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      一種能夠?qū)崿F(xiàn)恒流量等速采樣的采樣系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):9726082閱讀:588來(lái)源:國(guó)知局
      一種能夠?qū)崿F(xiàn)恒流量等速采樣的采樣系統(tǒng)的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,屬于采樣技術(shù)。該采樣系統(tǒng)在較大煙氣流速范圍 內(nèi)及煙氣流速波動(dòng)時(shí)均能實(shí)現(xiàn)連續(xù)等速采樣。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 當(dāng)前,霧靈問(wèn)題日益嚴(yán)重,引起社會(huì)的高度關(guān)注??諝庵蠵M2.5顆粒增多是霧靈形成 的主要原因。固定污染源排放的PM2.5顆粒是空氣PM2.5的重要來(lái)源,如何合理監(jiān)測(cè)固定污染 源排氣中的PM2.5對(duì)制定PM2.5污染的控制措施和排放標(biāo)準(zhǔn)有重大意義。目前尚無(wú)單獨(dú)針對(duì) PM2.5顆粒物的采樣方法,只有總顆粒物的采樣方法。
      [0003] 目前,針對(duì)固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物的采樣方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T 16157-1996、町/T 76-2007等。上述標(biāo)準(zhǔn)都提出對(duì)固定污染源排氣中顆粒物與氣態(tài)污 染物進(jìn)行采樣時(shí)應(yīng)該遵循等速采樣原理。等速采樣原理如下:"顆粒物具有一定的質(zhì)量,在 煙道中由于本身運(yùn)動(dòng)的慣性作用,不能完全隨氣流改變方向,為了從煙道中取得有代表性 的煙塵樣品,需等速采樣,即煙氣流速與采樣速度相等。"HJ/T 76-200^固定污染源連續(xù) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》規(guī)定:"當(dāng)流速大于lOm/s時(shí),速度相對(duì)誤差不超過(guò)±10%;當(dāng) 流速小于或等于lOm/s時(shí),速度相對(duì)誤差不超過(guò)±12%"。
      [0004] 對(duì)不同流速的煙氣進(jìn)行采樣,煙氣采樣嘴放置于氣流主體當(dāng)中,采樣嘴保持微負(fù) 壓狀態(tài)。當(dāng)煙氣流速大于采樣速度時(shí),行至采樣口內(nèi)邊緣的部分氣流及其攜帶的小顆粒會(huì) 改變流向而不進(jìn)入采樣嘴內(nèi),而該部分氣流攜帶的一些大顆粒由于質(zhì)量較大,在較大慣性 下,會(huì)繼續(xù)按原方向前進(jìn),運(yùn)使得進(jìn)入采樣嘴內(nèi)內(nèi)的大顆粒采樣濃度高于主體真實(shí)濃度。而 煙氣流速小于采樣速度時(shí),行至采樣口外邊緣的一部分氣流及其攜帶的小顆粒被吸入到采 樣嘴內(nèi),而其攜帶的部分大顆粒由于質(zhì)量較大,在較大慣性下不能跟隨改變了方向的氣流 進(jìn)入采樣嘴內(nèi),最終致使大顆粒的采樣濃度將低于真實(shí)濃度。當(dāng)氣流主體速度等于采樣速 度時(shí),行至采樣口邊緣的氣流不會(huì)發(fā)生流向改變,其所攜帶的顆粒也不會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向,故 此時(shí)采樣濃度和真實(shí)濃度相等。恒流量等速采樣時(shí),為使不同煙氣流速下的采樣都能滿足 等速采樣原理,需準(zhǔn)備多種口徑的采樣嘴。采樣嘴口徑大小與煙氣流速一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)對(duì)流速 不同的煙氣進(jìn)行采樣,需頻繁更換采樣嘴。
