CN203758800U - 基于虚拟撞击原理的双级pm10/pm2.5采样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于环境监测技术领域的一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器。该采样器包括一级PM₁₀采样器和一级PM_2.5采样器；由烟尘气流入口（1）、PM₁₀喷嘴（2）、PM₁₀收集口（3）、PM_＞10滤膜或滤筒套（4）、PM_＞10滤膜或滤筒底座（5）、PM_2.5喷嘴（7）、PM_2.5收集口（8）、PM_2.5-10滤膜或滤筒套（9）、PM_2.5-10滤膜或滤筒底座（10）、PM_2.5滤膜或滤筒入口（11）和PM_2.5滤膜或滤筒底座（12）串联构成。采样器采用虚拟撞击原理，适用于不同浓度烟尘，消除了烟尘反弹和再悬浮问题，可准确采集烟尘中PM₁₀和PM_2.5。

Description

基于虚拟撞击原理的双级PM10/PM2.5采样器

技术领域

本实用新型属于环境监测技术领域，特别涉及一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，具体说，涉及基于虚拟撞击原理的烟气中PM₁₀/PM_2.5的测量。

背景技术

我国关于PM_2.5环境空气质量标准已于2012年颁布并将自2016年起全面实施。为使PM_2.5达标，各地需对固定污染源烟气中PM_2.5进行监测和控制，但目前国内尚无固定源PM_2.5采样标准方法。目前商业化的PM_2.5烟尘采样器多为基于惯性撞击原理的撞击器（impactor），如Johnas-II impactor。由于使用收集板方式收集烟尘，所以该类型采样器存在烟尘反弹和再悬浮问题，容易高估PM_2.5的浓度，且不适应于高浓度烟尘的测量。另一种商业化的PM_2.5烟尘采样器为双级旋风采样器，为美国环保局（EPA）建议的方法，但是该采样器需要用丙酮清洗采样管路和集成部件，后续需要进一步将丙酮蒸干，然后称量，操作繁琐复杂。虚拟撞击原理已被用于大气环境颗粒物研究，根据相同的原理已经研究设计了用于烟尘采样的采样器，但该采样器的尺寸较大，不适应于我国固定源采样口（小于等于80mm），且测量高浓度烟气时滤膜很容易过载。为了克服上述问题本发明公开了一种适用于我国固定源烟气PM₁₀/PM_2.5测量的采样器。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器包括一级PM₁₀采样器和一级PM_2.采样器；由烟尘气流入口1、PM₁₀喷嘴2、PM₁₀收集口3、PM_＞10滤膜或滤筒套4、PM_＞10滤膜或滤筒底座5、PM_2.5喷嘴7、PM_2.5收集口8、PM_2.5-10滤膜或滤筒套9、PM_2.5-10滤膜或滤筒底座10、PM_2.5滤膜或滤筒入口11和PM_2.5滤膜或滤筒底座12串联构成，其中PM₁₀收集口3和PM_＞10滤膜或滤筒底座5之间固定PM_＞10滤膜或滤筒6；PM_2.5收集口8和PM_2.5-10滤膜或滤筒底座10之间固定PM_2.5-10滤膜或滤筒16；PM_2.5滤膜或滤筒入口11和PM_2.5滤膜或滤筒底座12之间固定PM_2.5滤膜或滤筒17。

所述PM_＞10滤膜或滤筒底座5的底部出口的底部出口通过PM_2.5喷嘴7的水平通孔与PM₁₀次流气管13连接。

所述PM_2.5-10滤膜或滤筒底座10的底部出口通过滤膜或滤筒入口11的水平通孔与PM_2.5次流气管14连接。

所述PM_2.5滤膜或滤筒底座12的底部出口连接PM_2.5主流气管15。

所述PM_＞10滤膜或滤筒套4固定在PM_＞10滤膜或滤筒底座5外围，形成PM₁₀主流通道18；PM_2.5-10滤膜或滤筒套9固定在PM_2.5-10滤膜或滤筒底座10外围，形成PM_2.5主流通道19。

所述采样器的尺寸设计为横截面直径≤80mm。

所述采样器PM₁₀收集口和PM_2.5收集口与筋采用对称的方式分布（见图3和图4），保证气流的高度对称性。

所述采样器的喷嘴与收集口均采用一体化加工，喷嘴与收集口相对应地均匀分布在直径为10～30mm的圆上，喷嘴与收集口的个数一一对应，必须保证喷嘴与收集口同轴度；其喷嘴与收集口的距离为喷嘴直径的1‐3倍；收集口直径是喷嘴直径的1.33倍；收集口的顶端为圆角，圆角半径为收集口直径的0.22‐0.26倍。

