CN112611611A - 一种带温度补偿的烟气等速取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带温度补偿的烟气等速取样装置，包括烟气取样器、样品分析结构、驱动结构和控制***，所述烟气取样器由烟气取样管、烟气流速仪和烟气温度仪构成；所述样品分析结构由样品气流速仪、样品气温度仪和颗粒物检测仪构成，所述颗粒物检测仪设置有测量室；所述驱动结构由抽取动力源、抽取控制器构成，抽取动力源可以是抽气泵和射流泵，抽取控制器可以是变频器。本发明测量烟气与样品气的温度，计算得出根据温度补偿后的理论抽气量，得出等速采样时的理论样品气流速S2，调节抽取控制器，得到反馈的实际样品气流速S，使样品气流速S与S2相等，实现带温度补偿的等速采样，保障颗粒物检测仪通过测量室，准确测量到烟气中的颗粒物含量。

Description

一种带温度补偿的烟气等速取样装置

技术领域

本发明涉及烟气采样设备技术领域，具体为一种带温度补偿的等速取样装置。

背景技术

烟气采样器是目前市面上常见的装置，是通过一种***烟道内的探头，再配以动力装置，将烟道内的烟气抽取出来进行颗粒物测量的装置。由于现在烟道中的烟气湿度有些非常大，为排除液态水对颗粒物测量的影响，准确测量颗粒物的浓度值，必须降低样品气的湿度。将液态水，还原成气态，使得气体中真正的颗粒物能够被颗粒物检测仪器测量到。目前主要采用加热法或者稀释法来降低测量样品气的湿度，再配以相应的颗粒物检测仪表，最终将抽取出来的样品气的颗粒物浓度转化为直观的数值，进行数据分析。

但从目前的方法上来看，实际烟气取样多为非等速取样。但就气体取样而言，等速取样比非等速取样更为先进，是获得烟道内颗粒物浓度精确值的一个必要条件。同时由于样品气在测量前经过加热处理，导致了样品气的温度与烟气温度不同，气体的受热膨胀导致了双方的体积差异。为了准确测量烟气颗粒物的浓度值，发明出了一种带温度补偿的加热型烟气等速取样的方法，它通过实时温度测量计算补偿并改变抽取动力源的抽取能力，从而达到等速取样目的。

目前的颗粒物等速取样装置，在样品气进行测量前，为了准确进行数据测量会对样品气进行加热处理。但是由于气体在不同温度下体积不是固定值，且温差越大体积的变化也越大，在不进行温度补偿的情况下，等速取样是不能完全实现的。

目前的颗粒物等速取样装置，没有温度测量，不比较测量时的样品气温度和烟气温度。这样的采样误差就无法得到消除，对于后续的数据测量就会带来误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带温度补偿的等速取样装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带温度补偿的等速取样装置，包括烟气取样器、样品分析结构、驱动结构和控制***，所述烟气取样器由烟气取样管、烟气流速仪和烟气温度仪构成，所述样品分析结构由样品气流速仪、样品气温度仪和颗粒物检测仪构成，所述颗粒物检测仪设置有测量室，所述驱动结构由抽气泵或射流泵和抽取控制器构成；

所述控制***分别与烟气取样结构、样品分析结构和驱动结构构建电路连接，所述烟气取样结构与样品分析结构相连通，且驱动结构与样品分析结构相连通。

优选的，所述烟气取样管置于烟道内部，所述烟气流速仪与烟气温度仪均贯穿烟道，且烟气流速仪和烟气温度仪均置于烟道内部；

所述烟气沿着烟道内部流通，通过烟气取样管进入内部，并且烟气经过烟气流速仪以及烟气温度仪，所述烟气流速仪与烟气温度仪分别对烟气的流速以及温度进行测量，并将测量数据上传至控制***。

优选的，所述驱动结构通过抽气泵产生负压，使得测量室中形成负压，将烟气取样管中的烟气吸入测量室中；

所述样品气流速仪插接在烟气取样管与测量室之间，可对样品取样管内部流通的烟气流速进行测量，同时样品气温度仪可对测量室中的样品烟气温度进行测量；

所述颗粒物检测仪可对测量室内部的烟气进行颗粒物检测，所述样品气流速仪和样品气温度仪将测的数据上传至控制***。

优选的，所述控制***对数据进行分析以及计算，能够得出最终结果，并通过显示屏对数值进行实时显示；

所述控制***与抽取控制器构建连接，可通过控制***控制抽取控制器进行运转，从而间接控制抽气泵的运转功率。

优选的，所述检测过程中采用抽气泵时，所测得的样品器压力P1、加热后样品器气压力P2、样品气体积V1、烟道热力学温度T1、加热后样品体积V2以及测量室的热力学温度T1；

