CN103134718A - 烟气中气态总汞的监测系统及方法 - Google Patents

烟气中气态总汞的监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种烟气中气态总汞的监测系统，所述监测系统包括取样单元、转换单元、检测单元；所述转换单元包括：气体容器，所述气体容器具有进口端和出口端；加热部件，所述加热部件设置在所述气体容器上；小孔，所述小孔设置在所述气体容器的进口端；本体，所述本体内部设有连通的收缩孔和扩张孔，所述收缩孔连通所述出口端，所述扩张孔连通所述检测单元；所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是钝角；气体管道，所述气体管道的出口端设置在所述收缩孔内。本发明具有汞转换效率高、成本低、测量准确、维护周期长等优点。

Description

烟气中气态总汞的监测系统及方法
技术领域
本发明涉及烟气监测，特别涉及烟气中气态总汞的监测系统及方法。
背景技术
汞是一种有毒的重金属，常存在于化石燃料、垃圾中，随之出现在燃烧或垃圾焚烧时排出的烟气中，排放在大气中的汞对人和动物的毒害很大。因此，需要监测烟气中的汞含量，并及时作出治理措施。
目前，对汞的监测通常采用原子吸收光谱分析方法、原子荧光光谱分析方法，但都只能监测烟气中元素态汞。因此，如果要监测烟气中的气态总汞，必须在样气进入光学分析室以前，将其中的离子态汞全部转换为元素态的汞。高温裂解是将离子态汞转换为元素态汞的一种常用方法，但是由于受转换之后重结合的影响，离子态汞通常不能完全转换为元素态汞。
为了防止重结合的产生，通常会向转换炉中填充一定的还原剂或者吸酸剂，但是采用这些方法普遍存在维护周期短、使用一段时候后转换效率下降等问题，不利于在现场的长期应用。
例如：Nippon公司采用亚硫酸盐和磷酸盐作为剂组分，实现了将化合态汞转化为元素汞的基本要求，但是维护周期只有2个月。Thermo公司的离子汞转换器中则采用Ca(OH)2作为吸酸剂，除掉反应后的气体中的酸性气体，但是使用Ca(OH)2时会存在两个问题，第一：高温时Ca(OH)2会分解掉，从而不利于长期使用；第二：吸收酸性气体与其反应后，Ca(OH)2自身会在使用中慢慢消耗掉，导致其使用寿命有限。从而使得采用该方案的离子汞转换器使用3-6个月即需要更换一次。
还有，可以通过向热反应器中注入H2的方法来阻止原子态汞的再氧化。注入到热反应器中的H2与O2、Cl2发生反应，生成的水分子同时还可以吸附气体中的HCl，当反应后的气体通过冷凝器时，即可除去，使得进入光学分析室的气体中不含有水蒸汽以及HCl气体。但这种方法存在的问题是，氢气的加入使得气体中有新生成的HCl，没有被水吸收并通过冷凝除去的的HCL又会造成元素态汞被氧化。
针对上述问题，Tekran在转换炉的末尾设计了液体清洗的装置，清洗液体(如高纯水)在高温条件下将酸性气体带走，从而防止重结合。采用这种样气处理装置结构非常复杂，同时由于清洗液本身就是消耗品，因此需要定期维护；此外采用液体吸酸还需要考虑气液分离效率对监测结果造成的影响。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种汞转换效率高、成本低、测量准确、维护周期长的烟气中气态总汞的监测系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种烟气中气态总汞的监测系统，所述监测系统包括取样单元、转换单元、检测单元；所述转换单元包括：
气体容器，所述气体容器具有进口端和出口端；
加热部件，所述加热部件设置在所述气体容器上；
小孔，所述小孔设置在所述气体容器的进口端；
本体，所述本体内部设有连通的收缩孔和扩张孔，所述收缩孔连通所述出口端，所述扩张孔连通所述检测单元；所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是钝角；
气体管道，所述气体管道的出口端设置在所述收缩孔内。
根据上述的监测系统，优选地，垂直于所述收缩孔和/或扩张孔的中心轴线的截面是圆或椭圆。
根据上述的监测系统，优选地，所述收缩孔和/或扩张孔呈锥台状。
根据上述的监测系统，优选地，所述收缩孔的锥度为15～30度，所述扩张孔的锥度为7～15度。
根据上述的监测系统，优选地，所述收缩孔的锥度为20～25度，所述扩张孔的锥度为9～13度。
本发明还提供了一种汞转换效率高、成本低、测量准确、维护周期长的烟气中气态总汞的监测方法。
本发明的目的还通过以下技术方案实现的：
一种烟气中气态总汞的监测方法，所述移动式监测方法包括取样步骤、转换步骤及检测步骤；所述转换步骤进一步包括以下步骤：
(A1)气体进入本体内的收缩孔内，之后进入扩张孔内膨胀，使得待测烟气通过小孔而进入容器内；
(A2)加热部件加热所述容器内的待测烟气，使得烟气中的离子态汞转换为元素态汞；
(A3)所述容器内的待测烟气进入所述收缩孔、扩张孔，与所述气体混合，且温度下降到50-150度。
根据上述的监测方法，优选地，待测烟气以音速通过所述小孔而进入容器内。
根据上述的监测方法，优选地，所述容器内的待测烟气的温度为700-900度。
根据上述的监测方法，优选地，垂直于所述收缩孔和/或扩张孔的中心轴线的截面是圆或椭圆。
根据上述的监测方法，优选地，所述收缩孔和/或扩张孔呈锥台状。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、在不采用还原剂或者吸酸剂的情况下就能实现HgCl2向元素汞的高效转换。
2、不含任何消耗品，成本低，维护周期长，能够极大的满足现场无人值守的需求。
3、转换后的烟气进入本体内后，温度急剧下降，避免了汞的重结合，转换效率不会随时间下降，从而使得气态总汞的监测结果长期稳定有效，测量结果准确。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例1的转换单元的结构简图；
图2是根据本发明实施例1的转换步骤的流程图。
具体实施方式
图1、2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
本发明实施例的烟气中气态总汞的监测系统所述监测系统包括：
取样单元、过滤单元及检测单元，这些都是本领域的现有技术，在此不再赘述；
