采样制样系统及采样制样方法

摘要

本发明涉及同位素检测领域，公开了一种采样制样系统及其方法，采样制样系统设置在煤混生物质电站中，包括：与煤混生物质电站的锅炉烟道相连通的取样管道，在取样管道自靠近锅炉烟道的一端向着远离锅炉烟道的一端依次设置有：过滤装置、质量流量控制器、二氧化碳陷阱和抽气装置。采样制样系统还包括二氧化碳转移装置和碳‑14测试装置，二氧化碳转移装置用于将二氧化碳陷阱中的二氧化碳转移至碳‑14测试装置，碳‑14测试装置用于计量二氧化碳的碳‑14。本发明能够快速地计算出煤混生物质电站的混燃比。

权利要求

1.一种采样制样系统，设置在煤混生物质电站中，其特征在于，包括：与煤混生物质电站的锅炉烟道(6)相连通的取样管道(7)，在所述取样管道(7)自靠近所述锅炉烟道(6)的一端向着远离所述锅炉烟道(6)的一端依次设置有：过滤装置(2)、质量流量控制器(3)、二氧化碳陷阱(4)和抽气装置(5)；

所述采样制样系统还包括二氧化碳转移装置(8)和碳-14测试装置(1)，所述二氧化碳转移装置(8)用于将二氧化碳陷阱(4)中的二氧化碳转移至所述碳-14测试装置(1)，所述碳-14测试装置(1)用于计量二氧化碳的碳-14；

所述碳-14测试装置(1)包括光纤(12)、闪烁计数仪(13)和碳-14测试瓶(11)；

其中，所述碳-14测试瓶(11)包括承压外壳(111)和设置于所述承压外壳(111)内的样品仓(112)，所述样品仓(112)内设置有腔体(113)，所述碳-14测试瓶(11)上设置有与所述腔体(113)相连通的注入口(116)，所述注入口(116)与所述转移装置相连接，所述样品仓(112)能够使所述腔体(113)内产生的光线发生漫反射，所述腔体(113)内预置有闪烁剂；

所述样品仓(112)至少有部分是透明的，所述承压外壳(111)上设置有一端与外部的闪烁计数仪(13)连接的光纤通道(114)，所述光纤通道(114)的另一端连接至所述样品仓(112)的透明部位；

所述承压外壳(111)和所述样品仓(112)之间还设置有保温层(115)；

所述腔体(113)内还设置有传感组件(117)，所述传感组件(117)为压力传感器和/或温度传感器；

所述腔体(113)为球形或者圆柱形；

所述光纤(12)的一端插入所述光纤通道(114)，另一端连接所述闪烁计数仪(13)。

2.根据权利要求1所述的采样制样系统，其特征在于，所述二氧化碳陷阱(4)包括：用于固定二氧化碳的捕捉容器(41)和用于为所述捕捉容器(41)调节温度的温度调节装置(42)；

在所述取样管道(7)上连接所述抽气装置(5)和所述二氧化碳陷阱(4)之间的部位上设置有排空阀门(71)，在所述取样管道(7)上连接所述质量流量控制器(3)和所述二氧化碳陷阱(4)之间的部位上设置有前置阀门(72)；

所述转移装置包括一端与所述二氧化碳陷阱(4)连通的转移管道(81)，所述转移管道(81)的另一端与所述碳-14测试装置(1)相连通；

所述转移管道(81)上设置有第一转移阀门(82)。

3.根据权利要求2所述的采样制样系统，其特征在于，

所述转移管道(81)上自靠近所述二氧化碳陷阱(4)的部分向着远离所述二氧化碳陷阱(4)的部分依次设置有：气体压缩机(83)、压力容器(84)、第二转移阀门(85)和转移泵(86)；

所述第一转移阀门(82)设置于所述气体压缩机(83)和所述二氧化碳陷阱(4)之间；

所述气体压缩机(83)用于将所述二氧化碳在压力容器(84)内压缩成液态或超临界状态；

所述转移泵(86)用于将所述压力容器(84)内的二氧化碳转移至所述碳-14测试装置(1)内。

4.根据权利要求2或3所述的采样制样系统，其特征在于，所述转移装置还包括与所述转移管道(81)通过管道支路(88)相连接的真空泵(87)，在所述管道支路(88)上设置有真空阀门(89)；

所述采样制样系统还包括：与所述抽气装置(5)的出口连接的换热管道(73)，所述换热管道(73)用于与所述取样管道(7)上位于所述锅炉烟道(6)和所述过滤装置(2)之间的部分换热。

5.根据权利要求1所述的采样制样系统，其特征在于，所述过滤装置(2)包括依次连接的：前滤尘器(21)、干燥器(22)、后滤尘器(23)；

所述质量流量控制器(3)和所述二氧化碳陷阱(4)之间还设置有冷阱(9)，所述冷阱(9)的温度在零下40摄氏度至零下60摄氏度之间。

6.一种采样制样方法，用于计量煤混生物质电站的锅炉烟道(6)中的烟气的碳-14，其特征在于，包括如下步骤：过滤和固定步骤：滤除烟气中的颗粒物和水，将烟气中的二氧化碳固定在二氧化碳陷阱(4)中；

烟气计量步骤：利用质量流量控制器(3)获取进入二氧化碳陷阱(4)的烟气量；

转移步骤：将二氧化碳陷阱(4)中的二氧化碳转移至碳-14测试装置(1)内；

碳-14计量步骤：计量位于碳-14测试装置(1)内的二氧化碳的碳-14；

在所述碳-14计量步骤中，还包括如下子步骤：

混合步骤：将二氧化碳和闪烁剂混合均匀，形成混合物，在黑暗条件下静置预设时间；

计数步骤：利用闪烁计数仪(13)对混合物进行计数；

当所述二氧化碳被预处理为液体时，在所述混合步骤中，所述二氧化碳与所述闪烁剂的混合比例为10：1至100：1(体积比)；

当所述二氧化碳被预处理为超临界流体时，所述二氧化碳与所述闪烁剂的混合比例为

0.16L/g-0.4L/g(体积质量比)。

7.根据权利要求6所述的采样制样方法，其特征在于，在所述烟气计量步骤之后，所述转移步骤之前，还包括如下步骤：二次过滤步骤：将所述烟气通过冷阱(9)，滤除烟气中的硫化物和氮氧化物。

