一种民用燃煤炉污染物排放测试系统

技术领域

本发明属于环保测试技术领域，涉及一种民用燃煤炉污染物排放测试系统。

背景技术

民用燃煤炉一般用于炊事或取暖，由于其不适合加装烟气处理系统而成为我国污染重要源头，虽然国家大力限制甚至取缔燃煤民用炉，但是受我国能源结构和经济现状的制约，民用燃煤炉仍然具有较大的实际应用量。民用燃煤炉主要污染物包括SO

发明内容

为解决背景所涉及的问题，本发明提供了一种民用燃煤炉污染物排放测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括民用燃煤炉(1)、柔性烟道(2)、水平烟道(3)、水平三通(4)、阀门(5)、垂直三通(6)、烟囱(7)、颗粒物采样系统(8)、进口水及其温度流量测点(9)、出口水及其温度测点(10)、炉温测点(11)、炉膛出口烟温测点(12)、烟道烟温测点(13)、烟气流量测点(14)、微细颗粒物稀释测量系统(15)、烟气成分测量系统(16)和自动测控系统(17)；所述的民用燃煤炉(1)稳定放置于地面；民用燃煤炉(1)烟气出口依次连接柔性烟道(2)、水平烟道(3)、水平三通(4)、阀门(5)、垂直三通(6)、烟囱(7)、颗粒物采样系统(8)，且每个连接点均保证密封性能；烟道烟温测点(13)、烟气流量测点(14)、微细颗粒物稀释测量系统(15)、烟气成分测量系统(16)布置安装在水平烟道(3)中；

所述的进口水及其温度流量测点(9)采用三通与供水系统连接，三通的另一通道安装温度传感器，温度传感器的感应点需深入到流动的水中，在水管路上安装水流量测量装置；所述的出口水及其温度测点(10)采用三通与实验室排水系统连接，三通的另一通道安装温度传感器，温度传感器的感应点需深入到流动的水中；所述的炉温测点(11)采用耐高温1000℃以上的铠装热电偶，铠装热电偶从民用燃煤炉(1)的顶部垂直插入炉膛内部的煤层中；所述的炉膛出口烟温测点(12)、烟道烟温测点(13)均采用热电偶，热电偶感应点定位在烟道中心；所述的烟气流量测点(14)采用插入式安装的热式气体质量流量计；所述的微细颗粒物稀释测量系统(15)和烟气成分测量系统(16)的烟气取样入口需定位于水平烟道(3)的中心。

进一步的，所述的炉膛出口烟温测点(12)采用热电偶布置于民用燃煤炉烟气出口的烟道中，用于测量民用燃煤炉出口烟气温度。

进一步的，所述的烟道烟温测点(13)布置于水平烟道中的流场稳定区域，用于测量烟气成分、粉尘浓度、烟气流量检测区间的烟气温度，进而进行烟气流量修正。

进一步的，所述的柔性烟道(2)的一端与民用燃煤炉(1)烟气出口密封连接，另一端与水平烟道(3)的一端相连接；所述的水平烟道(3)的另一端与水平三通(4)的一个端口密封连接；所述的水平三通(4)的斜向上分叉段的端口与阀门(5)的一个端口相连接，水平三通(4)的直通段水平布置，分叉段斜向上，便于烟气中颗粒物顺利进入颗粒物采样系统(8)；所述的阀门(5)的另一端与垂直三通(6)的一个端口相连接；所述的垂直三通(6)的另一个分叉段垂直向下的端口与便于颗粒物采样系统(8)相连接，垂直三通(6)的再一个直通段斜向上的端口与烟囱(7)相连接，便于颗粒物采样系统(8)的出口烟气连接；所述的烟囱(7)采用民用燃煤炉的铁皮烟囱即可，且烟囱为垂直布置金属管道，用于烟气排放。