所述采样器PM₁₀与PM_2.5的喷嘴均高出基体4‐10mm，且有70°的倒角。

所述采样器PM₁₀级或PM_2.5级的次流比值为0.08‐0.1之间，Stk₅₀在0.3-0.4之间。所述采样器PM₁₀收集口，PM_2.5收集口以及PM_2.5（滤膜或）滤筒入口的底部都有凸出，凸出部分含有锥面和平面，既可以连接滤筒，也可以连接滤膜，高浓度烟尘时采用滤筒，低浓度烟尘时采用滤膜；所述采样器内部气体为层流状态，雷诺数为100～3000之间。

本实用新型的有益效果是采样器采用虚拟撞击原理，适用于不同浓度烟尘，消除了烟尘反弹和再悬浮问题，克服了测量高浓度烟气时滤膜很容易过载缺陷，可准确采集烟尘中PM₁₀和PM_2.5；更换滤膜操作方便。

附图说明：

图1为装有滤膜的双级PM₁₀/PM_2.5采样器的原理示意图。

图2为装有滤筒的双级PM₁₀/PM_2.5采样器的原理示意图。图中1为烟尘气流入口，2为PM₁₀喷嘴，3为PM₁₀收集口，4为PM_＞10滤膜或滤筒套，5为PM_＞10滤膜或滤筒底座，6为PM_＞10滤膜或滤筒，7为PM_2.5喷嘴，8为PM_2.5收集口，9为PM_2.5-10滤膜或滤筒套，10为PM_2.5-10滤膜或滤筒底座，11为PM_2.5滤膜或滤筒入口，12为PM_2.5滤膜或滤筒底座，13为PM₁₀次流气管，14为PM_2.5次流气管，15为PM_2.5主流气管，16为PM_2.5-10滤膜或滤筒，17为PM_2.5滤膜或滤筒，18为PM₁₀主流通道，19为PM_2.5主流通道。

图3为PM₁₀收集口示意图。

图4为PM_2.5收集口示意图。

图5为基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器的收集效率曲线图。

具体实施方式

本实用新型提供一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，下面结合附图予以说明。

图1所示为装有滤膜的双级PM₁₀/PM_2.5采样器的原理示意图，图2为装有滤筒的双级PM₁₀/PM_2.5采样器的原理示意图。图中，所述双级PM₁₀/PM_2.5采样器包括一级PM₁₀采样器和一级PM_2.5采样器；由烟尘气流入口1、PM₁₀喷嘴2、PM₁₀收集口3、PM_＞10滤膜套4、PM_＞10滤膜或滤筒底座5、PM_2.5喷嘴7、PM_2.5收集口8、PM_2.5-10滤膜或滤筒套9、PM_2.5-10滤膜或滤筒底座10、PM_2.5滤膜或滤筒入口11和PM_2.5滤膜或滤筒或滤筒底座12串联构成，其中PM₁₀收集口3和PM_{＞ 10}滤膜或滤筒套5之间固定PM_＞10滤膜或滤筒6；PM_2.5收集口8和PM_2.5-10滤膜或滤筒套10之间固定PM_2.5-10滤膜或滤筒16；PM_2.5滤膜或滤筒入口11和PM_2.5滤膜或滤筒底座12之间固定PM_2.5滤膜17。

在PM_＞10滤膜或滤筒底座5的底部出口的底部出口通过PM_2.5喷嘴7的水平通孔与PM₁₀次流气管13连接；在PM_2.5-10滤膜或滤筒底座10的底部出口通过滤膜或滤筒入口11的水平通孔与PM_2.5次流气管14连接。在PM_2.5滤膜或滤筒底座12的底部出口连接PM_2.5主流气管15。

图3所示为PM₁₀收集口示意图，图4所示为PM_2.5收集口示意图。其中PM₁₀收集口为4个，PM_2.5收集口为6个。所述采样器PM₁₀收集口和PM_2.5收集口与筋采用对称的方式分布，保证气流的高度对称性。

实施例，

表1基于虚拟撞击原理的双极PM₁₀/PM_2.5采样器的参数

	PM10级	PM2.5级
			喷嘴数（个）	4	6
喷嘴直径（mm）	4.62	1.50
			收集口直径（mm）	6.20	2.00
喷嘴距收口的距离（mm）	7	3
			入口总流量（L/min）	9.8	9.0
次流流量（L/min）	0.8	0.9
			斯托克斯数Stk50	0.32	0.37
喷嘴处雷诺数（25℃空气）	682	1297

采用表1所示双极虚拟撞击PM₁₀/PM_2.5采样器的检测效果如图5所示，图5为双级虚拟撞击器PM₁₀/PM_2.5收集效率曲线图，所述双级虚拟撞击对于PM₁₀与PM_2.5的收集效率（η）均满足国际标准ISO7708:1995中对于PM₁₀和PM_2.5采样器收集效率的要求。

