SE424469B - Sampling arrangement in several stages for collection of solid and fluid air pollutants - Google Patents

Abstract

Sampling arrangement for collection of solid and fluid air pollutants, whose manner of operation involves joint use of the centrifugal and the impact separation methods, wherein the arrangement consists of a centrifugal separation chamber 2, provided with impact inserts 4, with a large dust storage capacity, connected to a slit impactor of several stages, wherein the surfaces at the slit impactor rings 9 and/or the dust storage inserts 11 for the different impactor stages are provided with a fibre quantity 14 which increases the dust storage capacity, and the dust storage inserts 11 are configured as nozzles for the following impactor stage. <IMAGE>

Description

I' 7812851-9 graden hos anordningen mycket snabbt avtager vid förorenings- substanser, vars partikelstorlek ligger under 1 /nn. The degree of the device decreases very rapidly in the case of pollutants, the particle size of which is below 1 / nn.

Provtagningsapparater, som arbetar enligt impak- tionsprincipen, uppvisar nackdelen att de vid en hög stoftbe- lastning endast möjliggör en kort provtagning, då anordningen uppvisar en ringa stoftlagringskapacitet.Sampling devices, which work according to the impact principle, have the disadvantage that they only allow a short sampling at a high dust load, as the device has a low dust storage capacity.

En ytterligare nackdel med dessa anordningar består i att de icke fullständigt kan tillförsäkra de strömningstek- niska förutsättningarna för en verksam impaktionsavskiljning, i synnerhet i området för de minsta partiklarna, då utform- ningen av en optimal radie för de cirkulära munstycksinlopps- öppningarna för de olika avskiljningsstegen i praktiken är ogenomförbart för de minsta partiklarna (under l )nm med de för närvarande kända framställningsmetoderna.A further disadvantage of these devices is that they cannot completely ensure the flow-technical conditions for an effective impact separation, especially in the area of the smallest particles, as the design of an optimal radius for the circular nozzle inlet openings for the various the separation steps are practically impossible for the smallest particles (below 1) nm with the currently known production methods.

Vid uppsamling av vidhäftande fasta substanser är rengöringen av de cirkulära och relativt små munstyckena för de kända impaktionsanordningarna tämligen tidsödande..When collecting adhesive solids, the cleaning of the circular and relatively small nozzles of the known impacts is rather time consuming.

De nämnda nackdelarna för de kända anordningarna be- gränsar kraftigt användningsmöjligheterna för dessa. Ändamålet med denna uppfinning är utveckling av en ny provtagningsanordning, som undanröjer respektive i så hög grad som möjligt reducerar nackdelarna hos de kända typerna samt begränsningarna för deras användning. Anordningen enligt uppfinningen möjliggör inom ett godtagbart verkningsgradområ- de en långvarig provtagning (t.ex. 24 timmar) i godtyckliga stoftkoncentrationsområden (l mg/m3 - 20 000 mg/m3) och god- tyckliga kornstorleksområden (över 0,1 /nn). Denär vidare läm- pad både för avskiljning och uppsamling av en stor substans- mängd (40 g) inom det nämnda området samt även för en frak- tionsanalys utan ingrepp i partikelomrâdet över 0,1 /nn. Ett ytterligare ändamål med uppfinningen består i att förverkliga de ovannämnda fördelarna med hjälp av en enkel och ekonomiskt -tillverkningsbar anordning med ringa strömningsmotstånd (2000 N/m2), vilken även möjliggör godtyckligt val av prov- tagningsställe.The mentioned disadvantages of the known devices greatly limit the possibilities of use for these. The object of this invention is to develop a new sampling device which obviates and, as far as possible, reduces the disadvantages of the known types and the limitations of their use. The device according to the invention enables, within an acceptable range of efficiencies, long-term sampling (eg 24 hours) in arbitrary dust concentration ranges (1 mg / m 3 - 20,000 mg / m 3) and arbitrary grain size ranges (above 0.1 / nn). It is furthermore suitable both for the separation and collection of a large amount of substance (40 g) within the mentioned range and also for a fraction analysis without intervention in the particle area above 0.1 / nn. A further object of the invention is to realize the above-mentioned advantages by means of a simple and economically-manufacturable device with low flow resistance (2000 N / m2), which also enables arbitrary selection of sampling point.