图1示意性地给出了本发明实施例的转换单元31的结构简图，如图1所示，所述转换单元包括：
气体容器312，所述气体容器具有进口端和出口端；
加热部件313，所述加热部件设置在所述气体容器上；可选地，所述加热部件313之围设置保温隔热材料314.
小孔32，所述小孔设置在所述气体容器的进口端；
本体33，所述本体内部设有连通的收缩孔331和扩张孔333，所述收缩孔连通所述出口端，所述扩张孔连通所述检测单元；所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是钝角；优选地，垂直于所述收缩孔和/或扩张孔的中心轴线的截面是圆或椭圆，所述收缩孔和/或扩张孔呈锥台状。优选地，所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是180度；
气体管道，所述气体管道的出口端332设置在所述收缩孔内。
为了提高对待测烟气的抽吸效果以及从容器内流出烟气的降温效果，优选地，所述收缩孔的锥度为15～30度，所述扩张孔的锥度为7～15度。进一步优选为，所述收缩孔的锥度为20～25度，所述扩张孔的锥度为9～13度。
本发明实施例的烟气中气态总汞的监测方法，所述监测方法包括取样步骤、转换步骤及检测步骤；
图2示意性地给出了转换步骤的流程图，如图2所示，所述转换步骤进一步包括以下步骤：
(A1)气体进入本体内的收缩孔内，之后进入扩张孔内膨胀，使得待测烟气通过小孔而进入容器内；优选地，待测烟气以音速通过所述小孔而进入容器内，以便方便准确地度量进入容器内的烟气体积。优选地，垂直于所述收缩孔和/或扩张孔的中心轴线的截面是圆或椭圆，所述收缩孔和/或扩张孔呈锥台状。
(A2)加热部件加热所述容器内的待测烟气，使得烟气中的离子态汞转换为元素态汞；优选地，所述容器内的待测烟气的温度为700-900度。
(A3)所述容器内的待测烟气进入所述收缩孔、扩张孔，与所述气体混合，且温度下降到50-150度，从而防止了汞的重结合，转换效率不会随时间下降，从而使得气态总汞的监测结果长期稳定有效，测量结果准确
为了提高对待测烟气的抽吸效果以及从容器内流出烟气的降温效果，优选地，所述收缩孔的锥度为15～30度，所述扩张孔的锥度为7～15度。进一步优选为，所述收缩孔的锥度为20～25度，所述扩张孔的锥度为9～13度。
实施例2：
根据本发明实施例1的监测系统及方法的应用例。
在该应用例中，稀释气高速进入扩张孔后急剧膨胀，从而在扩张孔处产生负压区，从而使得待测烟气以音速通过小孔。待测烟气进入石英容器内，被石英容器外围的电加热丝加热到900度，烟气中的离子态汞全部转换为元素态汞。转换后的烟气高速进入收缩孔和扩张孔内与稀释气混合，温度急剧下降到100度左右，防止了汞的重结合。垂直于所述收缩孔和扩张孔的中心轴线的截面是圆，所述收缩孔和扩张孔呈锥台状。所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是98度，收缩孔的锥度为15度，扩张孔的锥度为7度。
实施例3：
根据本发明实施例1的监测系统及方法的应用例。
在该应用例中，稀释气高速进入扩张孔后急剧膨胀，从而在扩张孔处产生负压区，从而使得待测烟气以音速通过小孔。待测烟气进入石英容器内，被石英容器外围的电加热丝加热到700度，烟气中的离子态汞全部转换为元素态汞。转换后的烟气高速进入收缩孔和扩张孔内与稀释气混合，温度急剧下降到150度左右，防止了汞的重结合。垂直于所述收缩孔和扩张孔的中心轴线的截面是圆，所述收缩孔和扩张孔呈锥台状。所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是100度，收缩孔的锥度为30度，扩张孔的锥度为15度。
实施例4：
根据本发明实施例1的监测系统及方法的应用例。
在该应用例中，稀释气高速进入扩张孔后急剧膨胀，从而在扩张孔处产生负压区，从而使得待测烟气以音速通过小孔。待测烟气进入石英容器内，被石英容器外围的电加热丝加热到800度，烟气中的离子态汞全部转换为元素态汞。转换后的烟气高速进入收缩孔和扩张孔内与稀释气混合，温度急剧下降到50度左右，防止了汞的重结合。垂直于所述收缩孔和扩张孔的中心轴线的截面是圆，所述收缩孔和扩张孔呈锥台状。所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是120度，收缩孔的锥度为20度，扩张孔的锥度为13度。
实施例5：
根据本发明实施例1的监测系统及方法的应用例。
在该应用例中，稀释气高速进入扩张孔后急剧膨胀，从而在扩张孔处产生负压区，从而使得待测烟气以音速通过小孔。待测烟气进入石英容器内，被石英容器外围的电加热丝加热到850度，烟气中的离子态汞全部转换为元素态汞。转换后的烟气高速进入收缩孔和扩张孔内与稀释气混合，温度急剧下降到135度左右，防止了汞的重结合。垂直于所述收缩孔和扩张孔的中心轴线的截面是圆，所述收缩孔和扩张孔呈锥台状。所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是150度，收缩孔的锥度为25度，扩张孔的锥度为9度。
实施例6：
根据本发明实施例1的监测系统及方法的应用例。
在该应用例中，稀释气高速进入扩张孔后急剧膨胀，从而在扩张孔处产生负压区，从而使得待测烟气以音速通过小孔。待测烟气进入石英容器内，被石英容器外围的电加热丝加热到770度，烟气中的离子态汞全部转换为元素态汞。转换后的烟气高速进入收缩孔和扩张孔内与稀释气混合，温度急剧下降到95度左右，防止了汞的重结合。垂直于所述收缩孔和扩张孔的中心轴线的截面是圆，所述收缩孔和扩张孔呈锥台状。所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是160度，收缩孔的锥度为22度，扩张孔的锥度为11度。
实施例7：
根据本发明实施例1的监测系统及方法的应用例。
在该应用例中，稀释气高速进入扩张孔后急剧膨胀，从而在扩张孔处产生负压区，从而使得待测烟气以音速通过小孔。待测烟气进入石英容器内，被石英容器外围的电加热丝加热到770度，烟气中的离子态汞全部转换为元素态汞。转换后的烟气高速进入收缩孔和扩张孔内与稀释气混合，温度急剧下降到95度左右，防止了汞的重结合。所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是180度，垂直于所述收缩孔和扩张孔的中心轴线的截面是椭圆。

