具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明所有原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选采用分析纯或生物质燃烧领域常规的纯度即可。

一种模拟生物质露天燃烧的采样系统，其特征在于，包括密闭的模拟舱、烟气循环系统；

以及置于所述模拟舱中的滑道样品放置装置、PM采样器、燃烧条件和产物监测装置、空气涡轮装置、烟气抽气装置和喷雾模块；

所述滑道样品放置装置、PM采样器和燃烧条件和产物监测装置相邻放置；

所述燃烧条件和产物监测装置包括温度检测传感仪、湿度检测传感装置和气态污染物检测装置；

所述模拟舱内还设置有点火装置；

所述点火装置邻近设置在滑道样品放置装置周围；

所述烟气抽气装置的进气口设置在所述模拟舱内的顶部；

所述空气涡轮装置设置在模拟舱内的上部；

所述烟气抽气装置的出气口分别与所述烟气循环系统的进气口和系统外相连通；

所述烟气循环系统的出气口的数量为一个以上。

所述模拟舱的平面上设置有出气口；

所述出气口的个数为3～6个；

所述烟气抽气装置的出气口与所述烟气循环系统的进气口之间设置有调节装置；

所述多个出气口分别设置有调节装置；

所述烟气抽气装置与所述烟气循环系统相关联，实现连锁控制。

所述温度检测传感仪、湿度检测传感装置和喷雾模块相关联，实现连锁控制；

所述喷雾模块的数量为1～4个；

所述模拟舱的平面上设置有喷雾模块。

所述烟气循环系统与所述空气涡轮装置相关联，实现连锁控制；

所述采样系统还包括计算机控制系统；

所述烟气循环系统、燃烧条件和产物监测装置、空气涡轮装置、烟气抽气装置和喷雾模块中的一个以上设备，与所述计算机控制系统相关联，实现连锁控制；

所述滑道样品放置装置为长方形滑道。

所述模拟舱上还设置有密闭式手控操作装置；

所述密闭式手控操作装置的设置位置与滑道样品放置装置的位置相关联；

所述密闭式手控操作装置上设置有橡胶手套，用于生物质摆放和点燃；

所述PM采样器包括PM_2.5采样器和/或PM₁采样器。

所述滑道样品放置装置上还设置有石棉网；

所述气态污染物包括SO₂、NO_x、CO、O₃和NH₃中的一种或多种；

所述模拟舱材质包括有机玻璃；

所述模拟舱的体积为0.5～1m³；

所述滑道样品放置装置的放置量为5～20g。

本发明提供了一种利用上述技术方案任意一项所述的采样系统模拟生物质露天燃烧的采样方法，包括以下步骤：

1)通过换气装置对模拟舱进行换气处理，同时设置PM采样器的采样时间，以及燃烧条件和产物监测装置的采样参数，直到模拟舱内的状态恒定，然后使模拟舱保持密闭；

2)将烘干后的生物质原料通过滑道样品放置装置送入模拟舱中，再通过密闭式手控操作装置将生物质原料点燃；

3)在生物质原料的燃烧过程中，开启模拟舱内部空气涡轮装置，使得燃烧的烟气均匀分散后，开启PM采样器、燃烧条件和产物监测装置进行采样；

或者，在生物质原料的燃烧过程中，开启模拟舱内部空气涡轮装置、烟气抽气装置、烟气循环系统、喷雾模块以及计算机控制系统，模拟大气状态和天气状况，再开启PM采样器、燃烧条件和产物监测装置进行采样。

所述模拟舱内的状态恒定包括模拟舱内的温度和湿度恒定；

所述烘干的温度为105～120℃；

所述烘干具体为多次烘干至恒重；

所述生物质原料包括花生壳、稻壳、小麦秸秆和木质颗粒物中的一种或多种。

本发明提供了一种模拟生物质露天燃烧的采样系统，包括密闭的模拟舱、烟气循环系统；

以及置于所述模拟舱中的滑道样品放置装置、PM采样器、燃烧条件和产物监测装置、空气涡轮装置、烟气抽气装置和喷雾模块；

所述滑道样品放置装置、PM采样器和燃烧条件和产物监测装置相邻放置。

本发明所述模拟生物质露天燃烧的采样系统中包括密闭的模拟舱。

本发明原则上对所述密闭的模拟舱的材质没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述模拟舱材质优选包括有机玻璃。

本发明原则上对所述密闭的模拟舱的尺寸没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述模拟舱的尺寸优选为0.5～1m³，更优选为0.6～0.9m³，更优选为0.7～0.8m³，具体可以为1m³。

本发明所述模拟生物质露天燃烧的采样系统中包括滑道样品放置装置，所述滑道样品放置装置内置于所述模拟舱中。

本发明原则上对所述滑道样品放置装置的形貌没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述滑道样品放置装置优选为长方形滑道。