8.根据权利要求6所述的采样制样方法，其特征在于，在所述转移步骤中，还包括如下子步骤：将所述二氧化碳预处理为液态或超临界流体状态。

说明书

采样制样系统及采样制样方法

技术领域

[0001] 本发明涉及同位素检测领域，公开了一种采样制样系统及其采样制样方法。

背景技术

[0002] 目前，煤炭仍是电力行业的主能源，随着社会的发展与经济水平的不断提高，人们对电力的需求急剧增加，煤炭储量急剧下降的同时，也对自然环境造成了极大的破坏。

[0003] 生物质能是一种含碳的可再生能源，其“碳中性”的特性，这使得利用生物质能替代部分以煤炭为代表的化石能源，减少二氧化碳排放以缓解温室效应。

[0004] 生物质混煤燃烧是一种优秀的大规模利用生物质能的方式，不仅能降低污染物和二氧化碳的排放，且可以高效利用低热值的生物质燃料，是一种高效且环保的能源获取方法。

[0005] 碳-14(14C)是碳元素的一种具放射性的同位素，于1940年2月27日由加州大学伯克利分校放射性实验室的马丁·卡门和萨姆·鲁本首先发现。

[0006] 碳-14通过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生。活着的生物由于参与大气中的碳循环，其含有碳-14的活度往往与大气水平相一致。煤炭由于上百万年来深埋于地底，所以其原有的碳-14几乎已经衰变殆尽。因此通过测量煤混生物质电站的锅炉烟道中的烟气所含的二氧化碳的碳-14数据，就可以知道这一电站中是否利用了生物质能，所利用的比例，也就是混燃比是多少。

[0007] 本发明涉及的生物质混燃比检测技术基于碳-14同位素的放射性定年法，该方法最早被用于考古学和地质学研究中，现也应用于生物基材料的鉴别以及垃圾焚烧电站生物源燃料比例检测中，是一种有效的生物成分鉴别方法。

[0008] 与垃圾焚烧电站的情况不同，生物燃料供应受季节变化影响，混燃电站掺混生物质的比例可能难以超过5％。在低掺混比时，加速器质谱是最精确碳-14活度检测方式，但由于仪器的昂贵造价无法推广。

[0009] 由于当前缺乏有效、可靠的生物质掺烧量的检测技术与装置，使得世界各国的政府都难以制定生物质混燃发电的补贴标准和补贴政策，限制了混燃发电技术及其市场的发展。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种采样制样系统和采样制样方法，本发明能够快速地计算出煤混生物质电站的混燃比。

[0011] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种采样制样系统，设置在煤混生物质电站中，包括：

[0012] 与煤混生物质电站的锅炉烟道相连通的取样管道，在取样管道自靠近锅炉烟道的一端向着远离锅炉烟道的一端依次设置有：

[0013] 过滤装置、质量流量控制器、二氧化碳陷阱和抽气装置。

[0014] 采样制样系统还包括二氧化碳转移装置和碳-14测试装置，二氧化碳转移装置用于将二氧化碳陷阱中的二氧化碳转移至碳-14测试装置，碳-14测试装置用于计量二氧化碳的碳-14。

[0015] 本发明还提供了一种采样制样方法，用于计量煤混生物质电站的锅炉烟道中的烟气的碳-14，包括如下步骤：

[0016] 过滤和固定步骤：滤除烟气中的颗粒物和水，将烟气中的二氧化碳固定在二氧化碳陷阱中。

[0017] 烟气计量步骤：利用质量流量控制器(3)获取进入二氧化碳陷阱的烟气量。

[0018] 转移步骤：将二氧化碳陷阱(4)中的二氧化碳转移至碳-14测试装置(1)内。

[0019] 碳-14计量步骤：计量位于碳-14测试装置(1)内的二氧化碳的碳-14。

[0020] 相对于现有技术而言，本发明通过利用取样管道锅炉烟道中直接取样，在过滤后利用质量流量控制器能够获得精确的烟气计量。通过利用二氧化碳转移装置和碳-14测试装置，在不需要过多的人工介入的前提下能够很好地完成煤混生物质电站的混燃比测量。

[0021] 本发明具有测量结果准确，成本低廉，耗时较短的优势。

[0022] 作为优选，二氧化碳陷阱包括：

[0023] 用于固定二氧化碳的捕捉容器和用于为捕捉容器调节温度的温度调节装置。

[0024] 在取样管道上连接抽气装置和二氧化碳陷阱之间的部位上设置有排空阀门，在取样管道上连接质量流量控制器和二氧化碳陷阱之间的部位上设置有前置阀门。

[0025] 转移装置包括一端与二氧化碳陷阱连通的转移管道，转移管道的另一端与碳-14测试装置相连通。

[0026] 转移管道上设置有第一转移阀门。

[0027] 在二氧化碳陷阱所设置的温度调节装置，可以缓慢加热固化在二氧化碳陷阱中的二氧化碳。通过控制捕捉容器的压力和温度，可以在二氧化碳陷阱中直接获得液相的二氧化碳，进而可以十分方便地令液相二氧化碳通过第一转移阀门进入碳-14测试装置内，参与测试。

