无人机的湿熄焦大气污染物排放测定装置与方法

专利名称：	一种基于无人机的湿熄焦大气污染物排放测定装置与方法
摘要：	本发明公开了一种基于无人机的湿熄焦大气污染物排放测定装置与方法，其中，所述装置包括无人机搭载系统、颗粒物采样系统、冷凝系统、气体采样系统。无人机搭载系统包括采样箱、供电装置和升降装置，颗粒物采样系统包括预加热装置和颗粒物采集装置，冷凝系统包括二级冷却装置和冷凝液收集装置，气体采样系统包括流量控制装置和气体采集装置，污染物排放测定方法包括流量设定方法和排放总量计算方法。湿熄焦过程排放的废气经过颗粒物采集、冷凝与气体采样后，分析获取其中各类颗粒态与气态污染物质量，进一步计算得到湿熄焦过程的各类污染物排放总量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏省环境科学研究院
发明人：	张洁
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-04T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910598927.2
公开号：	CN110231202A
代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	肖明芳
分类号：	G01N1/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N1
申请人地址：	210036 江苏省南京市鼓楼区江东北路176号
主权项：	1.一种基于无人机的湿熄焦大气污染物排放测定装置，其特征在于，包括无人机搭载系统、颗粒物采样系统、冷凝系统、气体采样系统；所述无人机搭载系统包括采样箱，所述颗粒物采样系统、冷凝系统、气体采样系统均设置于采样箱内部，并分别用于采集颗粒物、冷凝液体和气体。 2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样箱包括箱体和支架，所述支架设置于箱体下部；所述箱体表面覆盖有聚苯乙烯保温层。 3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述无人机搭载系统还包括供电装置和升降装置；所述供电装置包括固定杆、温湿度传感器、电池、遥控开关、线卷、电源与控制线集成线路和线路出口；所述电池、遥控开关与线卷均固定于固定杆上，电池与遥控开关相连，温湿度传感器与电池相连，电源与控制线集成线路在线卷上缠绕并自动收放，电源与控制线集成线路一端连接电池和遥控开关，另一端连接线路出口；所述固定杆用于将供电装置固定于无人机底部，所述温湿度传感器用于测定环境温度与湿度，确保无人机所在位置的温度与湿度符合飞行条件，所述电池与采样箱箱体内部电源线路连通，为箱体内设备供电；所述遥控开关与采样箱箱体内部流量阀相连，遥控开关接收地面信号，控制采样箱箱体内各流量阀的开启与关闭；所述升降装置包括升降控制杆、卷轴、钢索和固定端，固定端安装于箱体正上方，通过钢索与卷轴相连，箱体通过固定端与钢索相连，升降控制杆与卷轴相连接，利用升降控制杆控制卷轴转动，从而拉动钢索达到升降箱体的效果。 4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述颗粒物采样系统包括预加热装置和颗粒物采集装置，所述预加热装置包括取样管、加热电阻丝、第一保温层、温度控制器和第一温度传感器，取样管上缠绕有加热电阻丝，取样管表面覆盖第一保温层；第一温度传感器与加热电阻丝均与温度控制器相连，温度控制器用于控制加热电阻丝的温度。 5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置在采样过程中，将采样箱的箱体置于熄焦塔排放口，熄焦塔排放气体通过取样管进入预加热装置，利用加热电阻丝将取样口的进气加热，第一温度传感器测量加热前后空气温度，利用第一温度传感器和温度控制器控制气体温度在100摄氏度，再送入颗粒物采样装置。 