本发明属于工业废气净化环保及能源领域，特别涉及一种燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置及其工作方法。
背景技术：
我国以煤为主的能源结构在相当长时间内不会改变，因此，控制燃煤烟气污染物排放是我国治理大气污染的一项重要工作。近年来燃煤电厂大规模推进超低排放改造工作，so2、nox及烟尘等常规污染物排放得到有效控制。另一方面，可凝结颗粒物主要成分为三氧化硫、金属离子等无机成分和多环芳烃等有机成分，在烟气中主要以气态或气溶胶等形式存在，常规烟气处理设备难以对其有效脱除，但是当其排放至大气中，由于温度的急剧下降，能够在数秒内冷凝形成液态和固体，并造成酸雨腐蚀、雾霾现象，严重危害环境与人体健康。在此形势上，可凝结颗粒物、so3等非常规污染物日益引起广泛重视，而对其进行准确检测是实施有效控制的前提。
目前国内尚无标准的可凝结颗粒物检测方法，国际上对可凝结颗粒物的采样主要分为直接采样和稀释取样法两大类，广泛使用的是美国epamethod202法，但是此方法主要是利用烟气冷凝之后在撞击瓶中捕集可凝结颗粒物，不能模拟烟气排放到大气中的实际情况，因此会产生一定的误差。国内也有一些专家提出直接采用烟气和空气混合，然后用过滤膜收集可凝结颗粒物，此种方式考虑了烟气排放的实际情况，但是并未对烟气温度、气压等参数进行控制，也存在一定的偏差。此外，三氧化硫是可凝结颗粒物中的主要成分，但其受锅炉燃烧工况、环保设施运行状况影响较大，如能够对其进行同步的准确检测，有利于分析可凝结颗粒物的排放情况，进而实施有效控制。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置及其工作方法。通过控制烟气与稀释空气的温度、压力、湿度等参数来模拟烟气排入大气的混合过程，再收集混合后气体中的可凝结颗粒物，同时通过并联设置三氧化硫冷凝装置，实现兼顾对取样烟气中三氧化硫的同步采样。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，其特征在于：包括等速采样头、可过滤颗粒物过滤器、烟气采样管、流量计、阀门、温度传感器、混合锥、滞留室、可凝结颗粒物过滤器、温度传感器、相对湿度测量仪、气压传感器和引风机，所述等速采样头、可过滤颗粒物过滤器、流量计、阀门、温度传感器、混合锥、滞留室、可凝结颗粒物过滤器、温度传感器、相对湿度测量仪、气压传感器和引风机依次连接在烟气采样管上；在可过滤颗粒物过滤器与流量计之间的烟气采样管上开设有一条烟气支路，该烟气支路上依次连接有温度传感器、相对湿度测量仪、流量计、阀门、冷凝装置和引风机；在温度传感器与混合锥之间的烟气采样管上开设有一条空气支路，该空气支路上依次连接有鼓风机、调温装置、流量计、温度传感器、相对湿度测量仪、hepa过滤器和阀门。
进一步的，所述可过滤颗粒物过滤器为陶瓷过滤器。
进一步的，所述可过滤颗粒物过滤器自带加热装置，且可过滤颗粒物过滤器设有温度传感器。
进一步的，所述烟气采样管具有电伴热功能且能够控温，且烟气采样管为不锈钢管内衬硼硅玻璃。
进一步的，所述混合锥的表面设有多个直径大约为5mm的小孔，且混合锥位于混合锥固定器上。
进一步的，所述冷凝装置的温度控制在60℃至取样烟气中的三氧化硫露点之间。
进一步的，所述可凝结颗粒物过滤器中的滤膜为聚四氟乙烯滤膜。
进一步的，流量计能够对气体的流量进行实时监测。