进一步的，所述的颗粒物采样系统(8)包括弯头(8-1)、垂直连接管(8-2)、可过滤颗粒物采集器(8-3)、管径转换接头(8-4)、金属软管连接头(8-5)、金属软管(8-6)、变频风机(8-7)和变频控制器(8-8)；颗粒物采样系统(8)的弯头(8-1)的一端与水平三通(4)的水平出口端连，管径转换接头(8-4)的一端与垂直三通(6)的分叉段垂直向下的端口连接；颗粒物采样系统(8)的弯头(8-1)的另一端依次与垂直连接管(8-2)、可过滤颗粒物采集器(8-3)、管径转换接头(8-4)、金属软管连接头(8-5)、金属软管(8-6)相连接，金属软管(8-6)与变频风机(8-7)相连接；颗粒物采样系统(8)的管径转换接头(8-4)另一端依次与金属软管连接头(8-5)、另一根金属软管(8-6)相连接，另一根金属软管(8-6)也与变频风机(8-7)相连接；变频风机(8-7)与变频控制器(8-8)相连接。

进一步的，所述的弯头(8-1)用于强制流动的烟气转向；所述的垂直连接管(8-2)用于颗粒物采样系统的布置安装定位连接；所述的可过滤颗粒物采集器(8-3)采用蜂窝状布置设计并制作，内部安装7只标准玻璃纤维滤筒，用于过滤采集烟气中的可过滤颗粒物，玻璃纤维滤筒的过滤性能要求>3μm颗粒物的过滤效率>99.99％；所述的变频风机(8-7)，需具有耐高温性能。

进一步的，所述的微细颗粒物稀释测量系统(15)包括第一取样器(15-1)、第一过滤干燥器(15-2)、第一烟气流量计(15-3)、稀释空气流量计(15-4)、三通接头(15-5)、微细颗粒物传感器(15-6)、第一微型真空泵(15-7)；所述的第一取样器(15-1)与第一过滤干燥器(15-2)的一端相连接，第一过滤干燥器(15-2)的另一端通过第一烟气流量计(15-3)与三通接头(15-5)的一个端口相连接；释空气流量计(15-4)与三通接头(15-5)的另一个端口相连接；三通接头(15-5)的再一个端口与微细颗粒物传感器(15-6)的一端相连接；微细颗粒物传感器(15-6)的另一端与第一微型真空泵(15-7)相连接。

进一步的，所述的取样器(15-1)采用内径4～8mm的不锈钢管，取样器(15-1)的采样点定位于水平烟道(3)的中心；所述的过滤干燥器(15-2)采用长度20cm以上的干燥管，过滤干燥器(15-2)出口段填充1～3cm长度的玻璃纤维棉，其余部分填充干燥硅胶；所述的微细颗粒物传感器(15-6)采用激光粉尘变送器模块。

进一步的，所述的烟气成分测量系统(16)包括包括第二取样器(16-1)、第二过滤干燥器(16-2)、气体传感器(16-3)、第二烟气流量计(16-4)、第二微型真空泵(16-5)；第二取样器(16-1)与第二过滤干燥器(16-2)的一端相连接，第二过滤干燥器(16-2)的另一端与气体传感器(16-3)的一端相连接，气体传感器(16-3)的另一端通过第二烟气流量计(16-4)与第二微型真空泵(16-5)相连接。

进一步的，系统测试过程中，首先采用烟气自然流动，记录烟气流量及其变化过程，然后开启变频风机(8-7)同时关闭阀门(5)，变频控制器(8-8)根据自然流动的烟气流量进行流量过程控制，从而模拟自然流动过程。

本发明有益效果如下：

通过本发明系统的测试方式能精确获取、展示煤燃烧生命周期内的污染物排放完整特征的问题。本发明能够在民用燃煤炉的煤燃烧全生命周期内连续监测燃烧过程与换热过程，并同步连续监测烟气中氧浓度和污染物SO

