一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，包括依次相连接的模拟生物质露天燃烧的燃烧装置、模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱、颗粒物粒径浓度测量仪；本发明专利技术的用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统同时具备三个功能，准确、真实的模拟生物质露天燃烧排放大气污染物的过程；人为可控且可重复地模拟农作物秸秆露天燃烧所产生大气污染物在对流层乃至平流层各个高度的物理化学反应，同时排除实际环境中复杂的气象、地形等因素的影响；并且通过WPS‑1000XP宽范围颗粒粒径谱仪准确获得颗粒物在模拟环境中的粒径分布，准确度高，避免了颗粒物粒径分布无法测量或测量不准的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统
本专利技术涉及一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统。
技术介绍
中国作为世界范围内的农业大国，其农作物秸秆拥有量居世界首位，据统计，约20％以上的农作物秸秆被直接露天燃烧。农作物秸秆露天燃烧所产生的大气气溶胶对环境质量恶化(如雾霾的形成)和能见度降低起重要作用，并会参与大气传输与化学过程，其特殊的光学性质和化学构成，影响着地表辐照平衡和大气氧化性，并能有效的作为云凝结核直接或间接的影响着气候和气-液循环；此外农作物秸秆露天燃烧所产生的大气气溶胶有显著的呼入毒性，对人群健康也起着潜在的威胁。然而，在实际大气环境中难以捕捉农作物秸秆露天燃烧所造成的大气污染的物理化学过程，为进一步了解并研究农作物秸秆露天燃烧排放大气污染物的区域环境影响、气候效应以及居民身心健康的问题，需要通过室内实验模拟的方法来研究其排放大气污染物所造成的区域环境效应和气候效应。烟雾箱是一种应用于进行大气环境化学模拟研究的必不可少的光化学反应模拟装置，不但能排除实际环境中复杂的气象、地形等因素的影响，还可以在人为可控且可重复的条件下模拟大气化学过程，提炼大气化学反应本质，获得反应的机制机理，并验证大气化学模式，其研究成果还可以为大气污染防治对策的制定提供科学依据。国外烟雾箱的研究起源于20世纪70年代，1976年美国北卡罗来那大学建立了室外烟雾箱，以收集数据评价化学反应机理。国内烟雾箱的研究起步较晚，北京大学于1982年建成国内最早的室内烟雾箱；中国环境科学研究院1995年建成石英材料的室内烟雾箱；清华大学2005年建成较大型的室外烟雾箱实验系统。然而，特殊针对模拟生物质露天燃烧的大气气溶胶烟雾箱系统在国内尚且缺乏。在生物质露天燃烧过程中会产生多种复杂的大气污染物，其中大量的小分子量污染物会随空气的垂直对流运动上升扩散至对流层顶部，并随大气环流参与到全球范围内的大气污染物传输过程。为模拟生物质露天燃烧过程中产生大气污染物的反应及传输过程，需提供低温，低压，持续强光辐射的环境，而现有的大气气溶胶烟雾箱因其材质和结构(大多数采用FEP-Teflon薄膜)的局限不能实现。农作物秸秆露天燃烧排放的颗粒物种类繁多，颗粒物包括易溶于水的和不溶于水的，颗粒物在大气环境的影响因素众多，比如温度、湿度、光照强度，这些因素均会导致颗粒物的粒径变化很大，检测获得的颗粒物粒径分布结果的准确度很差，目前也没有专门的检测颗粒物粒径分布的装置或系统。为更好地揭示农作物秸秆露天燃烧源排放大气污染物所造成的区域环境效应和气候效应,乃至进一步为国家制定相关政策提供科学支撑,达到减轻并控制大气污染的目的，亟需一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统。