[0028] 进一步地，作为优选，转移管道上自靠近二氧化碳陷阱的部分向着远离二氧化碳陷阱的部分依次设置有：

[0029] 气体压缩机、压力容器、第二转移阀门和转移泵。

[0030] 第一转移阀门设置于气体压缩机和二氧化碳陷阱之间；

[0031] 气体压缩机用于将二氧化碳在压力容器内压缩成液态或超临界状态。

[0032] 转移泵用于将压力容器内的二氧化碳转移至碳-14测试装置内。

[0033] 同样作为优选，在转移步骤中，还包括如下子步骤：

[0034] 将二氧化碳预处理为液态或超临界流体状态。

[0035] 通过采用气体压缩机能够更好地控制压力容器内的二氧化碳，因此更易于获得液态或超临界状态下的二氧化碳，能够提高测试计量的精确度。

[0036] 另外，作为优选，转移装置还包括与转移管道通过管道支路相连接的真空泵，在管道支路上设置有真空阀门。

[0037] 通过设置的真空泵可以为系统抽真空，避免原有气体对气压的影响，提高测量精确度。

[0038] 另外，作为优选，采样制样系统还包括：与抽气装置的出口连接的换热管道，换热管道用于与取样管道上位于锅炉烟道和过滤装置之间的部分换热。

[0039] 所设置的换热管道能够降低进入采样制样系统的烟气的温度，进而降低二氧化碳陷阱的降温需求，在节约系统能耗的同时还能减少二氧化碳陷阱固定二氧化碳的时间，提高采样制样效率。

[0040] 此外，作为优选，过滤装置包括依次连接的：

[0041] 前滤尘器、干燥器、后滤尘器。

[0042] 质量流量控制器和二氧化碳陷阱之间还设置有冷阱，冷阱的温度在零下40摄氏度至零下60摄氏度之间。

[0043] 同样作为优选，在烟气计量步骤之后，转移步骤之前，还包括如下步骤：

[0044] 二次过滤步骤：将烟气通过冷阱，滤除烟气中的硫化物和氮氧化物。

[0045] 通过过滤装置过滤烟气中的杂质，通过使用冷阱纯化与固定二氧化碳，提高了二氧化碳的纯度，从而提高了检测精度。本发明还通过采用液体闪烁计数仪，减少了实现仪器自动化部分的成本，提高液体闪烁计数仪在生物质掺烧比例监测应用中的竞争力。

[0046] 另外，作为优选，碳-14测试装置包括光纤、闪烁计数仪和碳-14测试瓶。

[0047] 其中，碳-14测试瓶包括承压外壳和设置于承压外壳内的样品仓，样品仓内设置有腔体，碳-14测试瓶上设置有与腔体相连通的注入口，样品仓能够使腔体内产生的光线发生漫反射，腔体内预置有闪烁剂。

[0048] 样品仓至少有部分是透明的，承压外壳上设置有一端与外部的闪烁计数仪连接的光纤通道，光纤通道的另一端连接至样品仓的透明部位。

[0049] 承压外壳和样品仓之间还设置有保温层。

[0050] 腔体内还设置有传感组件。

[0051] 腔体为球形或者圆柱形。

[0052] 光纤的一端插入光纤通道，另一端连接闪烁计数仪。

[0053] 传感组件为压力传感组件和/或温度传感组件。

[0054] 同样作为优选，在碳-14计量步骤中，还包括如下子步骤：

[0055] 混合步骤：将二氧化碳和闪烁剂混合均匀，形成混合物，在黑暗条件下静置预设时间。

[0056] 计数步骤：利用闪烁计数仪对混合物进行计数。

[0057] 当二氧化碳被预处理为液体时，在混合步骤中，二氧化碳与闪烁剂的混合比例为10：1至100：1(体积比)。

[0058] 当二氧化碳被预处理为超临界流体时，二氧化碳与闪烁剂的混合比例为0.16L/g-0.4L/g(体积质量比)。

[0059] 本发明通过在样品仓外部设置承压外壳，能够将样品仓的腔体内的二氧化碳保持在相对稳定的相态下，使得二氧化碳得以和闪烁剂充分混合。通过所设置的能够产生漫反射的腔体，使得二氧化碳中的碳-14所衰变出的高能电子，与闪烁剂单体发生碰撞，从而使得闪烁剂单体处于激发态。当闪烁剂单体退激发时，将生出波长约为380nm左右的光子，这些光子能够通过光纤通道进入外部的闪烁计数仪，从而能够计算出二氧化碳样品中碳-14的含量。本发明的碳-14测试瓶具有结构简单，成本低廉，测试准确，所需时间短等优点。本发明的碳-14测试方法将液态或超临界状态下的二氧化碳与闪烁剂直接混合并静置，相比于将二氧化碳转化成苯而言无需使二氧化碳发生化学反应，耗时较短，测量也更加精确。

附图说明

[0060] 图1是本发明第一实施方式采样制样系统的连接示意图；

[0061] 图2是本发明第一实施方式采样制样方法的流程图；

[0062] 图3是本发明第二实施方式采样制样系统的二氧化碳陷阱、二氧化碳转移装置、抽气装置、碳-14测试装置的连接示意图；

[0063] 图4是本发明第二实施方式采样制样方法的流程图；

[0064] 图5是本发明第三实施方式采样制样系统的结构的二氧化碳陷阱、二氧化碳转移装置、抽气装置、碳-14测试装置的连接示意图；

[0065] 图6是本发明第三实施方式采样制样方法的流程图；

[0066] 图7是本发明第四实施方式采样制样系统的结构的二氧化碳陷阱、二氧化碳转移装置、抽气装置、碳-14测试装置的连接示意图；

[0067] 图8是本发明第四实施方式采样制样方法的流程图；

[0068] 图9是本发明第五实施方式采样制样系统的连接示意图；

[0069] 图10是本发明第五实施方式采样制样方法的流程图；

[0070] 图11是本发明第六实施方式采样制样系统的过滤装置的示意图；

[0071] 图12是本发明第六实施方式采样制样方法的流程图；

[0072] 图13是本发明第七实施方式采样制样系统的碳-14测试装置的示意图；

[0073] 图14是本发明第七实施方式采样制样方法的流程图；

[0074] 图15是本发明第八实施方式采样制样系统的碳-14测试装置的样品仓连接光纤时的立体爆炸示意图。

[0075] 附图标记说明：

[0076] 1-碳-14测试装置：

[0077] 11-碳-14测试瓶；

[0078] 111-承压外壳；112-样品仓；1121-本体；1122-透明片；1123-密封圈；113-腔体；114-光纤通道；115-保温层；116-注入口；117-传感组件；