基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器的检测原理如下：

如图1所示（具体使用表1所示的采样器）含有烟尘的气流从入口1进入采样器，然后进入PM₁₀喷嘴2，进入喷嘴后的气流被加速，高速的气流然后一分为二，92%的烟尘的气流发生90°变向进入PM₁₀主流通道18。烟尘的气流的8%的气流则进入PM₁₀收集口3，两部分气流分别被称为PM₁₀主流和PM₁₀次流。大粒径的烟尘惯性大，即斯托克斯数大，脱离主流，随着次流伸入PM_＞10滤膜或滤筒底座5，最后被放置在其中的PM_＞10滤膜或滤筒6收集，所收集烟尘的空气动力学直径(Da)＞10μm，去除烟尘后的PM₁₀次流通过PM₁₀次流气管13流出。而小粒径的烟尘惯性小，即斯托克斯数小，跟随PM₁₀主流一起运动，穿过PM₁₀主流通道18，进入PM_2.5喷嘴7，同样地进入喷嘴后的气流被加速，高速气流然后一分为二，约90%的气流发生90°变向，携带着Da≤2.5μm的烟尘进入PM_2.5主流通道19，这部分气流称为PM_2.5主流；约10%的气流则将2.5μm＜Da≤10μm的烟尘带入PM_2.5收集口8，这部分气流为PM_2.5次流，进而被PM_2.5—10滤膜或滤筒底座10中的PM_2.5—10滤膜或滤筒16捕集，去除烟尘后的PM_2.5次流通过PM_2.5次流气管14流出。PM_2.5主流穿过PM_2.5主流通道19，进入PM_2.5滤膜或滤筒入口11，其中携带的Da≤2.5μm的烟尘被放置在PM_2.5滤膜或滤筒底座12中的PM_2.5滤膜或滤筒17收集，去除烟尘后的PM_2.5主流从PM_2.5主流气管15流出。称量收集到滤膜或滤筒上各部分烟尘的重量，然后除以对应的气体流量，则为相应烟尘的质量浓度。

Claims (10)

1.一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述双级虚拟撞击PM₁₀/PM_2.5采样器包括一级PM₁₀采样器和一级PM_2.5采样器；由烟尘气流入口（1）、PM₁₀喷嘴（2）、PM₁₀收集口（3）、PM_＞10滤膜或滤筒套（4）、PM_＞10滤膜或滤筒底座（5）、PM_2.5喷嘴（7）、PM_2.5收集口（8）、PM_2.5-10滤膜或滤筒套（9）、PM_2.5-10滤膜或滤筒底座（10）、PM_2.5滤膜或滤筒入口（11）和PM_2.5滤膜或滤筒底座（12）串联构成，其中PM₁₀收集口（3）和PM_＞10滤膜或滤筒底座（5）之间固定PM_＞10（滤膜或）滤筒（6）；PM_2.5收集口（8）和PM_2.5-10滤膜或滤筒底座（10）之间固定PM_2.5-10滤膜或滤筒（16）；PM_2.5滤膜或滤筒入口（11）和PM_2.5滤膜或滤筒底座（12）之间固定PM_2.5滤膜或滤筒（17）。

2.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述PM_＞10滤膜或滤筒底座（5）的底部出口通过PM_2.5喷嘴（7）的水平通孔与PM₁₀次流气管（13）连接。

3.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述PM_2.5-10滤膜或滤筒底座（10）的底部出口通过滤膜或滤筒入口（11）的水平通孔与PM_2.5次流气管（14）连接。

4.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述PM_2.5滤膜或滤筒底座（12）的底部出口连接PM_2.5主流气管（15）。

5.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述PM_＞10滤膜或滤筒套（4）固定在PM_＞10滤膜或滤筒底座（5）外围，形成PM₁₀主流通道（18）；PM_2.5-10滤膜或滤筒套（9）固定在PM_2.5-10滤膜或滤筒底座（10）外围，形成PM_2.5主流通道（19）。

6.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述采样器的尺寸设计为横截面直径≤80mm。

7.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述采样器PM₁₀收集口和PM_2.5收集口与筋采用对称的方式分布。

8.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述采样器的喷嘴与收集口相对应地均匀分布在直径为10～30mm的圆上，喷嘴与收集口的个数一一对应，必须保证喷嘴与收集口同轴度；其喷嘴与收集口的距离为喷嘴直径的1‐3倍；收集口直径是喷嘴直径的1.33倍；收集口的顶端为圆角，圆角半径为收集口直径的0.22‐0.26倍。

9.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述采样器PM₁₀与PM_2.5的喷嘴均高出基体4‐10mm，且有70°的倒角。

10.根据权利要求1所述一种基于虚拟撞击原理的双级PM₁₀/PM_2.5采样器，其特征在于，所述采样器PM₁₀级或PM_2.5级的次流比值为0.08‐0.1之间，Stk₅₀在0.3-0.4之间。