所述的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置的工作方法，其特征在于：过程如下：将等速采样头和可过滤颗粒物过滤器放置在采样烟道内，使等速采样头的采样嘴入口正对烟气流向取样，采样喷嘴的速率控制在90%-120%；烟气进入等速采样头后通过可过滤颗粒物过滤器对可过滤颗粒物进行过滤，可过滤颗粒物过滤器内自带的加热装置防止烟气中其他成分的冷凝；随后，烟气在烟气采样管内流动，烟气采样管自带的电伴热功能防止烟气在管内因温度降低发生冷凝；烟气在引风机和引风机的作用下，在经过可过滤颗粒物过滤器后发生分流，一部分烟气途经流量计测流量后通入冷凝装置中进行降温冷凝，根据要求，通过阀门对烟气流量进行调整，当冷凝温度控制在60℃至取样烟气的三氧化硫露点之间时，烟气中的三氧化硫发生冷凝，通过冷凝装置收集；另一部分烟气途径流量计后进入混合锥中，流量计实时监测烟气流量，同时流量计后的温度传感器实时监测烟气的温度，根据需要通过阀门进行烟气流量的调整；空气通过鼓风机进入空气支路，首先进行气压的测量，然后通入调温装置内将温度控制在一定范围，之后通入流量计中进行流量的检测，在流量计出口处设置的温度传感器和相对湿度测量仪来实时监测空气温度与相对湿度，然后通入hepa过滤器中进行颗粒物的过滤，再通过阀门对流量进行控制，空气在经过一系列处理后和烟气采样管中的烟气按稀释比10：1-40：1的范围在混合锥中进行混合，混合后在滞留室中进行滞留反应，在滞留室中可凝结颗粒物进行一系列物理化学变化后，随混合气体通过可凝结颗粒物过滤器过滤，在可凝结颗粒物过滤器后的温度传感器监测混合气体的温度，之后混合气体经相对湿度测量仪和气压传感器检测相对湿度和气压后排出。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
本发明通过控制烟气与稀释空气的温度、压力、湿度等参数来模拟烟气排入大气的混合过程，再收集混合后气体中的可凝结颗粒物，同时通过并联设置三氧化硫冷凝装置，实现兼顾对取样烟气中三氧化硫的同步采样。通过对可凝结颗粒物和三氧化硫的同步测定，有利于对燃煤烟气污染物排放实际情况进行分析，从而进行准确调控，以确保污染物的排放满足排放要求。
本发明可为高精度和具有代表性的可凝结颗粒物排放测量提供技术支持，同时对烟气中的三氧化硫进行同步取样，为三氧化硫和可凝结颗粒物的对比研究提供依据，为开展排放控制工作提供技术支撑。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：等速采样头1、可过滤颗粒物过滤器2、温度传感器3、烟气采样管4、流量计5、阀门6、温度传感器7、混合锥固定器8、混合锥9、滞留室10、可凝结颗粒物过滤器11、温度传感器12、相对湿度测量仪13、气压传感器14、引风机15、温度传感器16、相对湿度测量仪17、流量计18、阀门19、冷凝装置20、引风机21、鼓风机22、调温装置23、流量计24、温度传感器25、相对湿度测量仪26、hepa过滤器27、阀门28、烟气支路29、空气支路30。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，包括等速采样头1、可过滤颗粒物过滤器2、烟气采样管4、流量计5、阀门6、温度传感器7、混合锥9、滞留室10、可凝结颗粒物过滤器11、温度传感器12、相对湿度测量仪13、气压传感器14和引风机15，等速采样头1、可过滤颗粒物过滤器2、流量计5、阀门6、温度传感器7、混合锥9、滞留室10、可凝结颗粒物过滤器11、温度传感器12、相对湿度测量仪13、气压传感器14和引风机15依次连接在烟气采样管4上；在可过滤颗粒物过滤器2与流量计5之间的烟气采样管4上开设有一条烟气支路29，该烟气支路29上依次连接有温度传感器16、相对湿度测量仪17、流量计18、阀门19、冷凝装置20和引风机21；在温度传感器7与混合锥9之间的烟气采样管4上开设有一条空气支路30，该空气支路30上依次连接有鼓风机22、调温装置23、流量计24、温度传感器25、相对湿度测量仪26、hepa过滤器27和阀门28。
