一种采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统及检测污染物排放因子和热效率的方法

技术领域

本发明涉及检测装置技术领域，尤其涉及一种采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统及其利用该测试系统检测污染物排放因子和热效率的方法。

背景技术

目前，中国农村依然有近60％的家庭使用生物质和燃煤作为日常生活的主要燃料，受生活习惯和经济条件的影响和制约，全面禁止农村低效炉具和劣质燃料仍有较大难度。根据大气污染物来源解析结果得到的数据显示，农村采暖污染对区域灰霾的形成和分散有着非常显著的贡献，同时会造成家庭内室内的严重空气污染。近年来，随着各种环保公益组织、妇女儿童协会及NGO等各方面对于发展中国家农村地区的健康关注，生物质及燃煤燃烧的污染排放也得到了广泛的关注。

实地测试往往阻力较多，具有较大的困难，所以开发集气罩采样方法，并尽量还原现场效果是评估炉具排放的有效办法之一。集气罩作为稀释采样系统，可以模拟燃料在燃烧期间释放的烟气，并采集燃烧过程中排放的PM

针对民用采暖炉具的实验室测试需要测量完整的燃烧过程。传统的直接采样法受限于测量仪器的浓度范围，一般无法对点火阶段进行直接测试，而根据研究人员实时在线测量数据可知点火阶段是污染物排放浓度最高的阶段，因此不容忽略。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，以解决上述背景技术中存在的不足，为此，本发明提供的采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，能够模拟用户在实际使用过程中烟气进入实际大气时的稀释效果，帮助研究污染源在大气环境中的生成和扩散机理。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，包括固定源燃烧系统和测试采样系统；

所述固定源燃烧系统包括泄漏测试箱体和设置于所述泄漏测试箱体内部的采暖炉具本体，所述采暖炉具本体上设置有计量装置；

所述测试采样系统包括依次相连通的集气罩、内置流量计的稀释管道、风机和烟囱，所述集气罩设置于所述采暖炉具本体的烟囱的上方，所述稀释管道上开设有至少一个采样口，所述采样口设置有连接于测试仪的采样管。

优选地，还包括水循环系统，所述水循环系统包括设置于所述采暖炉具本体上的进水管和出水管，所述进水管和所述出水管上均安装有热量表。

优选地，所述水循环系统还包括水箱，所述水箱通过三通阀门连接于所述进水管的进水口，所述水箱通过三通阀门连接于所述出水管的出水口。

优选地，所述稀释管道内设置有温湿度计。

优选地，所述流量计为皮托管流量计。

优选地，所述稀释通道包括自所述集气罩的出口端依次相连通的铝箔波纹管、风管一、风管二、90°弯头、风管三和软连接管。

优选地，所述计量装置为设置于所述采暖炉具本体底部的地秤。

优选地，所述采样管与气流方向平行。

本发明的目的之二在于，提供一种利用上述测试系统检测污染物排放因子或污染物泄漏因子的方法，包括如下步骤：

步骤一、开启固定源燃烧系统和测试采样系统，利用采样管和测试仪测得污染物浓度，利用流量计测得稀释管道气体流速，利用计量装置测得燃料消耗量；

步骤二、根据步骤一测得的污染物浓度、稀释管道气体流速和燃料消耗量计算污染物的总排放量，计算公式如下：

式中：

MX——污染物X的总排放量，单位为g；

CX——污染物浓度，单位为g/m

V——稀释管道气体流速，单位为m/s；

R——稀释管道，单位m；

步骤三、将步骤二测得的污染物的总排放量代入如下公式计算排放因子或泄漏因子，计算公式如下：

式中：

EFx——污染物排放因子或污染物泄漏因子，单位为g/kg；

MF——燃料消耗量，单位为千克kg。

本发明的目的之二在于，提供一种利用上述测试系统检测热效率的方法，包括如下步骤：

步骤一、开启固定源燃烧系统、测试采样系统和水循环系统，利用热量表测量进出口水温差，利用计量装置测得燃料消耗量；

步骤二、根据如下公式计算热效率：

η＝cm

式中：

η——热效率，％；

c——水的比热容，J/(kg·k)；

m

Δt——进水管和出水管的水温差,k；

m

q

m

q

本发明相对于现有技术，具有如下的有益效果：

1.本发明提供的采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，炉具测试时在出口风机抽力作用下使空气向上流动，固定燃烧源烟囱出口的烟气和泄漏测试箱体内的环境空气一起被抽入集气罩捕集，模拟用户在实际使用过程中烟气进入实际大气时的稀释效果，帮助研究污染源在大气环境中的生成和扩散机理。