[0079] 12-光纤；13-闪烁计数仪；

[0080] 2-过滤装置；21-前滤尘器；22-干燥器；23-后滤尘器；

[0081] 3-质量流量控制器；

[0082] 4-二氧化碳陷阱；41-捕捉容器；42-温度调节装置；

[0083] 5-抽气装置；

[0084] 6-锅炉烟道；

[0085] 7-取样管道；71-排空阀门；72-前置阀门；73-换热管道；

[0086] 8-二氧化碳转移装置；81-转移管道；82-第一转移阀门；83-气体压缩机；84-压力容器；85-第二转移阀门；86-转移泵；87-真空泵；88-管道支路；89-真空阀门；

[0087] 9-冷阱。

具体实施方式

[0088] 实施方式一

[0089] 本发明的第一实施方式提供了一种采样制样系统，设置在煤混生物质电站中，参见图1所示，包括：

[0090] 与煤混生物质电站的锅炉烟道6相连通的取样管道7，在取样管道7自靠近锅炉烟道6的一端向着远离锅炉烟道6的一端依次设置有：

[0091] 过滤装置2、质量流量控制器3、二氧化碳陷阱4和抽气装置5。

[0092] 采样制样系统还包括二氧化碳转移装置8和碳-14测试装置1，二氧化碳转移装置8用于将二氧化碳陷阱4中的二氧化碳转移至碳-14测试装置1，碳-14测试装置1用于计量二氧化碳的碳-14。

[0093] 图1中的箭头示意出了二氧化碳的转移方向。

[0094] 其中，本实施方式所提及的二氧化碳陷阱4可以是一个低温陷阱容器，特别可以是一个温度小于或等于于-78.4℃的低温容器。二氧化碳在二氧化碳陷阱4中将以固态凝结。然后可以通过加热气化等方式，利用液化泵转移至本发明的碳-14测试装置1内。

[0095] 所指的碳-14测试装置1可以是多种类型的测试装置，作为本发明的推荐，通常建议选择液体闪烁计数原理的相关测试装置。

[0096] 本发明的第一实施方式还提供了一种采样制样方法，用于测试煤混生物质电站的锅炉烟道6中的烟气的碳-14，参见图2所示，包括如下步骤：

[0097] 过滤和固定步骤：滤除烟气中的颗粒物和水，将烟气中的二氧化碳固定在二氧化碳陷阱4中。

[0098] 烟气计量步骤：利用质量流量控制器3获取进入二氧化碳陷阱4的烟气量。

[0099] 转移步骤：将二氧化碳陷阱4中的二氧化碳转移至碳-14测试装置1内。

[0100] 碳-14计量步骤：计量位于碳-14测试装置1内的二氧化碳的碳-14。

[0101] 此外，还可以包括混燃比计算步骤：根据所述烟气量和所述碳-14计量，计算出所述煤混生物质电站的混燃比。

[0102] 具体来说，混燃比可以根据如下公式算出：

[0103]

[0104]

[0105]

[0106]

[0107] 上述公式中各参数的意义如下：

[0108] cflue gas,B——由生物质燃烧产生的二氧化碳在烟气中总二氧化碳中的比例[Vol-％]；

[0109] Asample——被测样品中碳-14的活度[DPM/gC]，单位的意思是每克碳中，每分钟测试到的闪烁次数；

[0110] AON——当今生物质中普适的碳-14的活度[DPM/gC]；

[0111] Aox1N——NBS SRM 4990b标准材料中碳-14的活度，[DPM/gC]，其系数的0.95倍是因为“1950年后制定过多个标准，现常用的是‘absolute international standard activity(AISA)’，定义为NBS SRM 4990b标准材料14C含量的95％”。分母是由于“AISA中草酸的δ13C值为-19‰，而一般认为生物质(木头)中的δ13C值为-25‰，且物质中δ14C与δ13C的值有一定数量关系。”；

[0112] Cant□ro——修正系数，人类活动引起了大气14C浓度的剧烈变化，例如：Suess效应(逐年稀释)、核实验(短时间暴涨)；

[0113] Blending ratiOmass——生物质混燃比，质量基[kg/kg]；

[0114] Blending ratiOenergy——生物质混燃比，能量基[MJ/MJ]；

[0115] mB——生物质在总燃料中的质量比[kg/kg]；

[0116] mCoal——煤在总燃料中的质量比[kg/kg]；

[0117] cC，B——生物质中碳元素的质量含量[kg/kg]；

[0118] cC，Coal——煤中碳元素的质量含量[kg/kg]；

[0119] HB——生物质在总供能提供中的能量比[MJ/MJ]；

[0120] HCoal——煤在总供能提供中的能量比[MJ/MJ]；

[0121] QLow，B——生物质的低位发热量[kJ/kg]；

[0122] QLow，Coal——煤的低位发热量[kJ/kg]。

[0123] 通过本发明的第一实施方式所提供的采样制样方法及其系统，实现了对煤混生物质电站的测量，具有测量结果准确，成本低廉，耗时较短的优势。本发明还通过采用液体闪烁计数仪，减少了实现仪器自动化部分的成本，提高液体闪烁计数仪在生物质掺烧比例监测应用中的竞争力。

[0124] 相对于现有技术而言，本发明通过利用取样管道7、锅炉烟道6中直接取样，在过滤后利用质量流量控制器3能够获得精确的烟气计量。通过利用二氧化碳转移装置8和碳-14测试装置1，在不需要过多的人工介入的前提下能够很好地完成煤混生物质电站的混燃比测量。

[0125] 综上，本发明具有测量结果准确，成本低廉，耗时较短的优势。

[0126] 实施方式二

[0127] 本发明的第二实施方式提供了一种采样制样系统，第二实施方式是第一实施方式的采样制样系统的进一步改进，其主要改进之处在于，在本发明的第二实施方式中，参见图3所示，二氧化碳陷阱4包括：