采集样本气体的计算公式P1*V1/T1＝P2*V2/T2，可推导出P2*V2＝P1*V1*T2/T1；配合烟气测量温度t1、测量室样品气温度t2，得出

由于在等速采样过程中P1＝P2，由此得出

其中t1为烟道的测量温度、t2为测量室的测量温度、S1为烟道的测量流速、S2为样品在流速测量点的等速采样需要的流速理论值、m1为烟气取样管的横截面积、m2为流速测量点的横截面积；

所述控制***需要根据补偿计算后的S2来跟踪S1的变化，使得最终的抽取实际流速S与S2的差值为零，即S2-S＝0。

优选的，所述检测过程中使用射流泵时，所述射流泵的性能拟合准二维理论计算公式结合一定质量理想气体状态方程为：P*V/T＝恒量，其中P为相等值，因此对于采集的样本气体的体积计算为P1*V1/T1＝P2*V2/T2；

由于等速采样时P1＝P2，推导出V2＝V1*T2/T1，

由于采样器的采样口截面积为定值，因此可以推导出

根据射流泵动力方程PC/P0＝0.1147*(3.0365-Qs/Q0)，抽取压力PC、动力气压力P0、样品气体流量Qs、动力气体积流量Q0，并依据公式S1＝S2＝Qs/SJ，通过控制动力气的体积流量，使得最终的抽取实际流速S与S2的差值为0。即S2-S＝0。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过控制动力源，改变抽气量，得到反馈的实际样品气流速S，最终使样品气流速S与S2相等，从而达到最终实现带温度补偿的等速采样，保障颗粒物检测仪通过测量室，准确测量到烟气中的颗粒物含量。

附图说明

图1为本发明的装置配置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供的两种实施例：

实施例一：

一种带温度补偿的等速取样装置，包括烟气取样器、样品分析结构、驱动结构和控制***，烟气取样器由烟气取样管、烟气流速仪和烟气温度仪构成，样品分析结构由样品气流速仪、样品气温度仪和颗粒物检测仪构成，颗粒物检测仪设置有测量室，驱动结构由抽气泵或射流泵和抽取控制器构成，烟气存在与烟道、烟囱或其他管道中的气体，取样口为烟气采样器的取样口，样品气味进入取样口的待测烟气，抽取控制器为控制抽取样品气的设备，抽取动力源用于抽取样品气的产生抽取动力的设备，可以是抽气泵、射流泵等，流速测量点：测量抽取气体流速的测点，测量室：用于安装仪表对样品气进行颗粒物测量的腔室；

控制***分别与烟气取样结构、样品分析结构和驱动结构构建电路连接，烟气取样结构与样品分析结构相连通，且驱动结构与样品分析结构相连通。

烟气取样管置于烟道内部，烟气流速仪与烟气温度仪均贯穿烟道，且烟气流速仪和烟气温度仪均置于烟气取样管；

烟气沿着烟道内部流通，通过烟气取样管进入内部，并且烟气经过烟气流速仪以及烟气温度仪，烟气流速仪与烟气温度仪分别对烟气的流速以及温度进行测量，并将测量数据上传至控制***。

驱动结构通过抽气泵产生负压，使得测量室中形成负压，将烟气取样管中的烟气吸入测量室中；

样品气流速仪插接在烟气取样管与测量室之间，可对样品取样管内部流通的烟气流速进行测量，同时样品气温度仪可对测量室中的样品气温度进行测量；

颗粒物检测仪可对测量室内部的烟气进行颗粒物检测，样品气流速仪和样品气温度仪将测量的数据上传至控制***。

控制***对数据进行分析以及计算，能够得出最终结果，并通过显示屏对数值进行实时显示；

控制***与抽取控制器构建连接，可通过控制***控制抽取控制器进行运转，从而间接控制抽气泵的运转功率。

实施例二：

检测过程中采用抽气泵时，样品气压力P1、加热后样品气压力P2、样品气体积V1、烟道热力学温度T1、加热后样品气体积V2以及测量室的热力学温度T1；

样品气体积的计算公式P1*V1/T1＝P2*V2/T2，可推导出P2*V2＝P1*V1*T2/T1；配合烟气测量温度t1、测量室样品气温度t2，得出

由于在等速采样过程中P1＝P2，由此得出

其中t1为烟道的测量温度、t2为测量室的测量温度、S1为烟道的测量流速、S2为样品在流速测量点的等速采样需要的流速理论值、m1为烟气取样管的横截面积、m2为流速测量点的横截面积；