2.本发明提供的采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，固定源燃烧系统的泄漏测试箱体在进行炉具的室内污染物测试时，隔绝外界环境影响，并评价采暖炉具的在燃烧过程中的污染物泄露情况。

3.本发明提供的采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，固定源燃烧系统的地秤部分，使本发明不仅能够测量采暖炉具固体燃料燃烧所产生的的污染物的排放浓度，还能够准确测量燃料的燃烧速率和燃烧热效率并计算对应污染物的排放因子，计算得到热效率后还能计算基于能量收到基的排放因子。

4.本发明提供的采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，其中水循环系统可以模拟居民使用的实际情况，以热量表测量进出口水温差，辅以加热时间内的煤炭消耗量及其热值计算出实际供热量，两者相除得出炉具采暖热效率。

附图说明

图1为本发明采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统的结构示意图；

图中，1.M8螺杆一，2.集气罩，3.铝箔波纹管，4.风管一，5.M8螺杆二， 6.风管固定架，7.90°弯头，9.风管二，10.管座，11.风管三，12.软连接管， 13.风机，14.风机支架，15.烟囱，16.采暖炉具本体，17.地秤，18.泄漏测试箱体。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

如图1所示，本发明提供了一种采暖炉具污染物排放及热效率评价测试系统，包括固定源燃烧系统和测试采样系统；

所述固定源燃烧系统包括泄漏测试箱体和设置于所述泄漏测试箱体内部的采暖炉具本体16，所述采暖炉具本体16上设置有计量装置；

所述测试采样系统包括依次相连通的集气罩2、内置流量计的稀释管道、风机13和烟囱15，所述集气罩2设置于所述采暖炉具本体16的烟囱的上方，所述稀释管道上开设有至少一个采样口(未示出)，所述采样口设置有连接于测试仪的采样管(未示出)。

本发明的上述结构中，在对民用采暖炉具进行性能测试时，采暖炉具本体 16设置在泄漏测试箱体18内部进行测试，以隔绝外部环境对炉具测试的影响，泄漏测试箱体18也用来评价采暖炉具的在燃烧过程中的污染物泄露情况。

在本发明中，还包括水循环系统，所述水循环系统包括设置于所述采暖炉具本体16上的进水管和出水管，所述进水管和所述出水管上均安装有热量表，在进水管和出水管上安装热量表的目的在于，侧料进水管与出水管的水温差，为计算热效率作准备。

在本发明中，所述水循环系统还包括水箱，所述水箱通过三通阀门连接于所述进水管的进水口，所述水箱通过三通阀门连接于所述出水管的出水口。

本发明中，水箱中还可以设置换热装置，换热装置利用燃料燃烧热量加热水箱水。

本发明的上述测试系统中，正常使用时将水通入循环水系统，在实验工况出现故障时可进行直排水。水循环系统可以模拟居民使用的实际情况，将进水管和出水管分别接入热量表，用进出口的水温差直接计算热效率，同时辅以加热时间内的煤炭消耗量及其热值计算出实际供热量，两者相除得出采暖热效率。