[0128] 用于固定二氧化碳的捕捉容器41和用于为捕捉容器41调节温度的温度调节装置42。

[0129] 在取样管道7上连接抽气装置5和二氧化碳陷阱4之间的部位上设置有排空阀门71，在取样管道7上连接质量流量控制器3和二氧化碳陷阱4之间的部位上设置有前置阀门
72。

[0130] 转移装置包括一端与二氧化碳陷阱4连通的转移管道81，转移管道81的另一端与碳-14测试装置1相连通。

[0131] 转移管道81上设置有第一转移阀门82。

[0132] 本实施方式同样提供了一种采样制样方法，为第一实施方式的采样制样方法的进一步改进，其主要改进之处在于，在发明的第二实施方式中，参见图4所示，在转移步骤中，还包括如下子步骤：将二氧化碳预处理为液态。

[0133] 具体地结合到本实施方式的采样制样系统来说，可以包括如下步骤：

[0134] 1、第一转移阀门82默认为关闭状态，前置阀门72和排空阀门71为打开状态，输入烟气时经过二氧化碳陷阱4的二氧化碳气体不断地在低温的作用下凝华，在捕捉容器41中形成固态二氧化碳。

[0135] 2、当二氧化碳陷阱4中捕获了足够多的二氧化碳时，关闭前置阀门72、排空阀门71，通过温度调节装置42缓慢地加热捕捉容器41中的固态二氧化碳，同时通过控制捕捉容器41的压力和温度，使得二氧化碳液化成液态。

[0136] 3、打开第一转移阀门82，使液化的二氧化碳流入到碳-14测试装置1中。

[0137] 其中，转移管道81可以如图3所示，设置并连接在捕捉容器41的底部，如此的连接方式比较适合本实施方式的在二氧化碳陷阱4中直接获得液相二氧化碳的技术方案。

[0138] 值得一提的是，以上的具体步骤仅仅只是适用于本实施方式的结构的一种制样步骤。实际制样过程中可以根据需求作出多种调整，包括且不限于如下几种调整方式：

[0139] 在取样管道7上设置泵，将液态二氧化碳泵入碳-14测试装置1中，以提高效率，减少温度损失。

[0140] 取样管道7上设置缓冲瓶，利用相同的原理在缓冲瓶中生成液态二氧化碳，而非在二氧化碳陷阱4中直接生成液态二氧化碳。

[0141] 在捕捉容器41中设置温度传感器、压力传感器等多种传感器，将各传感器连接至排空阀门71的控制模块以调节排空阀门71的开度，进而调整捕捉容器41中的压力和温度以便于液相二氧化碳的生成等等。

[0142] 相对于现有技术而言，本发明可以十分方便地令液相二氧化碳通过第一转移阀门82进入碳-14测试装置1内，参与测试和计量。其减少了人工干预，提高了计量效率，降低了成本。

[0143] 实施方式三

[0144] 本发明的第三实施方式提供了一种采样制样系统，第三实施方式是第二实施方式的采样制样系统的改进，其主要改进之处在于，在本发明的第三实施方式中，参见图5所示，转移管道81上自靠近二氧化碳陷阱4的部分向着远离二氧化碳陷阱4的部分依次设置有：

[0145] 气体压缩机83、压力容器84、第二转移阀门85和转移泵86。

[0146] 第一转移阀门82设置于气体压缩机83和二氧化碳陷阱4之间；

[0147] 气体压缩机83用于将二氧化碳在压力容器84内压缩成液态或超临界状态。

[0148] 转移泵86用于将压力容器84内的二氧化碳转移至碳-14测试装置1内。

[0149] 本实施方式同样提供了一种采样制样方法，但本实施方式的采样制样方法与第二实施方式有所不同，其主要不同之处在于，在本发明的第二实施方式中，在转移步骤中，将二氧化碳预处理为液态。而，在本实施方式的转移步骤中，参见图6所示，不但可以将二氧化碳预处理为液态，而且还可以将二氧化碳处理为超临界状态。

[0150] 本实施方式的转移管道81可以直接连接在捕捉容器41上，也可以连接在取样管道7的位于捕捉容器41和排空阀门71之间的部位上。

[0151] 具体地结合到本实施方式的采样制样系统来说，可以包括如下步骤：

[0152] 1、第一转移阀门82默认为关闭状态，前置阀门72和排空阀门71为打开状态，输入烟气时经过二氧化碳陷阱4的二氧化碳气体不断地在低温的作用下凝华，在捕捉容器41中形成固态二氧化碳。

[0153] 2、当二氧化碳陷阱4中捕获了足够多的二氧化碳时，关闭前置阀门72、排空阀门71和第二转移阀门85，打开第一转移阀门82和气体压缩机83，通过温度调节装置42缓慢地加热捕捉容器41中的固态二氧化碳，使得二氧化碳升华成气态。

[0154] 3、气化的二氧化碳在气体压缩机83的作用下被压缩，通过控制压力容器84的压力和温度，在压力容器84内生成液态或超临界态的二氧化碳。其中，若所需生成的二氧化碳为液态时，可以考虑将二氧化碳陷阱4的温度缓慢上升至0℃至10℃，将压力容器84内的压力控制在2Mpa至4Mpa。若所需生成的二氧化碳为超临界状态时，可以考虑将二氧化碳陷阱4的温度缓慢上升至30℃至40℃，将压力容器84内的压力控制在7Mpa至9Mpa。

[0155] 4、当获得足够多的液态或超临界态的二氧化碳之后，关闭第一转移阀门82，打开第二转移阀门85和转移泵86，通过转移泵86将这些二氧化碳送入碳-14测试装置1中。考虑到转移管道81存在的二氧化碳残留，压力容器84所存储的二氧化碳的量可以是一次标准检测所需量的1.2至2.0倍，优选为1.4至1.8倍。