Den uppställda uppgiften löses med hjälp av en an- ordning, som förenar de kända centrifugal- och impaktionsav- skiljningsmetoderna i en konstruktionsmässigt och strömnings- 7812851-9 tekniskt enhetlig anordning. Genom den gemensamma användningen av de båda metoderna i en anordning kan jämfört med de kända anordningarna väsentliga nya fördelar uppnås.The set task is solved by means of a device which combines the known centrifugal and impact separation methods in a structurally and technically uniform device. Through the joint use of the two methods in one device, significant new advantages can be achieved compared to the known devices.

Förutom den fördelaktiga föreningen av centrifugal- och impaktionsavskiljningsmetoderna innehåller den princi- piellt konstruktiva utformningen av anordningen sådana nya egenskaper, att å ena sidan en ökning av användningsområdet för anordningen uppnås, och å andra sidan uppnås förenkling av tillverkningen.In addition to the advantageous combination of the centrifugal and impact separation methods, the fundamentally constructive design of the device contains such new properties that, on the one hand, an increase in the area of use of the device is achieved, and on the other hand, simplification of manufacture is achieved.

Den dubbla avskiljningseffekten, vilken som resultat av den ändamålsenliga sammankopplingen av de kända anordnings- elementen leder till en ny konstruktionsenhet, möjliggör en lång kontinuerlig eller periodisk uppsamling av stora sub- stansmängder (20 - 40 g), till och med vid fallet av en stor stoftbelastning (upp till ett område av 10 000 - 20 000 mg/m3).The double separation effect, which as a result of the expedient interconnection of the known device elements leads to a new construction unit, enables a long continuous or periodic collection of large amounts of substance (20 - 40 g), even in the case of a large dust load (up to a range of 10,000 - 20,000 mg / m3).

Den lämpliga föreningen av de båda avskiljningsmeto- derna möjliggör jämfört med de kända anordningarna inom ett avsevärt bredare fraktionsomrâde uppnående av en tillfredsstäl- lande avskiljningseffekt och dessutom är anordningen enligt uppfinningen mindre känslig gentemot förändringar i förore- ningskoncentrationen. Den konstruktiva utformningen av anord- ningen och sammankopplingen av de båda avskiljningsmetoderna möjliggör även avlagring av en större substansmängd.The suitable combination of the two separation methods makes it possible, compared with the known devices, within a considerably wider fraction range to achieve a satisfactory separation effect, and in addition the device according to the invention is less sensitive to changes in the pollution concentration. The constructive design of the device and the interconnection of the two separation methods also make it possible to deposit a larger amount of substance.

Till ökad avskiljningseffekt och lagringskapacitet bidrager enligt uppfinningen även en speciellt anordnad fiber- mängd. Den fördelaktiga effekten hos den dubbla avskiljningen uppnås enligt uppfinningen genom att partiklarna med större korndimensioner i den genom insugningsröret inströmmande, för- orenade luften avskiljes i en centrifugalavskiljningskammare med större lagringskapacitet, varvid denna kammare för för- bättrad avskiljning lämpligen är försedd med ett antal stöt- insatser. Detta har till följd att den luft, som strömmar vi- dare, endast innehåller de finare fraktionerna av förorenings- substanserna. Därigenom uppnås att mediet, som genom ett ut- loppsrör kommer in i impaktionsavskiljningskammaren, med hän- seende på de i detta rum anordnade stoftlagringselementen med mindre lagringskapacitet redan uppvisar en sådan liten stoft- belastning, att även långvarig provtagning möjliggöres utan ' 7812851-9 |§ tilltäppning av lagringsdetaljerna, utan att en avsevärd för- sämring av avskiljningsverkningsgraden inträder.According to the invention, a specially arranged amount of fiber also contributes to increased separation power and storage capacity. The advantageous effect of the double separation is achieved according to the invention in that the particles with larger grain dimensions in the polluted air flowing in through the suction pipe are separated in a centrifugal separation chamber with greater storage capacity, this chamber for improved separation being suitably provided with efforts. As a result, the air that flows further contains only the finer fractions of the pollutants. In this way it is achieved that the medium, which enters the impact separation chamber through an outlet pipe, with respect to the dust storage elements arranged in this room with less storage capacity, already has such a small dust load that even prolonged sampling is possible without '7812851-9 | § clogging of the storage details, without a significant deterioration of the separation efficiency.