6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述颗粒物采样装置包括旋风切割头、采样膜盒、第二保温层、采样膜和输气管，旋风切割头用于去除过大粒径的颗粒物；加热后的气体进入旋风切割头，去除过大粒径颗粒物之后，进入采样膜盒，采样膜盒表面覆盖有第二保温层，防止水蒸气冷凝，采样膜盒中放置采样膜，然后气体进一步进入输气管，并通过输气管进入冷凝系统，输气管表面覆盖有第三保温层，防止水蒸气冷凝成液体滴落于采样膜盒中。 7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述冷凝系统包括二级冷却装置和冷凝液收集装置，所述二级冷凝装置包括螺旋冷凝管、第一级冷凝罐、第二级冷凝罐、第四保温层、第五保温层、第一级冷凝罐盖、第二级冷凝罐底板、连接口、隔离板、压力计、控制阀门和出气口；所述冷凝液收集装置包括液体管和冷凝液体收集罐；螺旋冷凝管一部分在第一级冷凝罐中，另一部分在第二级冷凝罐中，输气管中的气体进入螺旋冷凝管后，依次进入第一级冷凝罐和第二级冷凝罐，第一级冷凝罐表面附有第四保温层，一级冷凝罐内部装有冷却剂，一级冷凝罐上方设有第一级冷凝罐盖，螺旋冷凝管通过连接口穿过第二级冷凝罐的底板进入第二级冷凝罐，第二级冷凝罐表面附有第五保温层；第二级冷凝罐用隔离板隔成两个空间，分别是中部的圆柱形空间和周围圆环柱状空间，中部的空间使用冰水混合物冷却剂，周围圆环柱状空间使用液氮冷却剂，使用压力计控制阀门，压力过大时，多余氮气从出气口排出；在测试过程中，通过调节液氮的使用量，使得气体通过二级冷却装置后气温接近0摄氏度，气体通过冷凝之后进入气体采样系统，冷凝过程中产生的液体进入冷凝液收集装置，通过液体管进入冷凝液体收集罐储存。 8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述气体采样系统包括流量控制装置和气体采集装置；所述流量控制装置包括气泵、第二温度传感器和流量调节阀，气体进一步进入气泵，利用第二温度传感器测定气体温度，用于调节冷凝装置中冷凝剂的用量，利用流量调节阀调整气体流量，然后气体进一步通入气体采集装置，气体采集装置包括4条通道，第一条通道中，气体流过第一流量阀后通入第一采气袋；第二条通道中，气体流过第二流量阀后通入第二采气袋；第三条通道中，气体流过第三流量阀后进入第三采气袋；第四条通道为过量气体通道，过量气体流过第四流量阀后通过排气管排出。 9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述箱体为碳纤维制成；第一级冷凝罐和第二级冷凝罐均为圆柱形；螺旋冷凝管、第一级冷凝罐与第二级冷凝罐均为铝合金材质。 10.一种基于无人机的湿熄焦大气污染物排放测定方法，其特征在于，采用权利要求1～9任一项所述的装置采集气体、颗粒物和冷凝液体，所述方法包括流量设定方法和排放总量计算方法；所述流量设定方法包括：根据旋风切割头的设计流量Q、流量调节阀控制的泵流量A、运行时间t、冷凝液体收集罐中液体质量B，结合采样气体进入旋风切割头处的温度100摄氏度与冷凝后气体温度0摄氏度，计算得到冷凝系统出口0摄氏度下气体采样的体积，并换算为取样管入口处温度为100摄氏度时的体积为测定冷凝液体收集罐中液体的质量，以B表示，换算为100摄氏度时的体积，为已知旋风切割头需要的气体流量Q与冷凝液体的质量B，根据1.37At+1700B＝Q×t，设置泵的流量为所述排放总量计算方法包括：根据湿熄焦工艺喷水总量C1、焦炭含水量C2和流入沉淀池的水量C3，总的水分消耗为喷水总量扣除湿熄焦结束后焦炭含水量和流入沉淀池的水量，则湿熄焦过程中总的水分消耗C＝C1-C2-C3；第i个物种的排放总量Ei根据采样获得的样品中第i个物种的质量Xi计算得到，即Xi的值为颗粒物中第i个物种的质量与冷凝液体中同一物种的质量之和。
所属类别：	发明专利