本发明原则上对所述滑道样品放置装置的放置量没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述滑道样品放置装置的放置量优选为5～20g，更优选为7～18g，更优选为10～15g，具体可以为5g。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述模拟舱内还设置有点火装置。优选的，所述滑道样品放置装置上还优选设置有石棉网。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述模拟舱内还设置有点火装置。优选的，所述点火装置邻近设置在滑道样品放置装置周围。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述模拟舱上还优选设置有密闭式手控操作装置。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述密闭式手控操作装置的设置位置优选与滑道样品放置装置的位置相关联。

本发明原则上对所述密闭式手控操作装置上的放置物品没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述密闭式手控操作装置上优选设置有橡胶手套，用于生物质摆放和点燃。

本发明所述模拟生物质露天燃烧的采样系统中包括空气涡轮装置设置，所述空气涡轮装置设置在模拟舱内的上部。

本发明原则上对所述PM采样器的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述PM采样器优选包括PM_2.5采样器和/或PM₁采样器，更优选为PM_2.5采样器和PM₁采样器。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述采样系统还优选包括烟气抽气装置。

本发明为完整和细化整体制备工艺，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述烟气抽气装置的进气口优选设置在所述模拟舱内的顶部。

本发明原则上对所述燃烧条件和产物监测装置的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述燃烧条件和产物监测装置优选包括温度检测传感仪、湿度检测传感装置和气态污染物检测装置。

在本发明中，所述采样系统还包括烟气循环系统。所述烟气抽气装置的出气口优选分别与所述烟气循环系统的进气口和系统外相连通。

本发明原则上对所述烟气循环系统的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述烟气循环系统的出气口包括多个出气口。更优选的，所述多个出气口设置在模拟舱的不同平面上。具体的，本发明所述多个出气口的个数优选为3～6个，更优选为4～5个。更具体的，本发明所述烟气抽气装置的出气口与所述烟气循环系统的进气口之间优选设置有调节装置，进一步的，所述多个出气口分别优选设置有调节装置。在本发明中，所述烟气抽气装置与所述烟气循环系统相关联，实现连锁控制，更优选为烟气循环系统、空气涡轮装置以及烟气抽气装置相关联，实现连锁控制。

在本发明中，所述模拟舱中还包括喷雾模块。具体的，本发明所述喷雾模块包括一个或多个，其中多个优选为2、3或4个。更具体的，所述多个喷雾模块优选设置在模拟舱的不同平面上。在本发明中，所述温度检测传感仪、湿度检测传感装置和喷雾模块优选相关联，实现连锁控制。

在本发明中，所述采样系统优选还包括计算机控制系统。本发明所述烟气循环系统、燃烧条件和产物监测装置、空气涡轮装置、烟气抽气装置和喷雾模块中的一个或多个，与所述计算机控制系统相关联，实现连锁控制。本发明更优选烟气循环系统、燃烧条件和产物监测装置、空气涡轮装置、烟气抽气装置和喷雾模块，与所述计算机控制系统相关联，实现连锁控制。

本发明原则上对所述气态污染物的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述气态污染物优选包括SO₂、NO_x、CO、O₃和NH₃中的一种或多种，更优选为SO₂、NO_x、CO、O₃和NH₃中的多种，具体可以为SO₂、NO_x、CO和NH₃。

本发明为完整和细化整体采样系统，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，上述采样系统具体可以包括：

送料装置(滑道样品放置装置)、燃烧装置(点火装置)、烟气收集装置(PM采样器)、排烟装置(烟气抽气装置)、监测装置(燃烧条件和产物监测装置)、空气涡轮装置、烟气抽气装置、烟气循环系统和喷雾模块等组成的封闭系统，其体积为1m³，材质为有机玻璃。

送料装置采用长方形滑道，上方放置石棉网，旁侧接有橡胶手套，可直接从模拟仓外伸手进行生物质点燃过程。

烟气收集装置包括采样泵，用于生物质燃烧过程中PM_2.5和PM₁的颗粒物样品采集，在燃烧装置上方设置有涡轮风扇，在烟气排烟装置管道处设有排气阀。

监测装置包括温度检测传感仪、湿度检测传感装置，SO₂、NO_x等气态污染物检测仪。

进一步的，温度检测传感仪、湿度检测传感装置及喷雾模块，可以用于控制箱内湿度，模拟雨天、大雾及雾霾天气等高湿度空气环境下的秸秆燃烧。而烟道循环管道系统，内设可控调整阀门和多条通道，搭配空气涡轮装置，共同模拟大气循环系统(如大风天气静稳天气，微风天气，暖流和冷空气等)