Den strömningstekniska enhetligheten hos den dubbla avskiljningen och den därigenom uppnådda fördelaktiga effekten tillförsäkras genom att utloppsröret från centrifngalavskilj- ningskammaren är utformat som munstycke för det första impak- torsteget.The flow-technical uniformity of the double separation and the advantageous effect thus obtained is ensured by the outlet pipe from the centrifugal separation chamber being designed as a nozzle for the first impact stage.

Impaktionseffekten vid partikelavskiljningen kan, framför allt i området för de mindre kornen (under 20 jun), jämfört.med de kända anordningarna enligt denna uppfinning av- sevärt ökas, genom att strypöppningarna (munstyckena), som framkallar impaktionseffekten, icke är utformade som avrundade _hål, utan som ringformiga spalter med avrundade kanter, var- vid spalterna bildas mellan de olika spaltimpaktorringarna i anordningen. _ Genom denna lösning är tillverkningen av munstycks- öppningar med optimal dimension och avrundning förfaringstek- niskt avsevärt enklare och det är lättare att tillförsäkra de för gynnsamaste impaktionseffekt vid avskiljningen nödvändiga strömningstekniska betingelserna.The impact effect of the particle separation can, considerably in the area of the smaller grains (below 20 Jun), be considerably increased with the known devices according to this invention, in that the throttle openings (nozzles) which produce the impact effect are not designed as rounded holes. , but as annular gaps with rounded edges, whereby the gaps are formed between the different gap impactor rings in the device. With this solution, the manufacture of nozzle openings with optimal dimension and rounding is considerably simpler from a procedural point of view and it is easier to ensure the flow technical conditions necessary for the most favorable impact effect during separation.

Genom användningen av ringspalter kan risken för tilltäppning i praktiken undanröjas, vilken vid de små mun- styckena i de sedvanliga anordningarna vid fallet av avskil- jande av vidhäftande föroreningssubstanser ofta leder till driftsstörningar.The use of annular gaps can in practice eliminate the risk of clogging, which in the case of the small nozzles in the usual devices in the case of separation of adhering pollutants often leads to operational disturbances.

Genom provtagningsanordningen enligt denna uppfin- ning är även en ytterligare nackdel hos de kända impaktions- anordningarna undanröjd, där på den släta, polerade impaktor- plattan (stötplattan) redan efter en relativt kort utsugning en mättning uppträder, d.v.s. de ytterligare avskilda partik- larna kvarblir icke längre på impaktorplattan, utan de medföres genom gasströmningen. I sådana fall har en avsevärd försämring av avskiljningsgraden (eller fraktionsavskiljningsgraden) upp- kommit och provtagningen måste avslutas.The sampling device according to this invention also eliminates a further disadvantage of the known impaction devices, where a saturation occurs on the smooth, polished impactor plate (impact plate) already after a relatively short extraction, i.e. the further separated particles no longer remain on the impactor plate, but are carried by the gas flow. In such cases, there has been a significant deterioration in the degree of separation (or the degree of fraction separation) and sampling must be completed.

Denna nackdel undanröjes enligt uppfinningen genom att lämpligtvis vinkelrätt på ytan av de släta spaltimpaktor- ringarna och stoftlagringsinsatserna, men högst avvikande däri- 7812851-9 från med 30°, är en av speciellt material, t.ex. av värmebe- ständig plast, tillverkad fibermängd anbringad. Den med fiber- mängden utvidgade impaktionsavskiljaren ökar förutom sin avse- värt större stoftlagringskapacitet dessutom även fraktions- avskiljningsgraden och tillika även verkningsgraden för prov- tagningsanordningen, då fibermängden delvis på grund av stö- tarna, delvis på grund av filtereffekten även medverkar i av- skiljningen. Fraktionsavskiljningsgraden för anordningen ökas sålunda avsevärt, vilket dessutom även möjliggör en fraktions- analys utan ingripande, med tillräcklig effektivitet.This disadvantage is eliminated according to the invention in that suitably perpendicular to the surface of the smooth gap impactors and dust storage inserts, but most deviating therein from by 30 °, is one of special material, e.g. made of heat-resistant plastic, manufactured fiber quantity applied. In addition to its considerably larger dust storage capacity, the impact separator expanded with the amount of fiber also increases the fraction separation rate and also the efficiency of the sampling device, as the amount of fiber partly also contributes to the separation due to the bumps, partly due to the filter effect. . The degree of fraction separation for the device is thus considerably increased, which in addition also enables a fraction analysis without intervention, with sufficient efficiency.