本专利技术是通过如下方案实现的：一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，包括依次相连接的模拟生物质露天燃烧的燃烧装置、模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱、颗粒物粒径浓度测量仪；所述的模拟生物质露天燃烧的燃烧装置至少包括：燃烧炉壳体，用于密封燃烧炉壳体的炉盖，以及与燃烧炉壳体内部连通的补气传输管，炉盖上连通有气体传输管；所述的模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱至少包括：包括：密闭的箱体，位于箱体内底部的搅拌器，用于对密闭的箱体抽真空的真空泵，贯穿箱体的大气污染物输入管，大气污染物输入管上设置有单向阀，对箱体内提供水分的加湿器，以及位于箱体内部的黑光灯，所述的箱体包括内壳体和外壳体，内壳体和外壳体之间的空腔被分割成制冷剂循环层和隔热保护层，贯穿内壳体和外壳体设置有气体测试口和补气口；所述的颗粒物粒径浓度测量仪为宽范围颗粒粒径谱仪(WPS-1000XP),宽范围颗粒粒径谱仪(WPS-1000XP)通过导电橡胶管与气溶胶烟雾箱的气体测试口连接，燃烧装置炉盖上的气体传输管与气溶胶烟雾箱的大气污染物输入管连通，气体测试口上设置有单向阀。根据本专利技术优选的，所述的燃烧炉壳体为一端开口另一端密封的结构，炉盖设置在燃烧炉壳体开口端处，炉盖与燃烧炉壳体密封连接，炉盖的顶部设置有气体传输管，气体传输管与燃烧炉壳体内部连通，在燃烧炉壳体内横向设置有燃烧网，补气传输管设置在燃烧网的下方，补气传输管穿过燃烧炉壳体延伸至壳体外并与补气泵连接，在补气传输管的管路上设置有流量控制器和颗粒物过滤器，通过流量控制器使补气流速控制在4-10L/min，优选的，补气流速为6-9L/min，在燃烧网的上部设置有测试管，测试管延伸至壳体外并与烟气分析仪连接。根据本专利技术优选的，在燃烧炉壳体开口端与炉盖之间设置有密封圈，燃烧炉壳体开口端与炉盖通过密封夹固定连接。根据本专利技术优选的，燃烧炉壳体为圆柱形壳体，炉盖为倒漏斗形，倒漏斗形的顶部漏斗嘴与气体传输管连接，炉盖开口端内径与燃烧炉壳体开口端内径相匹配，在燃烧网上部的壳体上设置有透明观察窗。根据本专利技术优选的，燃烧炉壳体高度为800-1200mm，内直径为700-800mm，炉盖的内侧壁涂覆有Teflon防粘涂层，炉盖的高度为100-200mm，炉盖底部开口端内径为700-800mm。根据本专利技术优选的，气体传输管的内侧壁涂覆有Teflon防粘涂层，气体传输管的内直径为20-40mm。根据本专利技术优选的，燃烧网为圆形石棉燃烧网，燃烧网的周边设置有硬性固定架，硬性固定架的另一端固定在燃烧炉壳体的内侧壁上。根据本专利技术优选的，在燃烧网的底部设置电打火装置，电打火装置与燃烧炉壳体侧壁外的打火开关电连接，电打火装置紧贴燃烧网底部。根据本专利技术优选的，所述的烟气分析仪为德图testo350pro烟气分析仪，颗粒物过滤器为高效空气颗粒物(HEPA)过滤器。根据本专利技术优选的，补气传输管的内侧壁涂覆有Teflon防粘涂层，补气传输管的内直径为10-30mm。根据本专利技术优选的，在燃烧炉壳体内底部设置有收集托盘。根据本专利技术优选的，位于燃烧炉壳体内的补气传输管端部设置有喷嘴，喷嘴与燃烧网的中心相对,喷嘴与燃烧网之间的距离为10-15cm。模拟生物质露天燃烧的燃烧装置，喷嘴与燃烧网之间的距离、补气流速、燃烧物质的选择、燃烧物质的量，可以使燃烧物质经历脱水、挥发分的析出和燃烧(明火的出现)、火焰熄灭后的阴烧(焦炭的表面燃烧)以及灰烬形成等阶段，燃烧时间久，温度高，与现实场景下的露天燃烧过程相符，使燃烧物质在室内情况下真实模拟了露天燃烧过程，使其明火燃烧，避免焖燃，避免燃烧不充分，真实、准确的模拟了露天燃烧的实际情况，能真实准确模拟开放性生物质燃烧的整个过程。根据本专利技术优选的，所述的箱体为圆柱形，圆柱形的两端分别为向外凸起的弧形，在箱体内上部设置有温度监测探头和湿度监测探头，温度监测探头与箱体外温度显示器电连接，湿度监测探头与箱体外湿度显示器电连接，黑光灯平行间隔设置在箱体内中部，每个黑光灯与箱体外的黑光灯开关电连接，在箱体内还设置有光感应器，光感应器与箱体外光强度测量仪电连接。根据本专利技术优选的，贯穿内壳体和外壳体在箱体中部侧壁上设置有清洁口，清洁口上设置有密封盖，密封盖通过密封法兰与清洁口连接，实现密封盖与清洁口的密封连接。