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一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)及其分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)及其分析方法。采樣系統(tǒng)包括煙氣采樣嘴，煙氣管道，冷凝管，粗顆粒切割器，停留室，稀釋調(diào)節(jié)閥，流量計(jì)，真空抽氣泵，ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀，MCI采樣器。分析方法包括采用適應(yīng)于大氣環(huán)境條件的在線顆粒物測(cè)量?jī)x器ATOFMS以及用于TEM離線分析的MCI顆粒采樣器進(jìn)行采集分析，從而更加準(zhǔn)確的研究燃煤排放顆粒物的粒徑、化學(xué)成分及其隨時(shí)間變化信息。本發(fā)明系統(tǒng)和方法為研究燃煤排放顆粒物的種類識(shí)別、粒徑、化學(xué)成分以及對(duì)人體健康的影響等提供重要數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)及其分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)及其分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)煤炭燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題依然異常嚴(yán)重。煤中的碳、氫、氧、氮、硫等元素在燃燒過(guò)程中能夠生成so2、nox、co2等氣態(tài)污染物和二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣和未經(jīng)燃燒的炭微粒等大量固態(tài)顆粒物。
[0003]氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀(AerosolTime-of-flight Mass Spectrometer,ATOFMS)，可以直接快速地對(duì)單顆粒氣溶膠進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，不僅避免了傳統(tǒng)離線分析方法中樣品前處理的困難，而且可以獲得單顆粒粒徑、化學(xué)成分及其隨時(shí)間和空間分布變化的信息，為研究大氣氣溶膠快速變化的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如氣溶膠的形成，遷移和傳輸、氣溶膠的種類識(shí)別和源解析，以及氣溶膠對(duì)環(huán)境、氣候和人體健康的影響等提供重要數(shù)據(jù)。
[0004]燃煤排放的顆粒物不僅組分復(fù)雜，粒度分布也呈多模態(tài)分布。利用ATOFMS可以在線分析不同粒徑的單顆?；瘜W(xué)成分及其隨時(shí)間和空間分布變化的信息。但是ATOFMS在采樣過(guò)程中需要避免粗顆粒堵塞ATOFMS進(jìn)樣微孔，以及在采集含較高濃度顆粒物時(shí)需要稀釋煙氣來(lái)提高儀器分析中激光的打擊率。
[0005]在分析顆粒時(shí)，ATOFMS無(wú)法觀察顆粒的形貌等特征，同時(shí)用TEM分析方法來(lái)對(duì)比補(bǔ)充ATOFMS對(duì)燃煤排放單顆粒識(shí)別。將ATOFMS在線分析與TEM離線分析單顆粒結(jié)合起來(lái)，利用兩種分析的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充，從而全面地研究顆粒物物理化學(xué)特征。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)及其分析方法，從而更加準(zhǔn)確的研究燃煤排放顆粒物的粒徑、化學(xué)成分及其隨時(shí)間變化信息。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)，包括煙氣采樣嘴，煙氣管道，冷凝管，粗顆粒切割器，停留室，稀釋調(diào)節(jié)閥，流量計(jì)，真空抽氣泵，ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀，MCI采樣器；所述煙氣采樣嘴對(duì)準(zhǔn)燃煤爐，所述煙氣采樣嘴通過(guò)煙氣管道連接粗顆粒切割器，在煙氣管道上還設(shè)有冷凝管，所述粗顆粒切割器通過(guò)煙氣管道連接停留室，所述停留室分別連接稀釋調(diào)節(jié)閥，ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀，MCI采樣器，并通過(guò)流量計(jì)連接真空抽氣泵。所述煙氣管道采用聚四氟乙烯軟管，避免污染采樣氣體。