其中，等速采样头1与可过滤颗粒物过滤器2位于烟道内，其他装置位于烟道外。等速采样头1为不锈钢材质，可过滤颗粒物过滤器2为陶瓷过滤器，用于过滤烟气中的可过滤颗粒物，在其内部自带加热装置，且设有温度传感器3。烟气采样管4具有电伴热功能且能够控温，且烟气采样管4为不锈钢管内衬硼硅玻璃。流量计5和流量计18用于测量烟气流量，阀门6和阀门19用于控制烟气流量，冷凝装置20用于控制烟气温度，对烟气中的so3进行冷凝收集。鼓风机22引入稀释空气，调温装置23用于对稀释空气进行温度调节，使温度在一定范围内。流量计24用于监测稀释空气流量，hepa过滤器27用于脱除稀释空气中的颗粒物成分，阀门28用于控制稀释空气流量；混合锥9的表面设有多个直径大约为5mm的小孔，且混合锥9位于混合锥固定器8上。可凝结颗粒物过滤器11中的滤膜为聚四氟乙烯滤膜。温度传感器3、7、12、16、25，相对湿度测量仪13、17、26，气压传感器14用于监测所在位置的温度、相对湿度、气压，以便取样过程中对取样烟气和稀释空气进行实时监控。
温度传感器3、7、12、16、25和相对湿度测量仪13、17、26能够对其所在点进行实时监测，可将数据传输至计算机等现有控制设备，以便实时控制调整。
工作方法：将等速采样头1和可过滤颗粒物过滤器2放置在采样烟道内，使等速采样头1的采样嘴入口正对烟气流向取样，采样喷嘴的速率控制在90%-120%；烟气进入等速采样头1后通过可过滤颗粒物过滤器2对可过滤颗粒物进行过滤，可过滤颗粒物过滤器2内自带的加热装置防止烟气中其他成分的冷凝；随后，烟气在烟气采样管4内流动，烟气采样管4自带的电伴热功能防止烟气在管内因温度降低发生冷凝；烟气在引风机15和引风机21的作用下，在经过可过滤颗粒物过滤器2后发生分流，一部分烟气途经流量计18测流量后通入冷凝装置20中进行降温冷凝，根据要求，通过阀门19对烟气流量进行调整，当冷凝温度控制在60℃至取样烟气的三氧化硫露点之间时，烟气中的三氧化硫发生冷凝，通过冷凝装置20收集；另一部分烟气途径流量计5后进入混合锥9中，流量计5实时监测烟气流量，同时流量计5后的温度传感器7实时监测烟气的温度，根据需要通过阀门6进行烟气流量的调整；空气通过鼓风机22进入空气支路30，首先进行气压的测量，然后通入调温装置23内将温度控制在一定范围，之后通入流量计24中进行流量的检测，在流量计24出口处设置的温度传感器25和相对湿度测量仪26来实时监测空气温度与相对湿度，然后通入hepa过滤器27中进行颗粒物的过滤，再通过阀门28对流量进行控制，空气在经过一系列处理后和烟气采样管4中的烟气按稀释比10：1-40：1的范围在混合锥9中进行混合，混合后在滞留室10中进行滞留反应，在滞留室10中可凝结颗粒物进行一系列物理化学变化后，随混合气体通过可凝结颗粒物过滤器11过滤，在可凝结颗粒物过滤器11后的温度传感器12监测混合气体的温度，之后混合气体经相对湿度测量仪13和气压传感器14检测相对湿度和气压后排出。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，其特征在于：包括等速采样头（1）、可过滤颗粒物过滤器（2）、烟气采样管（4）、流量计（5）、阀门（6）、温度传感器（7）、混合锥（9）、滞留室（10）、可凝结颗粒物过滤器（11）、温度传感器（12）、相对湿度测量仪（13）、气压传感器（14）和引风机（15），所述等速采样头（1）、可过滤颗粒物过滤器（2）、流量计（5）、阀门（6）、温度传感器（7）、混合锥（9）、滞留室（10）、可凝结颗粒物过滤器（11）、温度传感器（12）、相对湿度测量仪（13）、气压传感器（14）和引风机（15）依次连接在烟气采样管（4）上；在可过滤颗粒物过滤器（2）与流量计（5）之间的烟气采样管（4）上开设有一条烟气支路（29），该烟气支路（29）上依次连接有温度传感器（16）、相对湿度测量仪（17）、流量计（18）、阀门（19）、冷凝装置（20）和引风机（21）；在温度传感器（7）与混合锥（9）之间的烟气采样管（4）上开设有一条空气支路（30），该空气支路（30）上依次连接有鼓风机（22）、调温装置（23）、流量计（24）、温度传感器（25）、相对湿度测量仪（26）、hepa过滤器（27）和阀门（28）。
2.根据权利要求1所述的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，其特征在于：所述可过滤颗粒物过滤器（2）为陶瓷过滤器。