Claims (10)

1.一种烟气中气态总汞的监测系统，所述监测系统包括取样单元、转换单元、检测单元；其特征在于：所述转换单元包括：
气体容器，所述气体容器具有进口端和出口端；
加热部件，所述加热部件设置在所述气体容器上；
小孔，所述小孔设置在所述气体容器的进口端；
本体，所述本体内部设有连通的收缩孔和扩张孔，所述收缩孔连通所述出口端，所述扩张孔连通所述检测单元；所述收缩孔和扩张孔的轴线间的夹角是钝角；
气体管道，所述气体管道的出口端设置在所述收缩孔内。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：垂直于所述收缩孔和/或扩张孔的中心轴线的截面是圆或椭圆。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于：所述收缩孔和/或扩张孔呈锥台状。
4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于：所述收缩孔的锥度为15～30度，所述扩张孔的锥度为7～15度。
5.根据权利要求4所述的监测系统，其特征在于：所述收缩孔的锥度为20～25度，所述扩张孔的锥度为9～13度。
6.一种烟气中气态总汞的监测方法，所述移动式监测方法包括取样步骤、转换步骤及检测步骤；其特征在于：所述转换步骤进一步包括以下步骤：
(A1)气体进入本体内的收缩孔内，之后进入扩张孔内膨胀，使得待测烟气通过小孔而进入容器内；
(A2)加热部件加热所述容器内的待测烟气，使得烟气中的离子态汞转换为元素态汞；
(A3)所述容器内的待测烟气进入所述收缩孔、扩张孔，与所述气体混合，且温度下降到50-150度。
7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：待测烟气以音速通过所述小孔而进入容器内。
8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：所述容器内的待测烟气的温度为700-900度。
9.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：垂直于所述收缩孔和/或扩张孔的中心轴线的截面是圆或椭圆。
10.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于：所述收缩孔和/或扩张孔呈锥台状。
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