控制***需要根据补偿计算后的S2来跟踪S1的变化，使得最终的抽取实际流速S与S2的差值为零，即S2-S＝0。

检测过程中使用射流泵时，射流泵的性能拟合准二维理论计算公式结合一定质量理想气体状态方程为：PV/T＝恒量，其中P为相等值，因此对于采集的样本气体的体积计算为P1V1/T1＝P2V2/T2；

由于等速采样时P1＝P2，推导出V2＝V1*T2/T1，

因此可以推导出

根据射流泵动力方程PC/P0＝0.1147*(3.0365-Qs/Q0)，抽取压力PC、动力气压力P0、样品气体流量Qs、动力气体积流量Q0，并依据公式S1＝S2＝Qs/SJ，通过控制动力气的体积流量，使得最终的抽取实际流速S与S2的差值为0。即S2-S＝0。

工作原理：本发明通过控制动力源，改变抽气量，得到反馈的实际样品气流速S，最终使样品气流速S与S2相等，从而达到最终实现带温度补偿的等速采样，保障颗粒物检测仪通过测量室，准确测量到烟气中的颗粒物含量。

实现了等速取样，能够获得烟道内颗粒物浓度的精确值，解决了样品气在测量前受热膨胀导致产生差异，而导致测量不够精确的问题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (6)

1.一种带温度补偿的烟气等速取样装置，包括烟气取样器、样品分析结构、驱动结构和控制***，其特征在于：所述烟气取样器由烟气取样管、烟气流速仪和烟气温度仪构成，所述样品分析结构由样品气流速仪、样品气温度仪和颗粒物检测仪构成，所述颗粒物检测仪设置有测量室，所述驱动结构由抽气泵或射流泵和抽取控制器构成；

所述控制***分别与烟气取样结构、样品分析结构和驱动结构构建电路连接，所述烟气取样结构与样品分析结构相连通，且驱动结构与样品分析结构相连通。

2.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的等速取样装置，其特征在于：所述烟气取样管置于烟道内部，所述烟气流速仪与烟气温度仪均贯穿烟道，且烟气流速仪和烟气温度仪均置于烟道内部；

所述烟气沿着烟道内部流通，通过烟气取样管进入内部，并且烟气经过烟气流速仪以及烟气温度仪，所述烟气流速仪与烟气温度仪分别对烟气的流速以及温度进行测量，并将测量数据上传至控制***。

3.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的等速取样装置，其特征在于：所述驱动结构通过抽取动力源产生负压，使得测量室中形成负压，将烟气取样管中的烟气吸入测量室中；

所述样品气流速仪插接在烟气取样管与测量室之间，可对样品取样管内部流通的烟气流速进行测量，同时样品气温度仪可对测量室中的样品气温度进行测量；

所述颗粒度检测仪可对测量室内部的烟气进行颗粒度检测，所述样品气流速仪和样品气温度仪将测量的数据上传至控制***。

4.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的等速取样装置，其特征在于：所述控制***对数据进行分析以及计算，能够得出最终结果，并通过显示屏对数值进行实时显示；

所述控制***与抽取控制器构建连接，可通过控制***控制抽取控制器进行运转，从而间接控制抽气泵的运转功率。

5.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的等速取样装置，其特征在于：所述检测过程中采用抽气泵时，所测得的样品器压力P1、加热后样品器气压力P2、样品气体积V1、烟道热力学温度T1、加热后样品体积V2以及测量室的热力学温度T1；

采集样本气体的计算公式P1*V1/T1＝P2*V2/T2，可推导出P2*V2＝P1*V1*T2/T1；配合烟气测量温度t1、测量室样品气温度t2，得出

由于在等速采样过程中P1＝P2，由此得出

其中t1为烟道的测量温度、t2为测量室的测量温度、S1为烟道内烟气的测量流速、S2为样品气在流速测量点的等速采样需要的流速理论值、m1为烟气取样管的横截面积、m2为流速测量点的横截面积；

所述控制***需要根据补偿计算后的S2来跟踪S1的变化，使得最终的抽取实际流速S与S2的差值为零，即S2-S＝0。

6.根据权利要求1所述的一种带温度补偿的等速取样装置，其特征在于：所述检测过程中使用射流泵时，所述射流泵的性能拟合准二维理论计算公式结合一定质量理想气体状态方程为：P*V/T＝恒量，其中P为相等值，因此对于采集的样本气体的体积计算为P1*V1/T1＝P2*V2/T2；

由于等速采样时P1＝P2，推导出V2＝V1*T2/T1，

因此可以推导出

根据射流泵动力方程PC/P0＝0.1147*(3.0365-Qs/Q0)，抽取压力PC、动力气压力P0、样品气体流量Qs、动力气体积流量Q0，并依据公式S1＝S2＝Qs/SJ，通过控制动力气的体积流量，使得最终的抽取实际流速S与S2的差值为0。即S2-S＝0。

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