参见图1，图1为本发明提供的模拟生物质露天燃烧的采样系统的示意简图。其中，1为模拟舱，2为手控操作平台，3为点火装置，4为滑道样品放置处，5为PM2.5、PM1采样器，6为空气涡轮装置，7为烟气抽气装置，8为烟气循环系统，8-1～8-5为不同位置的烟气循环系统出气口，9为气态污染物监测装置，10为喷雾模块，11为计算机控制系统。

本发明提供了一种采样系统模拟生物质露天燃烧的采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过换气装置对模拟舱进行换气处理，同时设置PM采样器的采样时间，以及燃烧条件和产物监测装置的采样参数，直到模拟舱内的状态恒定，然后使模拟舱保持密闭；

2)将烘干后的生物质原料通过滑道样品放置装置送入模拟舱中，再通过密闭式手控操作装置将生物质原料点燃；

3)在生物质原料的燃烧过程中，开启模拟舱内部空气涡轮装置，使得燃烧的烟气均匀分散后，开启PM采样器、燃烧条件和产物监测装置进行采样；

或者，在生物质原料的燃烧过程中，开启模拟舱内部空气涡轮装置、烟气抽气装置、烟气循环系统、喷雾模块以及计算机控制系统，模拟大气状态和天气状况，再开启PM采样器、燃烧条件和产物监测装置进行采样。

本发明对所述采样方法中的装置的选择、结构和比例，以及相应的优选原则，与前述采样系统中的装置的选择、结构和比例，以及相应的优选原则，可以优选进行对应，在此不再一一赘述。

本发明首先通过换气装置对模拟舱进行换气处理，同时设置PM采样器的采样时间，以及燃烧条件和产物监测装置的采样参数，直到模拟舱内的状态恒定，然后使模拟舱保持密闭。

本发明原则上对所述模拟舱内的状态恒定的具体设定没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述模拟舱内的状态恒定优选包括模拟舱内的温度和湿度恒定。

本发明再将烘干后的生物质原料通过滑道样品放置装置送入模拟舱中，再通过密闭式手控操作装置将生物质原料点燃。

本发明原则上对所述烘干的温度没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述烘干的温度优选为105～120℃，更优选为108～118℃，更优选为110～115℃，具体可以为105℃。

本发明原则上对所述烘干的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述烘干具体优选为多次烘干至恒重。

本发明原则上对所述生物质原料的具体选择没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际生产情况、燃烧要求以及供能要求进行选择和调整，本发明为更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，所述生物质原料优选包括花生壳、稻壳、小麦秸秆和木质颗粒物中的一种或多种，更优选为花生壳、稻壳、小麦秸秆或木质颗粒物。具体的，所述生物质原料的细度优选为80～200目，更优选为100～180目，更优选为120～160目，具体可以为100目。

本发明最后在生物质原料的燃烧过程中，开启模拟舱内部空气涡轮装置，使得燃烧的烟气均匀分散后，开启PM采样器、燃烧条件和产物监测装置进行采样。

本发明为完整和细化整体采样方法，更好的在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，监测气态污染物的变化特征，获得更准确的数据，仅就上述简单的采样方法具体可以为以下步骤，具体模拟过程不再详述：

准备阶段：将模拟生物质露天燃烧的装置清理干净，打开抽气泵，使得装置内空气流动，设置PM₁和PM_2.5采样仪的采样时间，以及SO₂、NO_x的采样参数，检查模拟舱的密闭性，同时利用压缩空气将模拟舱内充满空气。

工作阶段：用天平准确称量生物质秸秆，在烘箱中烘干称重后，再进行烘干称重，直到样品重量恒定后为止，将样品放置在干燥器中备用。在进行生物质样品燃烧实验前，将模拟舱阀门打开后，将抽气装置打开进行舱内换气，待其温度、湿度恒定后，关闭阀门，使舱内保持密闭；将称重烘干后的生物质放置在石棉网上，关闭舱门，利用模拟舱设置的操作口进行燃烧过程，在燃烧过程中，将舱顶的空气涡轮装置开启，使得燃烧后的烟尘能迅速均匀分布在模拟舱内，开启采样系统进行样品的采集。

清理阶段：待完成模拟生物质秸秆露天燃烧产生的大气污染物的采样及测定工作后，关闭颗粒物采样及气体测试装置，打开排气装置，待排气结束后，向模拟舱内充入清洁空气待下次实验使用；同时收集实验样品，进行下一步实验测定。