      [0005] 同時(shí),在進(jìn)行恒流量連續(xù)采樣的時(shí)間段內(nèi),煙氣流速可能會(huì)發(fā)生局部波動(dòng)。由于煙 氣流速的波動(dòng)導(dǎo)致固定口徑的采樣嘴可能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)等速采樣。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有采樣技術(shù)的不足,提出一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、合理的新 型采樣嘴從而保證該采樣系統(tǒng)在較大煙氣流速范圍內(nèi)及煙氣流速波動(dòng)時(shí)均能實(shí)現(xiàn)利用一 個(gè)采樣嘴進(jìn)行等速采樣。此外,在滿足等速采樣原理進(jìn)行恒流量連續(xù)采樣時(shí),本發(fā)明進(jìn)一步 提出了新型采樣嘴調(diào)節(jié)片的抗彎剛度值EI與可采樣煙氣流速范圍的關(guān)系。
      [0007] 本發(fā)明所述的采樣系統(tǒng)包括采樣檢測(cè)裝置、測(cè)速裝置、微處理系統(tǒng)和報(bào)警設(shè)備。所 述采樣檢測(cè)裝置由新型采樣嘴、檢測(cè)系統(tǒng)、干燥器、恒流量抽氣累組成。所述新型采樣嘴、檢 測(cè)系統(tǒng)、干燥器、恒流量抽氣累通過(guò)管道依次連接。通過(guò)恒流量抽氣累抽氣,帶動(dòng)煙氣依次 進(jìn)入采樣嘴、檢測(cè)系統(tǒng)、干燥器,并將檢測(cè)后氣體干燥后排出。所述新型采樣嘴包括調(diào)節(jié)片、 密封件、固定環(huán)、連接件。該采樣嘴入口由多片可發(fā)生收斂或擴(kuò)散的調(diào)節(jié)片均勻分散固定在 固定環(huán)上形成。相鄰兩塊調(diào)節(jié)片中間的縫隙采用密封件進(jìn)行密封,從而確保煙氣不會(huì)從縫 隙中逸出。密封件由彈性模量很小且不影響調(diào)節(jié)片的收斂或擴(kuò)散的材料制成。固定環(huán)用于 調(diào)節(jié)片的固定和支撐。連接件的一端與固定環(huán)相連,一端與通過(guò)管件與檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)氣口連 接。測(cè)速裝置包括S型皮托管和差壓變送器。S型皮托管固定在煙道壁面的上,對(duì)煙道中屯、位 置進(jìn)行測(cè)速。S型皮托管出氣口前后端分別通過(guò)管道與差壓變送器進(jìn)氣口高低壓力端相連。 差壓變送器所測(cè)壓力W電信號(hào)方式通過(guò)數(shù)據(jù)線輸送微處理系統(tǒng)中。所述微處理系統(tǒng)通過(guò)數(shù) 據(jù)線分別與差壓變送器、檢測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警設(shè)備連接。微處理系統(tǒng)中能對(duì)可采樣煙氣流速范圍 進(jìn)行報(bào)警閥值設(shè)定。微處理系統(tǒng)能通過(guò)數(shù)據(jù)線控制檢測(cè)系統(tǒng)和報(bào)警設(shè)備。
      [0008] 在滿足等速采樣原理進(jìn)行恒流量連續(xù)采樣時(shí),本發(fā)明還提出了新型采樣嘴調(diào)節(jié)片 抗彎剛度值EI與可采樣煙氣流速范圍的關(guān)系,其具體步驟如下。
      [0009] 步驟一:已知調(diào)節(jié)片的抗彎剛度EI、調(diào)節(jié)片截面與煙氣流速方向的夾角θ〇、調(diào)節(jié)片 的寬度W和長(zhǎng)度L。
      [0010] 步驟二:調(diào)節(jié)片發(fā)生收斂變形后采樣嘴入口處半徑r與煙氣流速U的關(guān)系為:
      式中,ro為采樣嘴沒(méi)有進(jìn)行采樣時(shí)的初始半徑
      ,0為煙氣的 醬度。
      [0011] 步驟Ξ:確定采樣流量qv,在恒流量情況下進(jìn)行連續(xù)采樣。
      [0012] 步驟四:按等速采樣原理計(jì)算得到采樣嘴入口處半徑r與煙氣流速U的關(guān)系為:
      [0013] 步驟五:令函數(shù)
      其代表在煙氣流速為U的情況下, 調(diào)節(jié)片發(fā)生收斂變形后采樣嘴入口處半徑與按照等速采樣原理計(jì)算得到的半徑之差。若a, b,r〇能滿足:
      則方程有兩解為紋;、跋^說(shuō)明在速度為&;;\ 時(shí),采樣嘴口徑大小剛好能滿足等速采 樣。町/Τ 76-2007《固定污染源連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》規(guī)定:"當(dāng)流速大于10m/ S時(shí),速度相對(duì)誤差不超過(guò)± 10%;當(dāng)流速小于或等于lOm/s時(shí),速度相對(duì)誤差不超過(guò)± 12%。" 那么,在周圍一定速度范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)等速采樣。