根据本专利技术优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，包括依次相连接的模拟生物质露天燃烧的燃烧装置、模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱、颗粒物粒径浓度测量仪；所述的模拟生物质露天燃烧的燃烧装置至少包括：燃烧炉壳体，用于密封燃烧炉壳体的炉盖，以及与燃烧炉壳体内部连通的补气传输管，炉盖上连通有气体传输管；所述的模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱至少包括：包括：密闭的箱体，位于箱体内底部的搅拌器，用于对密闭的箱体抽真空的真空泵，贯穿箱体的大气污染物输入管，大气污染物输入管上设置有单向阀，对箱体内提供水分的加湿器，以及位于箱体内部的黑光灯，所述的箱体包括内壳体和外壳体，内壳体和外壳体之间的空腔被分割成制冷剂循环层和隔热保护层，贯穿内壳体和外壳体设置有气体测试口和补气口；所述的颗粒物粒径浓度测量仪为宽范围颗粒粒径谱仪(WPS‑1000XP),宽范围颗粒粒径谱仪(WPS‑1000XP)通过导电橡胶管与气溶胶烟雾箱的气体测试口连接，燃烧装置炉盖上的气体传输管与气溶胶烟雾箱的大气污染物输入管连通，气体测试口上设置有单向阀。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，包括依次相连接的模拟生物质露天燃烧的燃烧装置、模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱、颗粒物粒径浓度测量仪；所述的模拟生物质露天燃烧的燃烧装置至少包括：燃烧炉壳体，用于密封燃烧炉壳体的炉盖，以及与燃烧炉壳体内部连通的补气传输管，炉盖上连通有气体传输管；所述的模拟大气污染物排放到大气中的气溶胶烟雾箱至少包括：包括：密闭的箱体，位于箱体内底部的搅拌器，用于对密闭的箱体抽真空的真空泵，贯穿箱体的大气污染物输入管，大气污染物输入管上设置有单向阀，对箱体内提供水分的加湿器，以及位于箱体内部的黑光灯，所述的箱体包括内壳体和外壳体，内壳体和外壳体之间的空腔被分割成制冷剂循环层和隔热保护层，贯穿内壳体和外壳体设置有气体测试口和补气口；所述的颗粒物粒径浓度测量仪为宽范围颗粒粒径谱仪(WPS-1000XP),宽范围颗粒粒径谱仪(WPS-1000XP)通过导电橡胶管与气溶胶烟雾箱的气体测试口连接，燃烧装置炉盖上的气体传输管与气溶胶烟雾箱的大气污染物输入管连通，气体测试口上设置有单向阀。2.根据权利要求1所述的用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，其特征在于，所述的燃烧炉壳体为一端开口另一端密封的结构，炉盖设置在燃烧炉壳体开口端处，炉盖与燃烧炉壳体密封连接，炉盖的顶部设置有气体传输管，气体传输管与燃烧炉壳体内部连通，在燃烧炉壳体内横向设置有燃烧网，补气传输管设置在燃烧网的下方，补气传输管穿过燃烧炉壳体延伸至壳体外并与补气泵连接，在补气传输管的管路上设置有流量控制器和颗粒物过滤器，通过流量控制器使补气流速控制在4-10L/min，优选的，补气流速为6-9L/min，在燃烧网的上部设置有测试管，测试管延伸至壳体外并与烟气分析仪连接。3.根据权利要求2所述的用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，其特征在于，在燃烧炉壳体开口端与炉盖之间设置有密封圈，燃烧炉壳体开口端与炉盖通过密封夹固定连接，燃烧炉壳体为圆柱形壳体，炉盖为倒漏斗形，倒漏斗形的顶部漏斗嘴与气体传输管连接，炉盖开口端内径与燃烧炉壳体开口端内径相匹配，在燃烧网上部的壳体上设置有透明观察窗。4.根据权利要求2所述的用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，其特征在于，燃烧炉壳体高度为800-1200mm，内直径为700-800mm，炉盖的内侧壁涂覆有Teflon防粘涂层，炉盖的高度为100-200mm，炉盖底部开口端内径为700-800mm，气体传输管的内侧壁涂覆有Teflon防粘涂层，气体传输管的内直径为20-40mm。5.根据权利要求2所述的用于测量颗粒物在模拟环境中粒径分布的大气气溶胶烟雾系统，其特征在于，燃烧网为圆形石棉燃烧网，燃烧网的周边设置有硬性固定架，硬性固定架的另一端固定在燃烧炉壳体的内侧壁上，在燃烧网的底部设置电打火装置，电打火装置与燃烧炉壳体侧壁外...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建民，孙剑峰，朱超，李庆，李凌，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海,31