Ytterligare detaljer i uppfinningen beskrives nedan med hänvisning till ritningen, där fig. l visar en sidovy av anordningen enligt upp- finningen, delvis i snitt, fig. 2 visar ett tvärsnitt av anordningen i fig. l i enlighet med linjen A - A i förstorad skala, fig. 3 visar ett tvärsnitt av anordningen i fig. 1 enligt linjen B - B i förstorad skala.Further details of the invention are described below with reference to the drawing, in which Fig. 1 shows a side view of the device according to the invention, partly in section, Fig. 2 shows a cross section of the device in Fig. 1 in accordance with the line A - A on an enlarged scale Fig. 3 shows a cross section of the device in Fig. 1 along the line B - B on an enlarged scale.

Provtagningsanordningen enligt uppfinningen består i huvudsak av en centrifugalavskiljningskammare 2 med cylind- riska stötinsatser 4, av ett som munstycke till det första im- paktorsteget utformat utloppsrör 7, samt av en eller flera im- paktionsavskiljningskamare 9 med spaltimpaktorringar 10 och stoftlagringsinsatser ll, varvid de sistnämnda är utformade som munstycken för nästföljande imyaktorsteg. ßpaltimpaktor- ringarna 10 och/eller stoftlagringsinsatserna ll är försedda med en lämpligen vinkelrätt stående fibermängd 14. För inled- ning av luften eller gasprovet uppvisar anordningen ett tan- gentiellt anordnat, utbytbart, cylindriskt insugningsrör l.The sampling device according to the invention essentially consists of a centrifugal separation chamber 2 with cylindrical shock inserts 4, of an outlet pipe 7 designed as a nozzle for the first impactor stage, and of one or more impact separation chambers 9 with gap impactor rings 10 and dust storage inserts 1. are designed as nozzles for subsequent imyactor steps. The gap impactors 10 and / or the dust storage inserts 11 are provided with a suitably perpendicular amount of fiber 14. For initiating the air or gas sample, the device has a tangentially arranged, replaceable, cylindrical intake pipe 1.

Centrifugalavskiljningskamaren 2 är tillsluten från sidan ge- nom ett lock 3 och en tillstängningsmutter 6. Stötinsatserna 4 är fästa genom en insatshållare 5. Utloppsrör 7 är fäst genom försättsmuttrar 8 till centrifugalavskiljningskammaren 2. De cylinderformiga impaktionsavskiljningskamrarna 9 är isärtag- bart förbundna med centrifugalavskiljningskammaren 2 respek- tive med varandra. Till det sista impaktorsteget är ett utsug- ningsrör 13 anslutet. 7812851-9 Provtagningsanordningen enligt uppfinningen igång- sättes genom den tryckskillnad, som åstadkommas genom en ström- ningsteknisk anordning, t.ex. en ventilator eller en ejektor.The centrifugal separating chamber 2 is closed from the side by a lid 3 and a closing nut 6. The shock inserts 4 are fastened by an insert holder 5. Outlet pipe 7 is fastened by attachment nuts 8 to the centrifugal separating chamber 2. The cylindrical impinging separating chambers tive with each other. A suction pipe 13 is connected to the last impactor stage. 7812851-9 The sampling device according to the invention is initiated by the pressure difference which is produced by a flow technical device, e.g. a fan or an ejector.