      [0014]步驟六:當(dāng)苗這!i < :這時(shí),^、周圍兩個(gè)范圍能重合的條件為:
      最小值。那么,若a,b,;r〇能滿足公式(1)、(2)所述要求,在< !·?: < %范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)等速 采樣。
      [0015] 步驟屯
      ,在P、e〇、L、W-定的情況下,材料的抗彎剛度 值EI與a--對(duì)應(yīng)。那么,若EI,b,ro能滿足公式(1)、(2)所述要求,那么在空Μ < %范圍 內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)等速采樣。
      [0016] 發(fā)明所述能夠?qū)崿F(xiàn)恒流量等速采樣的采樣系統(tǒng)工作原理:通過(guò)恒流量抽氣累抽 氣,使得伸入主體流動(dòng)煙氣的采樣嘴末端為微負(fù)壓,在微負(fù)壓的作用下,煙氣依次進(jìn)入采樣 嘴、檢測(cè)系統(tǒng)、干燥器,并將檢測(cè)后氣體干燥后排出。采樣嘴平面正對(duì)排氣氣流進(jìn)行采樣時(shí), 調(diào)節(jié)片截面與煙氣流動(dòng)方向存在一定夾角,煙氣的部分動(dòng)壓能會(huì)轉(zhuǎn)化為對(duì)調(diào)節(jié)片的靜壓 力,從而使調(diào)節(jié)片發(fā)生一定的彎曲變形。當(dāng)調(diào)節(jié)片的彎曲變形量與所受靜壓力達(dá)到平衡時(shí), 采樣嘴口徑不再變化,采樣嘴進(jìn)口氣體與主體煙氣流速滿足等速采樣原理。當(dāng)煙氣流速發(fā) 生波動(dòng)時(shí),調(diào)節(jié)片所受靜壓力的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致采樣嘴調(diào)節(jié)片發(fā)生彈性彎曲。彈性彎曲模量與 靜壓力迅速達(dá)到平衡,此時(shí)采樣嘴口徑大小與煙氣流速滿足等速采樣原理。在微處理系統(tǒng) 中對(duì)可采樣煙氣速度范圍進(jìn)行設(shè)定,該速度范圍與調(diào)節(jié)片材料的抗彎剛度相關(guān),可根據(jù)上 述公式(1)、(2)求解。測(cè)速系統(tǒng)所測(cè)的速度W電信號(hào)方式輸入微處理系統(tǒng)。若該速度在所設(shè) 定的速度范圍內(nèi),采樣系統(tǒng)正常工作。若該速度不在所設(shè)定的速度范圍內(nèi),微處理系統(tǒng)通過(guò) 數(shù)據(jù)線控制報(bào)警設(shè)備報(bào)警。
      [0017] 本發(fā)明具有的有益效果; (1) 對(duì)煙氣的傳統(tǒng)采樣過(guò)程中,針對(duì)不同的煙氣流速,需要頻繁更換采樣嘴W實(shí)現(xiàn)等速 采樣;本發(fā)明所述采樣嘴能迅速隨煙氣流速變化自動(dòng)調(diào)整采樣嘴口徑大小,從而保證較大 煙氣流速范圍均能實(shí)現(xiàn)等速采樣; (2) 本發(fā)明所述采樣系統(tǒng)能抗拒煙氣流速波動(dòng),實(shí)現(xiàn)等速采樣,減小采樣誤差; (3) 本發(fā)明為制作采樣嘴調(diào)節(jié)片的選材提供了理論支撐,提出能實(shí)現(xiàn)等速采樣的判定 依據(jù)W及適用的煙氣流速范圍; (4) 本發(fā)明所述采樣系統(tǒng)帶有報(bào)警裝置,在整個(gè)采樣過(guò)程中能直觀反映測(cè)量過(guò)程的準(zhǔn) 確性; (5) 相比現(xiàn)階段的采樣技術(shù),本發(fā)明所述的采樣嘴不需外加控制系統(tǒng)且能迅速隨煙氣 流速變化自動(dòng)調(diào)整采樣嘴口徑大小,實(shí)現(xiàn)等速采樣。
      【附圖說(shuō)明】
      [0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中采樣系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)示意圖; 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中調(diào)節(jié)片收斂示意圖。
      [0019] 圖中,1-新型采樣嘴,2-S型皮托管,3-差壓變送器,4-微處理系統(tǒng),5-報(bào)警設(shè)備,6-煙道,7-檢測(cè)系統(tǒng),8-干燥器,9-恒流量抽氣累,11-調(diào)
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