[0008]一種燃煤排放顆粒物分析方法，具體步驟為:
1)將煤在燃煤爐中引燃，打開(kāi)真空抽氣泵，煙氣通過(guò)煙氣采樣嘴進(jìn)入采樣系統(tǒng)，首先經(jīng)過(guò)冷凝管進(jìn)行冷凝，模擬煙氣排放到大氣中的成核、冷凝、凝聚的過(guò)程；調(diào)節(jié)流量計(jì)，控制進(jìn)入粗顆粒切割器的煙氣流速，通過(guò)粗顆粒切割器去除粒徑較粗的顆粒物，過(guò)濾后的煙氣進(jìn)入停留室；
2)關(guān)閉真空抽氣泵，打開(kāi)稀釋調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)稀釋空氣進(jìn)入量，控制停留室內(nèi)煙氣顆粒物濃度；
3)關(guān)閉稀釋調(diào)節(jié)閥，停留室中經(jīng)稀釋的煙氣分別進(jìn)入ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀和MCI采樣器進(jìn)行采樣，同時(shí)進(jìn)行在線分析和離線分析，將在線分析與離線分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析燃煤排放顆粒物的物理化學(xué)特征。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下突出的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明裝置和方法將燃煤排放高溫?zé)煔膺^(guò)濾稀釋至大氣環(huán)境溫度，采用適應(yīng)于大氣環(huán)境條件的在線顆粒物測(cè)量?jī)x器ATOFMS以及用于TEM離線分析的MCI顆粒采樣器進(jìn)行采集分析，從而更加準(zhǔn)確的研究燃煤排放顆粒物的粒徑、化學(xué)成分及其隨時(shí)間變化信息。ATOFMS在線與TEM離線聯(lián)合分析，相互補(bǔ)充，全面地研究顆粒物物理化學(xué)特征。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)示意圖。
[0011]圖2為燃煤排放顆粒物分析方法示意圖。
[0012]圖3燃煤排放單顆粒粒徑分布。
[0013]圖4燃煤排放化學(xué)組分單顆粒數(shù)時(shí)間序列圖。
[0014]圖5燃煤排放不同類型單顆粒的粒徑分布圖。
[0015]圖6不同類型單顆粒數(shù)以及顆粒數(shù)所占比例曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0017]如圖1所示，一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)，包括煙氣采樣嘴，煙氣管道，冷凝管，粗顆粒切割器，停留室，稀釋調(diào)節(jié)閥，流量計(jì)，真空抽氣泵，ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀，MCI采樣器；所述煙氣采樣嘴對(duì)準(zhǔn)燃煤爐，所述煙氣采樣嘴通過(guò)煙氣管道連接粗顆粒切割器，在煙氣管道上還設(shè)有冷凝管，所述粗顆粒切割器通過(guò)煙氣管道連接停留室，所述停留室分別連接稀釋調(diào)節(jié)閥，ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀，MCI采樣器，并通過(guò)流量計(jì)連接真空抽氣泵。所述煙氣管道采用聚四氟乙烯軟管，避免污染采樣氣體。
[0018]如圖2所示，一種燃煤排放顆粒物分析方法，具體步驟為:
1)將煤在燃煤爐中引燃，打開(kāi)真空抽氣泵，煙氣通過(guò)煙氣采樣嘴進(jìn)入采樣系統(tǒng)，首先經(jīng)過(guò)冷凝管進(jìn)行冷凝，模擬煙氣排放到大氣中的成核、冷凝、凝聚的過(guò)程；調(diào)節(jié)流量計(jì)，控制進(jìn)入粗顆粒切割器的煙氣流速，通過(guò)粗顆粒切割器去除粒徑較粗的顆粒物，過(guò)濾后的煙氣進(jìn)入停留室；
2)關(guān)閉真空抽氣泵，打開(kāi)稀釋調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)稀釋空氣進(jìn)入量，控制停留室內(nèi)煙氣顆粒物濃度；