Luftproverna eller gasblandningarna, som skall testas, vilka även kan innehålla fasta och flytande substanser, insuges ge- nom det cylinderformiga insugningsröret l och inkommer i cent- rifugalavskiljningskammaren 2, där de större partiklarna på grund av den vid rotation av mediet uppträdande centrifugal- kraften avskiljes på stötinsatserna 4. De mindre partiklarna strömmar härifrån vidare med bärarmediet_genom utloppsröret 7 i riktning mot den första spaltimpaktorringen 10. Utloppsröret 7 är utformat som munstycke, och därigenom avskiljes ytterli- gare kornfraktioner på fibermängd 14, vilken är anordnad för ökning av stoftlagringskapaciteten på ytan av spaltimpaktor- ring 10. De ännu icke avskilda partüdarnaströmmar accelererat genom den ringformiga spalten i spaltimpaktorring 10 till fi- bermängden på stoftlagringsinsats ll. Här avsättes på grund av impaktions- och filtereffekten ytterligare fraktioner. An- talet av de i serie kopplade impaktorstegen är beroende av dimensionerna för de gränskorn, som skall avskiljas. Det upp till gränskorndimensionerna utarmade strömmande mediet kom- mer från det sista impaktorsteget genom utloppsröret 13, mängdmätaren, regleringsanordningen och den tryckskillnads- alstrande anordningen ut i det fria eller i huvudgasströmmen.The air samples or gas mixtures to be tested, which may also contain solids and liquids, are sucked in through the cylindrical intake pipe 1 and enter the centrifugal separation chamber 2, where the larger particles are separated due to the centrifugal force occurring during rotation of the medium. on the impact inserts 4. The smaller particles flow from here on with the carrier medium_ through the outlet pipe 7 in the direction of the first gap impact ring 10. The outlet pipe 7 is designed as a nozzle, and thereby further grain fractions are separated on the amount of fiber 14, which is arranged on the surface. gap impactor ring 10. The not yet separated partudder streams accelerated through the annular gap in gap impactor ring 10 to the amount of fiber on dust storage insert 11. Due to the impact and filter effect, additional fractions are deposited here. The number of impactor steps connected in series depends on the dimensions of the boundary grains to be separated. The flowing medium depleted up to the boundary grain dimensions comes from the last impactor stage through the outlet pipe 13, the flow meter, the control device and the pressure difference generating device into the free or in the main gas stream.

Provtagningsanordningen enligt uppfinningen kan i beroende av mätningsomständigheterna tillverkas av syra- och värmebeständigt stål eller plast. Materialet i fibermängden väljes motsvarande de fysikaliska och kemiska egenskaperna hos föroreningssubstanserna. Exempelvis kan värme- och kemi- kaliebeständiga konstfibrer ofta användas.Depending on the measurement conditions, the sampling device according to the invention can be made of acid- and heat-resistant steel or plastic. The material in the amount of fiber is chosen corresponding to the physical and chemical properties of the pollutants. For example, heat and chemical resistant synthetic fibers can often be used.

Claims (4)

7812851-9 Patentkrav7812851-9 Patent claims 1. l. Provtagningsanordning i flera steg för uppsam- ling av fasta och flytande luftföroreningar, k ä n n e - t e c k n a d av att den uppvisar en centrifugalavskiljnings- kammare (2), ett utloppsrör (7), konstruktionsmässigt och strömningstekniskt anslutet till centrifugalavskiljningskama- ren (2) och utformat som munstycket till ett första impaktor- steg, en eller flera spaltimpaktorringar (10), vilka bildar ringformiga spalter, samt stoftlagringsinsatser (ll), varvid spaltimpaktorringarna (10) och/eller stoftlagringsinsatserna (ll) är försedda med en fibermängd (14), vilken ökar avskilj- ningseffekten och stoftlagringskapaciteten.1. 1. Multi-stage sampling device for collecting solid and liquid air pollutants, characterized in that it has a centrifugal separation chamber (2), an outlet pipe (7), structurally and technically connected to the centrifugal separation chamber ( 2) and designed as the nozzle for a first impactor stage, one or more gap impactor rings (10), which form annular gaps, and dust storage inserts (11), the gap impactor rings (10) and / or the dust storage inserts (11) being provided with a quantity of fiber ( 14), which increases the separation effect and dust storage capacity. 2. Provtagningsanordning enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a d av att i centrifugalavskiljningskammaren (2) Fär stötinsatser (4) anordnade, vilka befrämjar avskiljningen av partiklar.Sampling device according to claim 1, characterized in that in the centrifugal separation chamber (2) there are provided shock inserts (4) which promote the separation of particles. 3. Provtagningsanordning enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att stoftlagringsinsatserna (11) i impaktionsavskiljningskammaren (9) likaså är utformade som munstycken till nästa impaktorsteg.Sampling device according to Claim 1 or 2, characterized in that the dust storage inserts (11) in the impact separation chamber (9) are also designed as nozzles for the next impactor stage. 4. Provtagningsanordning enligt något av kraven l - 3, k ä n n e t e c k n a d av att fibermängd (14) på spaltimpaktorringar (10) och/eller stoftlagringsinsatser (11) lämpligen är anordnade stående vinkelrätt eller avvikande därifrån med ¿3o°.Sampling device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the amount of fiber (14) on gap impactor rings (10) and / or dust storage inserts (11) is suitably arranged standing perpendicularly or deviating therefrom by ¿30 °.