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是本发明中微细颗粒物稀释测量系统的结构原理示意图。

图3是本发明中烟气成分测量系统的结构原理示意图。

图1中：1、民用燃煤炉；2、柔性烟道；3、水平烟道；4、水平三通；5、阀门；6、垂直三通；7、烟囱；8、颗粒物采样系统；9、进口水及其温度流量测点；10、出口水及其温度测点；11、炉温测点；12、炉膛出口烟温测点；13、烟道烟温测点；14、烟气流量测点；15、微细颗粒物稀释测量系统；16、烟气成分测量系统；17、自动测控系统。其中，颗粒物采样系统8包括：8-1、弯头；8-2、垂直连接管；8-3、可过滤颗粒物采集器；8-4、管径转换接头；8-5、金属软管连接头；8-6、金属软管；8-7、变频风机；8-8、变频控制器。

图2中：15-1、第一取样器；15-2、第一过滤干燥器；15-3、第一烟气流量计；15-4、稀释空气流量计；15-5、三通接头；15-6、微细颗粒物传感器；15-7、第一微型真空泵。

图3中：16-1、第二取样器；16-2、第二过滤干燥器；16-3、气体传感器；16-4、第二烟气流量计；16-5、第二微型真空泵。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种民用燃煤炉污染物排放测试系统，包括民用燃煤炉1、柔性烟道2、水平烟道3、水平三通4、阀门5、垂直三通6、烟囱7、颗粒物采样系统8、进口水及其温度流量测点9、出口水及其温度测点10、炉温测点11、炉膛出口烟温测点12、烟道烟温测点13、烟气流量测点14、微细颗粒物稀释测量系统15、烟气成分测量系统16和自动测控系统17。

所述的民用燃煤炉1稳定放置于地面。为居民取暖或炊事用的小型燃煤炉，燃用型煤或散煤。民用燃煤炉1烟气出口依次连接柔性烟道2、水平烟道3、水平三通4、阀门5、垂直三通6、烟囱7、颗粒物采样系统8。且每个连接点均保证一定的密封性能。

所述的柔性烟道2的一端与民用燃煤炉1烟气出口密封连接，另一端与水平烟道3的一端相连接；采用耐高温的可弯曲的不锈钢软管，柔性烟道2需要内部光滑，即不可采用不锈钢波纹管等类似管件。柔性烟道2用于连接民用燃煤炉和水平烟道的耐高温不锈钢软管，目的在于消除热膨胀对整个测试系统结构的影响。

所述的水平烟道3的另一端与水平三通4的一个端口密封连接，且采用不锈钢管。水平烟道3是实验系统的主体测试段，烟道烟温测点13、烟气流量测点14、微细颗粒物稀释测量系统15、烟气成分测量系统16布置安装在水平烟道中。

所述的水平三通4的斜向上分叉段的端口与阀门5的一个端口相连接，水平三通4的直通段水平布置，分叉段斜向上，便于烟气中颗粒物顺利进入颗粒物采样系统8。水平三通4用于实现烟气自然流动或强制流动，水平三通为一进两出。

所述的阀门5的另一端与垂直三通6的一个端口相连接，采用不锈钢闸阀或蝶阀均可，需要具有耐高温(200℃)和密封性能。用于实现水平三通两个出口的二选一切换，阀门开启时烟气自然流动，阀门关闭的同时开启变频风机，进行烟气强制流动。

所述的垂直三通6的另一个分叉段垂直向下的端口与便于颗粒物采样系统8相连接，垂直三通6的再一个直通段斜向上的端口与烟囱7相连接，便于颗粒物采样系统8的出口烟气连接。所述的垂直三通，为两进一出，用于将自然流动或强制流动的烟气与烟囱连接。

所述的烟囱7采用民用燃煤炉的铁皮烟囱即可，烟囱高度需与民用燃煤炉1的设计要求匹配。所述的烟囱为垂直布置金属管道，用于烟气排放，烟囱的垂直高度需满足民用燃煤炉的烟囱设计要求。