3)關(guān)閉稀釋調(diào)節(jié)閥，停留室中經(jīng)稀釋的煙氣分別進(jìn)入ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀和MCI采樣器進(jìn)行采樣，同時(shí)進(jìn)行在線分析和離線分析。離線分析通過(guò)MCI采樣器用濾膜采集煙氣顆粒，將采集有顆粒的濾膜剪成0.5X0.5cm2的小塊，用TEM分析顆粒的形貌，化學(xué)組成等。離線分析中濾膜采集的燃煤排放顆粒樣品，在采樣過(guò)程中會(huì)有化學(xué)組分的揮發(fā)、結(jié)晶、氣粒轉(zhuǎn)化等過(guò)程，將在線分析與離線分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析燃煤排放顆粒物的物理化學(xué)特征。
[0019]圖:T圖6是ATOFMS在線檢測(cè)分析得到的燃煤排放單顆粒粒徑、化學(xué)成分及其隨時(shí)間變化的信息。
[0020]圖3顯示燃煤排放單顆粒粒徑分布。燃煤排放顆粒物中，數(shù)濃度較大的粒徑范圍在0.4?0.8um之間。
[0021]圖4燃煤排放化學(xué)組分單顆粒數(shù)時(shí)間序列圖，顯示燃煤排放不同組分單顆粒隨著燃燒過(guò)程的進(jìn)行，其單顆粒數(shù)量所占比例的變化。
[0022]圖5是不同類型單顆粒物的粒徑分布圖。在0.r1.4um粒徑范圍內(nèi)，燃煤排放重金屬顆粒所占比例比較突出，重金屬顆粒主要集中在此粒徑范圍內(nèi)。
[0023]圖6是不同類型單顆粒的顆粒數(shù)以及顆粒數(shù)所占比例曲線。總共采樣3小時(shí)，采集含質(zhì)譜信息的顆粒共計(jì)3401顆，含鋁顆粒最多，占39.58% ;含鐵顆粒占2.23% ;其他重金屬顆粒所占比例在0.5%左右。
【權(quán)利要求】
1.一種燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)，其特征在于，包括煙氣采樣嘴，煙氣管道，冷凝管，粗顆粒切割器，停留室，稀釋調(diào)節(jié)閥，流量計(jì)，真空抽氣泵，ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀，MCI采樣器；所述煙氣采樣嘴對(duì)準(zhǔn)燃煤爐，所述煙氣采樣嘴通過(guò)煙氣管道連接粗顆粒切割器，在煙氣管道上還設(shè)有冷凝管，所述粗顆粒切割器通過(guò)煙氣管道連接停留室，所述停留室分別連接稀釋調(diào)節(jié)閥，ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀，MCI采樣器，并通過(guò)流量計(jì)連接真空抽氣泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤排放顆粒物采樣系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣管道采用聚四氟乙烯軟管，避免污染采樣氣體。
3.一種燃煤排放顆粒物分析方法，其特征在于，具體步驟為: 1)將煤在燃煤爐中引燃，打開(kāi)真空抽氣泵，煙氣通過(guò)煙氣采樣嘴進(jìn)入采樣系統(tǒng)，首先經(jīng)過(guò)冷凝管進(jìn)行冷凝，模擬煙氣排放到大氣中的成核、冷凝、凝聚的過(guò)程；調(diào)節(jié)流量計(jì)，控制進(jìn)入粗顆粒切割器的煙氣流速，通過(guò)粗顆粒切割器去除粒徑較粗的顆粒物，過(guò)濾后的煙氣進(jìn)入停留室； 2)關(guān)閉真空抽氣泵，打開(kāi)稀釋調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)稀釋空氣進(jìn)入量，控制停留室內(nèi)煙氣顆粒物濃度； 3)關(guān)閉稀釋調(diào)節(jié)閥，停留室中經(jīng)稀釋的煙氣分別進(jìn)入ATOFMS顆粒在線檢測(cè)儀和MCI采樣器進(jìn)行采樣，分別進(jìn)行在線分析和離線分析，將在線分析與離線分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析燃煤排放顆粒物的物理化學(xué)特征。
【文檔編號(hào)】G01N1/10GK104280267SQ201410444470
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】呂森林, 劉品威, 程平, 張文超, 劉丁彧 申請(qǐng)人:上海大學(xué)