[0156] 为了控制压力容器84的压力和温度，作为本实施方式的进一步优选，同样可以在压力容器84中设置压力传感器和温度传感器。

[0157] 在本发明的第二实施方式中通常仅能将二氧化碳处理为液态，这主要由于要获得超临界状态，需要在容器内达到较高的压强，而仅依赖二氧化碳陷阱4较难实现。在本实施方式中，通过设置了气体压缩机83，能够更好地控制压力容器84内的二氧化碳的压力，因此更易于获得液态或超临界状态下的二氧化碳。

[0158] 超临界流体(Supercritical fluid,即SCF)是一种物质状态，当物质在超过临界温度及临界压力以上，气体与液体的性质会趋近于类似，最后会达成一个均匀相之流体现象。超临界流体类似气体具有可压缩性，可以像气体一样发生泻流，而且又兼具类似液体的流动性，密度一般都介于0.1g/ml到1.0g/ml之间。

[0159] 将二氧化碳预处理为超临界流体状态，相比于预处理为液态而言，由于超临界状态的二氧化碳的溶解性非常强，因此非常容易与闪烁剂形成均一稳定的混合液体。因此在应用到闪烁剂的碳-14测试装置1中，可以显著地提升采样制样精度。此外，当把二氧化碳预处理为超临界流体状态时，可以直接使用固体闪烁剂与之混合，而不需要加入一定的甲苯配置成的甲苯PPO/POPOP闪烁液来形成均一稳定的混合液体。

[0160] 实施方式四

[0161] 本发明的第四实施方式提供了一种采样制样系统，第四实施方式是第一至第三实施方式中任意一实施方式的采样制样系统的改进，其主要改进之处在于，在本发明的第四实施方式中，参见图7所示，转移装置还包括与转移管道81通过管道支路88相连接的真空泵87，在管道支路88上设置有真空阀门89。

[0162] 本实施方式同样提供了一种采样制样方法，为第一至第三实施方式中任意一实施方式的采样制样方法的进一步改进，其主要改进之处在于，在发明的第四实施方式中，参见图8所示，在所述转移步骤之前，还包括如下步骤：

[0163] 抽真空步骤:对转移装置和碳-14测试装置1抽真空。

[0164] 具体来说，可以将管道支路88连接在转移管道81上的第一转移阀门82与碳-14测试装置1之间的任意部位。

[0165] 具体地结合到第三实施方式所提及的，采样制样系统的结构中，采样制样的过程可以包含如下步骤：

[0166] 1、第一转移阀门82默认为关闭状态，前置阀门72和排空阀门71为打开状态，输入烟气时经过二氧化碳陷阱4的二氧化碳气体不断地在低温的作用下凝华，在捕捉容器41中形成固态二氧化碳。

[0167] 2、打开真空阀门89，利用真空泵87对转移管道81抽真空。当设置有第二转移阀门85时，还可以打开第二转移阀门85，从而对碳-14测试装置1内也进行抽真空，以使得转移装置和碳-14测试装置1内都为负压状态。通常建议其真空度可以在10-1Pa，甚至更低。

[0168] 3、当二氧化碳陷阱4中捕获了足够多的二氧化碳时，关闭前置阀门72、排空阀门71和第二转移阀门85(如果存在)，打开第一转移阀门82和气体压缩机83，通过温度调节装置42缓慢地加热捕捉容器41中的固态二氧化碳，使得二氧化碳升华成气态。当设置有第二转移阀门85时，二氧化碳将迅速占据除碳-14测试装置1以外的负压区域。而若未设置第二转移阀门85，二氧化碳将充满所有负压区域。

[0169] 4、气化的二氧化碳在气体压缩机83的作用下被压缩，通过控制压力容器84的压力和温度，在压力容器84内生成液态或超临界态的二氧化碳。其中，若所需生成的二氧化碳为液态时，可以考虑将二氧化碳陷阱4的温度缓慢上升至0℃至10℃，将压力容器84内的压力控制在2Mpa至4Mpa。若所需生成的二氧化碳为超临界状态时，可以考虑将二氧化碳陷阱4的温度缓慢上升至30℃至40℃，将压力容器84内的压力控制在7Mpa至9Mpa。

[0170] 5、当获得足够多的液态或超临界态的二氧化碳之后，关闭第一转移阀门82，打开第二转移阀门85和转移泵86，通过转移泵86将这些二氧化碳送入碳-14测试装置1中。考虑到转移管道81存在的二氧化碳残留，压力容器84所存储的二氧化碳的量可以是一次标准检测所需量的1.2至2.0倍，优选为1.4至1.8倍。

[0171] 显然，通过设置的真空泵87可以为系统抽真空，避免原有气体对气压的影响，提高测量精确度。显然，真空泵87抽真空同样适用于第二实施方式的结构，以及其他的变形结构。

[0172] 实施方式五

[0173] 本发明的第五实施方式提供了一种采样制样系统，第五实施方式是第一至第四实施方式中任意一实施方式的采样制样系统的进一步改进，其主要改进之处在于，在本发明的第五实施方式中，参见图9所示，采样制样系统还包括：与抽气装置5的的出口连接的换热管道73，换热管道73用于与取样管道7上位于锅炉烟道6和过滤装置2之间的部分换热。

[0174] 本实施方式同样提供了一种采样制样方法，为第一至第四实施方式中任意一实施方式的采样制样方法的进一步改进，其主要改进之处在于，在发明的第五实施方式中，参见图10所示，在过滤和固定步骤中，还包括如下子步骤：

[0175] 换热步骤：利用系统尾气与进入系统的烟气进行非接触式换热，降低进入系统的烟气的温度。

[0176] 具体地结合到结构上来说，在采样制样的过程中：

[0177] 系统输入的烟气中，经过二氧化碳陷阱4的二氧化碳气体不断地在低温的作用下凝华，在捕捉容器41中形成固态二氧化碳，而其它低温尾气则在抽气装置5的作用下不断地被抽出，通过换热管道73与取样管道7的前端进行换热，使得进入二氧化碳陷阱4中的烟气的温度得到了大幅度的降低。由于二者换热过程为非接触式换热，烟气不发生混合，因此不但不会影响测量精度，还能够大幅度地节约采样制样系统的能耗。