所述的颗粒物采样系统通过烟气强制流动，全程模拟自然流动的烟气流量及其变化过程，实现在不影响民用燃煤炉正常燃烧过程的前提下进行烟气中可过滤颗粒物的捕集。所述的颗粒物采样系统8包括弯头8-1、垂直连接管8-2、可过滤颗粒物采集器8-3、管径转换接头8-4、金属软管连接头8-5、金属软管8-6、变频风机8-7和变频控制器8-8。颗粒物采样系统8的弯头8-1的一端与水平三通4的水平出口端连，管径转换接头8-4的一端与垂直三通6的分叉段垂直向下的端口连接。

颗粒物采样系统8的弯头8-1的另一端依次与垂直连接管8-2、可过滤颗粒物采集器8-3、管径转换接头8-4、金属软管连接头8-5、金属软管8-6相连接，金属软管8-6与变频风机8-7相连接；

颗粒物采样系统8的管径转换接头8-4另一端依次与金属软管连接头8-5、另一根金属软管8-6相连接，另一根金属软管8-6也与变频风机8-7相连接；变频风机8-7与变频控制器8-8相连接。

进一步的，所述的弯头8-1用于强制流动的烟气转向；所述的垂直连接管8-2用于颗粒物采样系统的布置安装定位连接；所述的可过滤颗粒物采集器8-3采用蜂窝状布置设计并制作，内部安装7只标准玻璃纤维滤筒，用于过滤采集烟气中的可过滤颗粒物，玻璃纤维滤筒的过滤性能要求>3μm颗粒物的过滤效率>99.99％。玻璃纤维滤筒的布置数量可以根据实际烟气流量调整。

进一步的，所述的变频风机8-7，需具有耐高温(>150℃)性能。用于实现烟气强制流动，通过变频进行流量调节。所述的管径转换头，用于将较大内径的烟道转换为与变频风机接口匹配的较小内径的连接管道。所述的金属软管，用于将烟道与变频风机进行软连接，消除热膨胀的影响。所述的变频控制器，用于调整风机电源频率，实现风机流量调节控制。

所述的进口水及其温度流量测点9采用三通与供水系统(如自来水管道)连接，三通的另一通道安装温度传感器(采用热电偶或热电阻均可)，温度传感器的感应点需深入到流动的水中，在水管路上安装水流量测量装置(数字涡轮流量计)，水流量测量装置的安装根据相应说明书执行。

所述的出口水及其温度测点10采用三通与实验室排水系统连接，三通的另一通道安装温度传感器(采用热电偶或热电阻均可)，温度传感器的感应点需深入到流动的水中。

所述的炉温测点11采用耐高温1000℃以上的铠装热电偶，铠装热电偶从民用燃煤炉1的顶部垂直插入炉膛内部的煤层中，插入深度根据具体测试条件与需求确定。

所述的炉膛出口烟温测点12、烟道烟温测点13均采用热电偶，热电偶感应点定位在烟道中心。所述的炉膛出口烟温测点12采用热电偶布置于民用燃煤炉烟气出口的烟道中，用于测量民用燃煤炉出口烟气温度。所述的烟道烟温测点13布置于水平烟道中的流场稳定区域，用于测量烟气成分、粉尘浓度、烟气流量检测区间的烟气温度，进而进行烟气流量修正。

所述的烟气流量测点14采用插入式安装的热式气体质量流量计。测试过程中，首先采用烟气自然流动，记录烟气流量及其变化过程，然后开启变频风机8-7同时关闭阀门5，变频控制器8-8根据自然流动的烟气流量进行流量过程控制，从而模拟自然流动过程。

所述的微细颗粒物稀释测量系统15和烟气成分测量系统16的烟气取样入口需定位于烟道中心。

所述的自动测控系统17需具有足够精度的模拟量输入输出接口，软件系统采用能满足实时测控需求的任何开发平台均可。

如图2所示，所述的微细颗粒物稀释测量系统，实现微细颗粒物PM1、PM2.5、PM10相对浓度的在线测量。所述的微细颗粒物稀释测量系统15包括第一取样器15-1、第一过滤干燥器15-2、第一烟气流量计15-3、稀释空气流量计15-4、三通接头15-5、微细颗粒物传感器15-6、第一微型真空泵15-7。