在本发明中，所述稀释管道内设置有温湿度计，以用来测试烟气的温湿度，并连接到无纸记录仪上用来显示数值。

在本发明中，所述流量计为皮托管流量计。

在本发明中，所述稀释通道包括自所述集气罩的出口端依次相连通的铝箔波纹管3、风管一4、风管二9、90°弯头7、风管三11和软连接管12。

优选地，所述计量装置为设置于所述采暖炉具本体16底部的地秤17，地秤 17用来实时在线监测燃料的质量变化。

在本发明中，所述采样管与气流方向平行。

本发明的上述测试系统运行时在出口风机抽力作用下使空气向上流动，炉具本体16的烟囱出口的烟气和泄漏测试箱体18内的环境空气一起被抽入集气罩2捕集，用以模拟用户在实际使用过程中烟气进入实际大气时的稀释效果，并且烟气与稀释空气流动方向相同；集气罩2和稀释通道以铝箔波纹管3连接，在稀释通道离地面一米处平行开采样口，并将采样管伸入稀释管段，与气流方向平行，采集混合气体将混合气体送入测试仪，对气体中各种污染物进行分析，由计算机记录数据。

测试系统中的稀释管道在同一距离处沿圆周设有多个采样管，以实现多通道同时采样测试，气态污染物测试仪器进样口与采样管连通为Teflon管，颗粒物测试仪器进口样与采样管之间采用黑炭管，以减少污染物在管壁上的损失，稀释管道中的烟气最终有风机直接排至室外，气态污染物测试仪出气口用 Teflon管直接连接通至室外。

需要说明的是，稀释管道中的风管之间的连接选择常规的连接方式接口，例如：焊接，在此不再过多的赘述。本发明中，为保证集气罩2的稳定性，利用了M8螺杆一1和M8螺杆一5对其进行固定，固定于顶板上，风管一4的安装处安装了风管固定架6对风管一4进行固定，在风管三11与90°弯头7的连接处设置了管座10对其进行固定支撑，固定于地面上，风机13含有电机并用风机支架14对其固定，用软连接管连通风机13。

本发明还提供了利用上述测试系统检测排放因子的方法，包括如下步骤：

步骤一：

将待检测采暖炉具本体16安放在泄漏测试箱体18中，添加燃料，模拟居民采暖使用情况，泄漏测试箱体18在进行室内污染物测试时，隔绝外界环境对炉具测试的影响，而在底座加装计量装置可以通过实时在线监测燃料的质量变化，准确测量燃料的燃烧速率和燃烧热效率。

启动测试系统，系统运行时在出口风机抽力作用下使空气向上流动，采暖炉具本体16的烟囱出口的烟气和泄露测试箱体18内的环境空气一起被抽入集气罩2捕集，同时泄漏测试箱体上还设置了连通室外的进风通道，利用进风风机用于补充泄漏测试箱体内被抽入集气罩的空气；用以模拟用户在实际使用过程中烟气进入实际大气时的稀释效果，并且烟气与稀释空气流动方向相同。采样口位于稀释通道离地面一米处，距采样口中心同一距离处沿圆周有多个采样管，以实现多通道同时采样测；采样管伸入稀释管段内，与气流方向平行。

采样管将稀释后烟气分析部分进行对烟气中污染物进行检测。CO测试仪、 NO

步骤二：步骤二、根据步骤一测得的污染物浓度、稀释管道气体流速和燃料消耗量计算污染物的总排放量，计算公式如下：

式中：

MX——污染物X的总排放量，单位为g；

CX——污染物浓度，单位为g/m

V——稀释管道气体流速，单位为m/s；

R——稀释管道，单位m；

上式中i和t都指的时间，以s为单位，表示从开始时间0到结束时间t， CVπR

步骤三、将步骤二测得的污染物的总排放量代入如下公式计算排放因子或泄漏因子，计算公式如下：

式中：

EFx——污染物排放因子或污染物泄漏因子，单位为g/kg；

MF——燃料消耗量，单位为千克kg。

本发明还提供了利用上述测试系统检测热效率的方法，包括如下步骤：

步骤一、开启固定源燃烧系统、测试采样系统和水循环系统，利用热量表测量进出口水温差，利用计量装置测得燃料消耗量；

步骤二、根据如下公式计算热效率：

η＝cm

式中：

η——热效率，％；

c——水的比热容，J/(kg·k)；

m

Δt——进水管和出水管的水温差,k；

m

q

m

q

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。