[发明专利]一种高湿烟气稀释采样装置及其采样方法

权利要求书

1.一种高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，包括PM₁₀旋风切割器（1）、一级PM_2.5旋风切割器（2）、烟气保温除湿装置（3）、空气压缩机（4）、压缩空气控制阀（5）、压缩空气缓冲及处理装置（6）、干燥气流控制阀（7）、二级稀释气流控制阀（8）、一级稀释气流控制阀（9）、一级稀释气流流量计（10）、二级稀释气流流量计（11）、干燥气流流量计（12）、采样气流流量计（13）、一级稀释器（14）、二级稀释气流压力表（15）、二级稀释器（16）、二级PM_2.5旋风切割器（17）、颗粒物过滤器（18）、烟气混合装置（19）、烟气流量计（20）、烟气气流控制阀（21）和采样泵（22）；所述PM₁₀旋风切割器（1）、一级PM_2.5旋风切割器（2）、烟气保温除湿装置（3）、采样气流流量计（13）、一级稀释器（14）、二级稀释器（16）、二级PM_2.5旋风切割器（17）、颗粒物过滤器（18）、烟气混合装置（19）、烟气流量计（20）、烟气气流控制阀（21）和采样泵（22）顺次相连，所述二级稀释气流压力表（15）设置在一级稀释器（14）上，所述空气压缩机（4）、压缩空气控制阀（5）和压缩空气缓冲及处理装置（6）顺次相连，所述压缩空气缓冲及处理装置（6）的出气口分成三路，第一路依次通过干燥气流控制阀（7）、干燥气流流量计（12）和烟气保温除湿装置（3）与烟气混合装置（19）的压缩空气进气口相连，第二路依次通过一级稀释气流控制阀（9）和一级稀释气流流量计（10）与一级稀释器（14）的压缩空气进气口相连，第三路依次通过二级稀释气流控制阀（8）、二级稀释气流流量计（11）、一级稀释器（14）和二级稀释气流压力表（15）与二级稀释器（16）的压缩空气进气口相连；所述PM₁₀旋风切割器（1）、一级PM_2.5旋风切割器（2）和二级PM_2.5旋风切割器（17）的底部带有灰斗；

所述一级稀释器（14）为同心四层圆筒结构，从内到外第一层圆筒壁为不锈钢全封闭微孔结构，第二层圆筒壁为不锈钢全封闭结构，第三层圆筒壁为不锈钢半封闭结构，第四层圆筒壁为不锈钢全封闭结构；所述二级稀释器（16）的采样气流进气管道端部为圆锥体结构，该圆锥体结构位于二级稀释器（16）的内部腔体入口中央，且圆锥体结构与二级稀释器（16）的二级稀释气流进气管道垂直交叉。

2.根据权利要求1所述的高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，所述烟气保温除湿装置（3）为同心双层圆筒结构，内层圆筒壁的材质为全氟磺酸树脂，外层圆筒壁的材质为不锈钢，外层圆筒壁外采用加热保温结构。

3.根据权利要求1所述的高湿烟气稀释采样装置，其特征在于，所述颗粒物过滤器（18）内设置有可凝结颗粒物过滤膜。

4.一种如权利要求1-3中任一项所述的高湿烟气稀释采样装置的采样方法，其特征在于，所述采样方法如下：将PM₁₀旋风切割器（1）和一级PM_2.5旋风切割器（2）放置于采样烟道内，或采用加热保温措施，使采样环境与烟道环境保持一致；采样烟气进入PM₁₀旋风切割器（1）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（1）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入一级PM_2.5旋风切割器（2），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一级PM_2.5旋风切割器（2）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入烟气保温除湿装置（3）；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）和压缩空气缓冲及处理装置（6）然后分成三路，分别为干燥气流、一级稀释气流和二级稀释气流；干燥气流通过烟气保温除湿装置（3）的压缩空气进气口进入烟气保温除湿装置（3）的外层圆筒，保持烟气保温除湿装置（3）内压缩空气与采样烟气呈对向流动方式，控制压缩空气的气流流量为2倍采样烟气流量，同时控制采样烟气和压缩空气压力差为+900～-200 mbar，加热烟气保温除湿装置（3）的外层圆筒壁使压缩空气温度与采样烟气温度保持一致，采样烟气中水分经过烟气保温除湿装置（3）内层圆筒壁进入压缩空气中使采样烟气相对湿度降低到60%以下；采样烟气进入一级稀释器（14），一级稀释气流通过一级稀释器（14）的压缩空气进气口进入一级稀释器（14）的第二层圆筒，保持一级稀释气流与采样烟气呈对向流动方式，控制一级稀释气流的流量为1.5倍采样烟气流量，一级稀释气流通过微孔进入第一层圆筒与采样烟气混合；二级稀释气流通过一级稀释器（14）的压缩空气进气口进入一级稀释器（14）的第四层圆筒，经过第三层圆筒后流出一级稀释器（14），保持第三层圆筒内二级稀释气流与第二层圆筒内一级稀释气流呈对向流动方式；二级稀释气流进入二级稀释器（16）的压缩空气进气管道后经过其圆锥体端部进入二级稀释器（16）的内部腔体，进气气流通过“文丘里效应”使圆锥体端部压力低于二级稀释器（16）采样烟气进气口压力，通过“压力差作用”促使采样烟气进入二级稀释器（16），采样烟气和二级稀释气流在二级稀释器（16）的内部腔体充分混合；二级稀释器（16）的稀释倍率由二级稀释器（16）的采样烟气进气口气压和二级稀释气流进气口气压所控制；采样烟气经过一级稀释和二级稀释之后的总稀释倍率控制大于20倍，采样烟气总停留时间大于10s，稀释后采样烟气温度低于42℃；稀释后的采样烟气进入二级PM_2.5旋风切割器（17）的进气口，空气动力学粒径大于2.5微米的颗粒物被分离进入二级PM_2.5旋风切割器（17）的灰斗，其余颗粒物随采样烟气进入颗粒物过滤器（18），空气动力学粒径小于等于2.5微米的颗粒物被过滤捕集；颗粒物过滤器（18）过滤后的采样烟气与烟气保温除湿装置（3）的出口处的洁净干燥气流一同进入烟气混合装置（19）后，通过采样泵（22）排出。