[发明专利]颗粒物监视器

说明书

背景技术

无论是美国还是海外的清洁空气立法框架中，越来越要求对源排放排出的颗粒物的质量浓度进行连续的监视。业界极其需要以这种形式对颗粒质量浓度进行测量，即，其在与环境空气条件达成平衡之后模拟源排放物。此种形式的颗粒物质被称为总一次颗粒(Total Primary Particulate，TPP)，其包括利用可过滤提取从源直接脱除的颗粒物以及由剩余流体流在基准稳定下的凝结而生成的颗粒。

从污染源提取出、运送、调节及测量样本，对于提供一致的结果以及较短的停止服务时间来讲，是必不可少的关键过程。各所述过程各有其自身不同的要求，并且通过适当的设计可满足这些要求并且减少仪器服务间隔。

过去几十年间，美国环保署(EPA)至少颁布了15种对污染源排放的颗粒物进行测量的基准方法。有这么多方法的根本原因是由于EPA对原始方法(例如，方法5)进行修改而形成多种可变的条件。由于有这些可变的方法，仪器制造商利用自身的能力来为多种基础方法中的一种安装和校准(相互关联)代替的颗粒物测量(例如，光散射法、浊度法、探头起电法(probe electrification))，其可造成一个数量级的精度变化。

对TPP进行测量这一概念早已为业界所知。这一方法还被称为稀释通道采样，其中从源提取出样本并且用经过滤的环境空气进行稀释，这样就可使用现有的环境空气采样器或分析器来测量经稀释的浓度。通过同时计算稀释度(稀释比)，将测得的浓度乘以稀释比以计算源内的实际浓度。过去20年间，现有技术中有如下文献纪录了这一方法：

1)SAMPLING，ANALYSIS，AND PROPERTIES OF PRIMARY PM-2.5：APPLICATION TO COAL-FIRED UTILITY BOILERS.DOE AWARD#：DE-FG2699-FT40583，FEBRUARY 2003；DILUTION TEST METHOD FOR DETERMINING PM2.5AND PM10 MASS IN STACK GASES.ASTM WK8124～2008；

2)SOURCE CONTRIBUTIONS TO ATMOSPHERIC CARBON PARTICLE CONCENTRATIONS.G.R.CASS，CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY，1992；及

3)CONDITIONAL TEST METHOD 039，MEASUREMENT OF PM2.5AND PM10 EMISSIONS BY DILUTION SAMPLING，USEPA，JULY2004。

颗粒监视可以是复杂的处理过程。尽管基准方法能够在复杂的源排放环境下工作，但工作寿命稍短。不得不对设备进行频繁的清洗，并且对样气进行回收。

这些类型的步骤对于连续监视是不可接受的，由此，为了进行测量，需要有新的方法来对样气进行提取、处理、及调节。例如，美国环保署通常要求使用层叠式旋流器(in-stack cyclones)，以利用惯性分离用于测量的目标颗粒并且收集和去除非目标的较大颗粒。此类旋流器只能在有限的时间内收集并且去除不需要的颗粒。然而，从服务的角度而言，无论是使用层叠式旋流器还是后稀释样气旋流器的这一方法都无法用于连续监视系统。

源环境是颗粒物监视系统的另一个复杂之处。尽管预期会用于高腐蚀的环境，但设计这一系统最大的挑战在于其可能用于水饱和环境，也可能用于极度酷热和干燥的环境。根据水滴的尺寸在干燥时会减小为水饱和环境下的1/4，因此，在水饱和环境下，需要收集约40微米以下的颗粒物和水滴，而干燥时会成为可能相关的10微米颗粒。

发明内容

本发明的实施例不同于现有的颗粒质量监视器和老化系统。例如，本发明的一实施例包括这样的颗粒监视系统，其至少一部分地依靠重力来分离垂直放置的管道中的不同尺寸的颗粒物。

更具体地，根据一实施例，颗粒物监视系统接收通过输入口输入管道的流体样本。所述流体样本包括不同尺寸的颗粒物。操作期间，所述颗粒物监视系统控制所述流体样本(例如，烟气样本和稀释气体或其他目标样本的混合物)流过所述管道的流动，以老化所述流体样本中的颗粒物。重力使得所述流动样本中的一部分颗粒物落入底部而不是从所述管道的输出口排出。所述颗粒物监视系统从所述管道的输出口输出一部分的所述颗粒物(例如，未因重力掉落的颗粒物)。所述输出口在导管的竖直方向上的位置高于所述输入口的位置。所述颗粒物监视系统监视从所述管道的输出口输出的颗粒物的存在。