3.根据权利要求1所述的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，其特征在于：所述可过滤颗粒物过滤器（2）自带加热装置，且可过滤颗粒物过滤器（2）设有温度传感器（3）。
4.根据权利要求1所述的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，其特征在于：所述烟气采样管（4）具有电伴热功能且能够控温，且烟气采样管（4）为不锈钢管内衬硼硅玻璃。
5.根据权利要求1所述的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，其特征在于：所述混合锥（9）的表面设有多个直径为5mm的小孔，且混合锥（9）位于混合锥固定器（8）上。
6.根据权利要求1所述的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置，其特征在于：所述可凝结颗粒物过滤器（11）中的滤膜为聚四氟乙烯滤膜。
7.一种如权利要求1-6中任一项所述的燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置的工作方法，其特征在于：过程如下：将等速采样头（1）和可过滤颗粒物过滤器（2）放置在采样烟道内，使等速采样头（1）的采样嘴入口正对烟气流向取样，采样喷嘴的速率控制在90%-120%；烟气进入等速采样头（1）后通过可过滤颗粒物过滤器（2）对可过滤颗粒物进行过滤，可过滤颗粒物过滤器（2）内自带的加热装置防止烟气中其他成分的冷凝；随后，烟气在烟气采样管（4）内流动，烟气采样管（4）自带的电伴热功能防止烟气在管内因温度降低发生冷凝；烟气在引风机（15）和引风机（21）的作用下，在经过可过滤颗粒物过滤器（2）后发生分流，一部分烟气途经流量计（18）测流量后通入冷凝装置（20）中进行降温冷凝，根据要求，通过阀门（19）对烟气流量进行调整，当冷凝温度控制在60℃至取样烟气的三氧化硫露点之间时，烟气中的三氧化硫发生冷凝，通过冷凝装置（20）收集；另一部分烟气途径流量计（5）后进入混合锥（9）中，流量计（5）实时监测烟气流量，同时流量计（5）后的温度传感器（7）实时监测烟气的温度，根据需要通过阀门（6）进行烟气流量的调整；空气通过鼓风机（22）进入空气支路（30），首先进行气压的测量，然后通入调温装置（23）内将温度控制在一定范围，之后通入流量计（24）中进行流量的检测，在流量计（24）出口处设置的温度传感器（25）和相对湿度测量仪（26）来实时监测空气温度与相对湿度，然后通入hepa过滤器（27）中进行颗粒物的过滤，再通过阀门（28）对流量进行控制，空气在经过一系列处理后和烟气采样管（4）中的烟气按稀释比10：1-40：1的范围在混合锥（9）中进行混合，混合后在滞留室（10）中进行滞留反应，在滞留室（10）中可凝结颗粒物进行一系列物理化学变化后，随混合气体通过可凝结颗粒物过滤器（11）过滤，在可凝结颗粒物过滤器（11）后的温度传感器（12）监测混合气体的温度，之后混合气体经相对湿度测量仪（13）和气压传感器（14）检测相对湿度和气压后排出。
技术总结
本发明公开了一种燃煤烟气中可凝结颗粒物与三氧化硫同步采样装置及其工作方法，属于工业废气净化环保及能源领域。针对现有设备难以有效测量燃煤烟气排放到大气中的实际可凝结颗粒物浓度并区分其主要成分三氧化硫的难题。本发明通过控制烟气与稀释空气的温度、压力、湿度等参数来模拟烟气排入大气的混合过程，再收集混合后气体中的可凝结颗粒物，同时通过并联设置三氧化硫冷凝装置，实现兼顾对取样烟气中三氧化硫的采样，通过对可凝结颗粒物和三氧化硫的同步测定，有利于对燃煤烟气污染物排放实际情况进行分析，从而进行准确调控，以确保污染物的排放满足排放要求。
技术研发人员：张杨;洪志刚;江建平;裴煜坤;王艳鹏;徐克涛;杨用龙;朱跃
受保护的技术使用者：华电电力科学研究院有限公司
技术研发日：.11.08
技术公布日：.02.28
