一种可凝结颗粒物的发生系统

技术领域

本发明涉及一种烟气污染物发生系统，特别涉及一种可凝结颗粒物的发生系统。

背景技术

可凝结颗粒物(condensable particulate matter,CPM)，是指在烟道中为气相，但是离开烟囱后会因为迅速降温在数秒内凝结成液态或者固态颗粒物的物质。从“源-汇”角度分析，TPM(total particulate matter)即总颗粒物是由FPM(filter particulatematter，可过滤颗粒物)和CPM组成。随着我国超低排放标准的实施，常规污染物，如SO

CPM对人体健康和大气环境质量都有很大的威胁。一方面，CPM无机组分中SO

现有针对燃煤电厂现场监测CPM的方法，但是结果证明CPM浓度及成分都不具备统一变化规律；这说明CPM的变化容易受到外界的干扰。例如，煤炭成分的差异性、净化装置的差异性和冷凝条件的差异性都会对CPM的形成造成一定程度的影响。此外，尽管已有一些针对烟气成分的转化特性的研究，但是对于烟气组分和CPM之间的关系还缺乏明确的分析。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种能够实时调整烟气成分和监测CPM各组分变化规律的可凝结颗粒物的发生系统。

技术方案：本发明所述的可凝结颗粒物的发生系统，包括烟气发生装置、烟气反应装置、快速冷凝装置和尾气处理装置，装置之间通过管路连接；所述烟气发生装置包括氮气源、氧气源、其他气源和预混炉，氮气源和预混炉之间设置湿度发生器；所述烟气反应装置包括反应炉、酸性气溶胶雾化器、有机物雾化器和烟气分析仪，酸性气溶胶雾化器上连接稀硫酸微量进样针，有机物雾化器上连接有机物微量进样针；所述快速冷凝装置包括冷凝管和CPM滤膜，冷凝管上连接低温循环箱；从气源出来的气体在预混炉中混合后，进入反应炉再次混合和反应，然后依次进入雾化器、冷凝管、CPM滤膜，最后进入尾气处理装置。

所述烟气发生装置，用于共混生成与燃煤烟气主要组分一致的烟气，氮气源与预混炉之间设置湿度发生器，氮气将水蒸气带入混合气中，控制调节烟气水分子含量。

所述其他气源可根据需要调整气源的数量，优选的，所述其他气源包括SO

气体在预混炉初步混合，预热，温度设置在150℃左右。

优选的，所述反应炉的温度为350～500℃。

所述烟气反应装置，用于生成特殊气态污染物和确保烟气组分的充分混合与反应，所述特殊气态污染物主要通过微量进样器定量控制稀硫酸和有机溶剂进入雾化器的速度，所述雾化器用于将溶剂蒸发为气体，以生成SO

优选的，所述酸性气溶胶雾化器的温度不低于520℃，以生成SO

所述有机物雾化器用于将有机组分稳定为气溶胶或者气态，温度应低于有机物的分解温度，因此所述有机物雾化器温度不高于300℃，优选的温度范围为150～300℃。

优选的，所述雾化器的温度不低于520℃。

所述快速冷凝系统，用于模拟烟气离开烟囱后的冷凝过程，烟气通入冷凝管后迅速冷凝，CPM滤膜相捕集快速冷凝过程中产生的超细粒子。控制烟气的冷凝温度和湿度，可以为研究烟气降温瞬间发生的物理和化学变化提供模拟方法。

优选的，所述CPM滤膜为0.1～2.5μm的石英膜，最佳为0.22μm。

优选的，所述冷凝管温度为5～75℃。

所述尾气处理系统，主要包括气体吸收器和硅胶干燥器，用于充分净化烟气以达到排放标准。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)该系统能够实时调整烟气成分和监测CPM各组分变化规律，模拟真实燃煤电厂的烟气组分和快速降温过程，模拟燃煤烟气排入大气后的CPM形成过程，为研究烟气降温瞬间发生的物理和化学变化提供模拟方法，也能够分析CPM重点成分的演化规律；(2)本系统通过将稀硫酸和有机溶剂通过进样针通入雾化器，从而定量控制SO

附图说明

图1为本发明系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本发明的可凝结颗粒物的发生系统，包括烟气发生装置1、烟气反应装置2、快速冷凝装置3和尾气处理装置4，装置之间通过管路连接；所述烟气发生装置1包括氮气源11、氧气源14、其他气源15和预混炉13，氮气源11和预混炉13之间设置湿度发生器12，其他气源15包括O

使用方法如下：

1、可凝结颗粒物发生

(1)在实验前期，先通入背景气N

(2)待系统稳定后，逐步通入SO

2、采样

采样时间为1.5小时左右，采样方法如下：

(1)冷凝管采样

采用10ml超纯水和10ml正己烷冲洗冷凝管，重复3次，收集洗液；接着用20ml正己烷萃取洗液。每个实验重复三次以确保可靠的数据，最终得到正己烷萃取液和超纯水萃取液。

(2)滤膜取样

首先，将滤膜在真空下干燥，以消除界面水引起的误差，将膜切割成直径约5mm的碎片并用10ml超纯水通过超声水浴提取CPM得到超纯水萃取液；然后，使用10ml正己烷提取膜上的有机成分得到正己烷萃取液。

将冷凝管和滤膜上的超纯水萃取液、正己烷萃取液分别合并。

3、样品分析

(1)采用离子色谱(IC)测试超纯水萃取液中的无机物，从而对CPM中的无机组分进行定量分析。

(2)采用配备HP-5ms(30m*250μm*0.25μm)的气相色谱/质谱仪测试正己烷萃取液中的有机物，从而对CPM中有机组分进行定性分析。其中有机样品需要先蒸发浓缩至1ml，然后再进行后继分析。