[0178] 综上所述，所设置的换热管道73能够降低进入采样制样系统的烟气的温度，进而降低二氧化碳陷阱4的降温需求，在节约系统能耗的同时还能减少二氧化碳陷阱4固定二氧化碳的时间，提高采样制样效率。

[0179] 实施方式六

[0180] 本发明的第六实施方式提供了一种采样制样系统，第六实施方式是第一至第五实施方式中任意一实施方式的采样制样系统的进一步改进，其主要改进之处在于，在本发明的第六实施方式中，参见图11所示，过滤装置2包括依次连接的：

[0181] 前滤尘器21、干燥器22、后滤尘器23。

[0182] 被取样管道7吸入的烟气经过前滤尘器21得到初步的过滤，除去了烟气中的大部分的颗粒物之后，依次经过干燥器22与后滤尘器23彻底地除去烟气中的水份和颗粒物，可以保证质量流量控制器3的正常运作。

[0183] 其中，后滤尘器23可以采用HEPA滤网以提高过滤效果。

[0184] 质量流量控制器3和二氧化碳陷阱4之间还设置有冷阱9，冷阱9的温度在零下40摄氏度至零下60摄氏度之间。

[0185] 所设置的冷阱9能够除去烟气中沸点高于二氧化碳的杂质气体，例如二氧化硫、二氧化氮和三氧化硫等等。

[0186] 本实施方式同样提供了一种采样制样方法，为第一至第五实施方式中任意一实施方式的采样制样方法的进一步改进，其主要改进之处在于，在发明的第六实施方式中，参见图12所示，在烟气计量步骤，转移步骤之前，还包括如下步骤：

[0187] 二次过滤步骤：将烟气通过冷阱9，滤除烟气中的硫化物和氮氧化物。

[0188] 通过过滤装置2过滤烟气中的杂质，通过使用冷阱9纯化与固定二氧化碳，提高了二氧化碳的纯度，从而提高了检测精度。本发明还通过采用液体闪烁计数仪，减少了实现仪器自动化部分的成本，提高液体闪烁计数仪在生物质掺烧比例监测应用中的竞争力。

[0189] 实施方式七

[0190] 本发明所选用的碳-14测试装置1可以是多种用于测试二氧化碳的碳-14测试装置1，特别可以是设置有闪烁计数仪13，通过闪烁计数来测定二氧化碳的碳-14测试装置1。

[0191] 有鉴于此，本发明的第七实施方式更进一步地提供了一种采样制样系统，第七实施方式是第一至第六实施方式中任意一实施方式的采样制样系统的进一步改进，其主要改进之处在于，在本发明的第七实施方式中，参见图13所示，碳-14测试装置1包括光纤12、闪烁计数仪13和碳-14测试瓶11。

[0192] 其中，碳-14测试瓶11包括承压外壳111和设置于承压外壳111内的样品仓112，样品仓112内设置有腔体113，碳-14测试瓶11上设置有与腔体113相连通的注入口116，注入口116与转移装置相连接。

[0193] 其中，样品仓112能够使腔体113内产生的光线发生漫反射。

[0194] 在本发明中，样品仓112应当至少有部分是透明的。透明部分用于与光纤通道114对应。在承压外壳111上设置有一端与外部的闪烁计数仪13连接的光纤通道114，光纤通道114的另一端连接至样品仓112的透明部位。

[0195] 光纤12的一端插入光纤通道114，另一端连接闪烁计数仪13。

[0196] 具体到本实施方式中，样品仓112可以是大部分透明的甚至全部透明的，样品仓112的透明部分的外壁表面涂覆有漫反射涂层。

[0197] 为了使得电子能够进入光纤通道114，需要在样品仓112上预留透明部分，然而，为了使得大部分或全部的电子进入光纤通道114，又需要腔体113的壁面具有漫反射能力。因此，可以通过将样品仓112制成透明的，并在透明部分的外壁表面涂覆漫反射涂层，使其具备足够的漫反射能力。具体来说，可以选择聚乙烯薄层(PE)，制成壁厚均匀的薄壳体。全透明的样品仓112工艺简单，成本低廉。涂层的材质则可以选择钛白粉。

[0198] 在本实施方式中，承压外壳111和样品仓112之间还设置有保温层115。通过设置保温层115，可以延长二氧化碳在样品仓112内的保存时间。

[0199] 其中，所设置的保温层115可以是泡沫材料、毛绒材料等。

[0200] 在未设置保温层115时，可以通过承压外壳111来提供保温，但由于在腔体113中，二氧化碳所需的温度较低，通过设置保温层115，能够降低承压外壳111的厚度需求，从而大幅度地降低成本。此外，保温层115还能为样品仓112提供缓冲，防止其发生形变。

[0201] 本领域普通技术人员清楚，在保温层115上设置有与光纤通道114对应的孔，以供光纤12穿过。

[0202] 作为本实施方式的进一步优选，在腔体113内还可以设置传感组件117。

[0203] 借助传感组件117可以更直观地调节腔体113内的压力，进而方便调节二氧化碳的相态。

[0204] 在本实施方式中，可以采用无线通信类型的传感组件117，在每次使用时将这一传感组件117置入腔体113内。当然，也可以采用带有线材的传感组件117，并将线材嵌入在样品仓112和承压外壳111内。采用有线连接可以避免承压外壳111可能对传感组件117的无线通信部分产生的电磁屏蔽，也更能保证传感组件117的供电。

[0205] 本实施方式所指的传感组件117可以是温度传感器如热电偶，也可以是压力传感器，其中压力传感器可以嵌入样品仓112的内壁设置，以提高稳定性。

[0206] 在本实施方式中，腔体113为球形或者圆柱形。采用球形或者圆柱形的腔体113具有更好的承压能力。采用球形时更能提高瓶内的应力分布的均匀度，方便光纤12的布置，减少几何盲区，提高液体闪烁计数仪的计数效率。当然，选用其它形状也能够基本满足本发明的要求。