所述的第一取样器15-1与第一过滤干燥器15-2的一端相连接，第一过滤干燥器15-2的另一端通过第一烟气流量计15-3与三通接头15-5的一个端口相连接；释空气流量计15-4与三通接头15-5的另一个端口相连接；三通接头15-5的再一个端口与微细颗粒物传感器15-6的一端相连接；微细颗粒物传感器15-6的另一端与第一微型真空泵15-7相连接；

进一步的，所述的取样器15-1采用内径4～8mm的不锈钢管，取样器15-1的采样点定位于水平烟道3的中心；所述的过滤干燥器15-2采用长度20cm以上的干燥管，以保证足够的冷却时间，其与取样器15-1不宜过长，需保证烟气中的水分在进入过滤干燥器15-2时尚未冷凝。过滤干燥器15-2出口段填充1～3cm长度的玻璃纤维棉，其余部分填充干燥硅胶。所述的微细颗粒物传感器15-6采用激光粉尘变送器模块，能够定性测量微细颗粒物浓度的变化趋势，优选的亦可进行标定或采用高精准度的可在线连续检测的模块或仪器，从而实现准确定量检测。所述的第一烟气流量计15-3、稀释空气流量计15-4、三通接头15-5、微型真空泵15-7满足流量和安装需求即可。

所述的取样器为直钢管，目的在于初步过滤大颗粒粉尘。所述的过滤干燥器，采用玻璃纤维棉和干燥硅胶过滤所采集的烟气中具有沉积能力的颗粒物，烟气中水分在过滤干燥器中冷却并同步被干燥硅胶干燥。所述的烟气流量计，采用有调节阀的玻璃转子流量计，用于控制并计量烟气流量。所述的稀释空气流量计，采用有调节阀的玻璃转子流量计，用于控制并计量空气流量。空气用于稀释烟气中的微细颗粒物浓度，避免浓度超过微细颗粒物传感器的量程。所述的三通接头，用于烟气与稀释空气的混合。所述的微细颗粒物传感器，可同时测量微细颗粒物PM1、PM2.5、PM10的浓度，并输出电信号，实现微细颗粒物在线连续测量。所述的微型真空泵，用于抽取烟气。

如图3所示，所述的烟气成分测量系统，用于在线连续测量烟气中的气体组分浓度，包括O

进一步的，第二取样器16-1与第二过滤干燥器16-2的一端相连接，第二过滤干燥器16-2的另一端与气体传感器16-3的一端相连接，气体传感器16-3的另一端通过第二烟气流量计16-4与第二微型真空泵16-5相连接。且所述的取样器16-1、过滤干燥器16-2、烟气流量计16-4、微型真空泵16-5的需求同微细颗粒物稀释测量系统中的相应部件。所述的气体传感器16-3选用满足浓度量程需求的气体传感器即可，使用前需用标准气体进行标定。优选地可使用具有在线实时数据输出功能的烟气分析仪。所述的气体传感器为O

所述的颗粒物采样系统通过烟气强制流动，全程模拟自然流动的烟气流量及其变化过程，实现在不影响民用燃煤炉正常燃烧过程的前提下进行烟气中可过滤颗粒物的捕集。

所述的微细颗粒物稀释测量系统，采用微细颗粒物传感器，可同时测量微细颗粒物PM1、PM2.5、PM10的浓度，并输出电信号，实现微细颗粒物PM1、PM2.5、PM10相对浓度的在线连续测量。

所述的微细颗粒物稀释测量系统，采用双路可调节流量计，一路进烟气，一路进空气。空气用于稀释烟气中的超高浓度的微细颗粒物浓度，避免浓度超过微细颗粒物传感器的量程。

所述的烟气成分测量系统，用于在线连续测量烟气中的气体组分浓度，包括O

所述的自动测控系统，将测试系统中的所有测量信号采集到计算机中，并输出变频控制器的控制信号。