本发明上述步骤提供了一种模拟生物质露天焚烧排放的燃烧采样系统以及一种模拟生物质露天燃烧的采样方法。本发明特别提供了一种模拟生物质露天燃烧的采样系统。该模拟生物质露天焚烧排放的燃烧采样系统，采用了特殊的装置及其组合，主要由送料装置、燃烧装置、样品收集装置、排烟(抽气)装置和监测装置组成，能够在密闭的条件下，对生物质露天燃烧的过程进行模拟、采样、监测和数据收集，从而获得生物质露天燃烧过程的更准确的数据。该系统可以进行室外生物质燃烧模拟，同时收集生物质燃烧后的产物、生物质燃烧过程中产生的PM_2.5和PM₁，监测气态污染物的变化特征等，克服了以往研究过程中无法在封闭条件下模拟生物质燃烧过程，且露天燃烧下收集样品受到外界环境较大影响等缺陷。更关键的是，本发明还能够通过多种装置的配合和控制，利用烟道循环管道系统，内设的可控调整阀门和多条通道，搭配空气涡轮装置和烟气抽气装置，共同模拟大气循环系统(如大风天气静稳天气，微风天气，暖流和冷空气等)，此外，通过温度检测传感仪、湿度检测传感装置配合喷雾模块，用于控制箱内湿度，模拟雨天大雾及雾霾天气等高湿度空气环境下的秸秆燃烧，进而对露天环境燃烧进行拟合，对于差异性进行进一步的分析。而且本发明提供的系统和方法简单易行，可控性好，成本低，更加有利于工业化推广和应用。

实验结果表明，本发明提供的环境模拟舱内进行生物质模拟燃烧，相比现有的室外测量，可以更好得判断污染来源，分析生物质燃烧产物及其对大气环境的影响。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种模拟生物质露天燃烧的采样系统以及一种模拟生物质露天燃烧的采样方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。

本发明以下实施例所用到的试剂均为市售商品。

实施例1

准备阶段：将模拟生物质露天燃烧的装置清理干净，打开抽气泵，使得装置内空气流动，设置PM₁和PM_2.5采样仪的采样时间，以及SO₂、NO_x的采样参数，检查模拟舱的密闭性，同时利用压缩空气将模拟舱内充满空气。

工作阶段：用天平准确称量5.00g生物质原料，在100℃烘箱中烘干5h称重后，再进行烘干2h称重，直到样品重量恒定后为止，将样品放置在干燥器中备用。在进行生物质样品燃烧实验前，将模拟舱阀门打开后，将抽气装置打开进行舱内换气，待其温度、湿度恒定后，关闭阀门，使舱内保持密闭；将称重烘干后的生物质放置在石棉网上，关闭舱门，利用模拟舱设置的操作口进行燃烧过程，在燃烧过程中，将舱顶的空气涡轮装置开启，使得燃烧后的烟尘能迅速均匀分布在模拟舱内，开启采样系统进行样品的采集。

其中，生物质原料分别为花生壳、稻壳、小麦秸秆和木质颗粒物。

清理阶段：待完成模拟生物质秸秆露天燃烧产生的大气污染物的采样及测定工作后，关闭颗粒物采样及气体测试装置，打开排气装置，待排气结束后，向模拟舱内充入清洁空气待下次实验使用；同时收集实验样品，进行下一步实验测定。

对本发明实施例1提供的燃烧过程进行燃烧特征研究，将燃烧过程中采集到的PM2.5颗粒物样品分别进行重金属元素、离子成分分析，同时进行其形貌观测，得到不同生物质燃烧特征。

参见表1，表1为本发明实施例提供的燃烧系统生物质燃烧后的理化性质及燃烧后重金属元素分析。

表1

参见表2，表2为本发明实施例提供的燃烧系统生物质燃烧后的离子成分分析。

表2

由表1和表2的数据可知，本发明提供的模拟生物质秸秆露天燃烧系统，能够准确的得到生物质秸秆正常燃烧的相关数据。

参见图2，图2为某地在秸秆燃烧期中的采暖期初始的大气PM2.5质量浓度分析(10.19～10.22)。

由图2可知，现有条件下，秸秆燃烧期进行了大气环境中PM2.5颗粒物的采集工作，能够得到其质量浓度，在采暖期初始(10.19～10.22)PM2.5质量浓度具有一定的增加，但仅从大气环境PM2.5质量浓度变化情况来看，无法准确地判断其变化成因，所以难以准确的对秸秆燃烧对于大气变化的情况进行判断。而通过本发明提供的模拟燃烧系统进行相应的数据模拟，再结合地域的检测数据，后续可以对生物质燃烧对大气的影响进行更加精准的预估和计算，再通过模拟装置，可以对地域实际情况进行模拟和拟合，从而对于差异性进行进一步的分析。

以上对本发明提供的一种模拟生物质露天焚烧排放的燃烧采样系统以及一种模拟生物质露天燃烧的采样方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。