[0207] 本实施方式同样提供了一种采样制样方法，为第一至第六实施方式中任意一实施方式的采样制样方法的进一步改进，其主要改进之处在于，在发明的第七实施方式中，参见图14所示，所述碳-14计量步骤，包括如下子步骤：

[0208] 混合步骤：将液态或超临界状态下的二氧化碳和闪烁剂在碳-14测试瓶11中混合均匀，然后在黑暗条件下静置预设时间。

[0209] 静置可以时间为2至5小时，但根据实际情况依然可以增加或缩短时间。在黑暗条件上静置上述时间可以消除消除混合液中化学发光的影响，而又不会因时间过长导致碳-14的过量消耗。

[0210] 计数步骤：将光纤12的一端插入碳-14测试瓶11的光纤通道114，另一端与闪烁计数仪13连接，开始计数。

[0211] 具体而言，在混合步骤中，可以在外部预制好处于液态或超临界状态的二氧化碳样品，也可以在通过压力管道向着碳-14测试瓶11中送入二氧化碳的过程中，通过控制环境温度，使其直接在碳-14测试瓶11内生成对应的相态。

[0212] 作为本实施方式的优选，闪烁剂可以是液体(闪烁液)，也可以是固体(闪烁晶体)。

[0213] 进一步地，作为优选，当二氧化碳为液相时，可以选用甲苯溶液溶解一定的PPO(2,5-二苯基噁唑)和POPOP(1,4-双[2-(5-苯基)恶唑基]苯)来作为闪烁剂，其具体配方可以是PPO浓度30g/L、POPOP浓度2g/L的甲苯溶液。

[0214] 当二氧化碳被预处理为液体时，在混合步骤中，二氧化碳与闪烁剂的混合比例可以为10：1至100：1(体积比)。

[0215] 当二氧化碳被预处理为超临界流体时，二氧化碳与闪烁剂的混合比例可以为0.16L/g-0.4L/g(体积质量比)。

[0216] 其中，当二氧化碳被预处理为液体时，在混合步骤中，二氧化碳与闪烁剂的混合比例为10：1至100：1(体积比)。

[0217] 当二氧化碳被预处理为超临界流体时，二氧化碳与闪烁剂的混合比例可以为0.16L/g-0.4L/g(体积质量比)。

[0218] 当闪烁剂过多时，可能会引起混合液的均一稳定性降低，从而降低计数的效率；而当闪烁剂过少时，可能会使得闪烁剂单体在混合液中的分散密度不够高，而使得β电子发射出来后碰撞产生的光子数少，从而丢失闪烁次数的计数，因此降低测试精度。

[0219] 采用这一混合比例能够保证待测混合液体的稳定均一性，且保证闪烁剂有较高的发光效率，进而提高测量精度。

[0220] 另外，当二氧化碳处于超临界态时，可以优选2-(4-叔丁苯基)-5-(4-联苯基)-1,3,4-恶二唑(butyl-PBD)作为其闪烁剂。

[0221] 本发明通过在样品仓112外部设置承压外壳111，能够将样品仓112的腔体113内的二氧化碳保持在相对稳定的相态下，使得二氧化碳得以和闪烁剂充分混合。通过所设置的能够产生漫反射的腔体113，使得二氧化碳中的碳-14所衰变出的高能电子，与闪烁剂单体发生碰撞，从而使得闪烁剂单体处于激发态。当闪烁剂单体退激发时，将生出波长约为380nm左右的光子，这些光子能够通过光纤通道114进入外部的闪烁计数仪13，从而能够计算出二氧化碳样品中碳-14的含量。本发明的碳-14测试瓶11具有结构简单，成本低廉，测试准确，所需时间短等优点。本发明的碳-14测试方法借助将液态或超临界状态下的二氧化碳混合和静置，相比于将二氧化碳转化成苯而言无需使二氧化碳发生化学反应，耗时较短，测量也更加精确。

[0222] 实施方式八

[0223] 本发明的第八实施方式提供了一种采样制样系统，第八实施方式与第七实施方式的采样制样系统有所不同，其主要不同之处在于，在本发明的第七实施方式中，采样制样系统的样品仓112是大部分透明或者全透明的；而，在本发明的第八实施方式中，参见图15所示，样品仓112包括：本体1121和嵌于本体1121上的透明片1122。

[0224] 本体1121具有能够发生漫反射的内壁。当样品仓112的本体1121不需要制成透明的时，制造样品仓112的材料可以有更丰富的选择，例如可以是抗压能力较强的金属、漫反射能力更强的陶瓷、易于制造成本低廉的高分子材料等等。而且更进一步地，还可以将本体1121与承压外壳111一体成型，从而减少工艺步骤和设备复杂度。

[0225] 作为本实施方式的一种典型优选，可以在本体1121上开有阶梯状的开口，而透明片1122与这一开口的形状对应且一体成型。如此以来，可以利用腔体113内的压力，将透明片1122压迫在本体1121上以形成更好的密封。进一步来说，还可以在透明片1122和本体1121之间的密封部位设置密封圈1123以提高密封效果。

[0226] 实施方式九

[0227] 在现有技术中，尚未有针对混燃比计算步骤的自动化计算设备，有鉴于此，本发明的第九实施方式基于第一至第七实施方式中任意一实施方式所提供的采样制样方法，提供了一种计算机存储介质。

[0228] 具体说来，这一计算机存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：

[0229] 根据质量流量控制器3所获取的进入二氧化碳陷阱4的烟气量，和碳-14测试装置1所测定的进入二氧化碳陷阱4的二氧化碳的碳-14计量，计算出煤混生物质电站的混燃比。

[0230] 通过所设置的计算机程序，能够根据获取到的数值自动化地计算出混燃比，避免人工介入和篡改数据。

[0231] 而且，利用计算机自动化处理，可以提供实时的混燃比曲线，以供比对和参考。甚至，当自动化计算设备与云端通信连接时，还可以将混燃比数据实时提供给监管部门。

[0232] 在煤混生物质电站设置这一混燃比监测设备，可以便于政府和机构监管电站，制定更加合理的补贴标准和补贴政策。

[0233] 本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。