CN103149059A

CN103149059A - 一种双通道气态汞烟气采样系统

Info

Publication number: CN103149059A
Application number: CN2013100407390A
Authority: CN
Inventors: 尹彦勋; 高翔; 张骥; 周晶; 孙韧; 张震; 魏恩棋
Original assignee: TIANJIN ENVIRONMENT MONITORING CENTER
Current assignee: TIANJIN ENVIRONMENT MONITORING CENTER
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明属于环境监测技术领域，涉及一种双通道气态汞烟气采样系统，包括能够安装两个采样管的采样枪、伴热管道和采样主机，在伴热管道与采样主机之间依次连接有除水装置和除酸装置。采样主机包括通过管道连通的采样泵、用于调节采样流量的流量调节阀和气体流量计量装置；在采样泵的两端并联有真空度调节阀；气体流量计装置包括干式气体流量计、旋转编码器和计数器，旋转编码器固定于干式气体流量计计数盘的传动轴上，其输出的信号被送入计数器，计数器根据旋转编码器的输出信号计量气体的体积。本发明能够实现气体流量的精确计量、有效保护采样管。

Description

一种双通道气态汞烟气采样系统

技术领域

本发明涉及一种环境监测领域的采样设备，具体涉及一种用于烟气中气态汞的采集设备。

背景技术

我国是世界第一产煤大国，煤炭长期以来在中国能源生产与消费结构中的比重一直在70％左右，而据美国环保署的数据资料，大气环境中约31％的汞来自于燃煤电厂的煤燃烧，居人为汞排放源第一。UNEP的研究报告显示，2005年中国的大气汞排放达到825吨，约占世界人为源汞排放的40％。我国已然成为汞使用量和排放量最大的国家。如此大量的汞排放给我国乃至全球造成的人体健康和生态影响是不可预知的，也给我国环境外交带来了新的挑战。燃煤是我国大气汞排放的最重要来源，及时开展燃煤电厂大气汞排放控制对缓解国际汞减排压力和改善国内大气环境都至关重要。环保部新近颁布的《火电厂大气污染物排放标准》（GB132232011）规定自2015年1月1日起，将汞及其化合物列入污染物总量控制指标。为达到对烟气汞排放的控制就必须对烟气汞进行准确采样分析，根据不同的浓度选择适当的治理措施。

燃煤烟气中的汞排放主要以气态零价汞（Hg⁰，g）、气态二价汞（Hg²⁺，g）和颗粒态汞（Hg，p）三种形式存在。由于这三种形态的汞会因温度或催化剂等因素的不同而发生互相的转化，因此对汞污染物的检测是一件有难度的事情。目前针对烟气中汞的采样方法主要有汞连续排放监测系统法以及安大略烟道气态湿法取样方法等，其中基于EPA30B标准的吸附管法，由于便于携带、精密度高等优点被作为标准方法对烟气中的汞进行常规检测。

我国燃煤电厂大气汞监测还处于试点监测阶段，现有烟气汞采样主要使用基于EPA30B的采样设备。但是EPA30B方法的采样设备主要有以下几个缺点：第一，其将吸附管直接安装在采样枪前端，插入烟道中进行采样，吸附管一般采用玻璃材质，在插入烟道或管道中容易出现碰碎从而导致采样失败；第二，烟气中含有一定量的颗粒物，在采集烟气中汞过程中吸附管直接接触烟气，烟气中颗粒物容易进入吸附管造成监测数据的不准确；第三，现有的采样设备计前温检测点放在干式气体流量计外壳处，流量计外壳主要是铝合金材料，存在传导温度差和受室外温度干扰大等缺点，不能很好地反应烟气实际温度；第四，烟气中含有大量SO²等酸性物质，这些物质不经处理直接进入采样系统后会对仪表造成损坏。

附图中图1为目前30B方法采样枪前端局部放大示意图。图2为吸附管安装后使用状态局部放大示意图，可以看到，吸附管实际实用中，为了方便吸附管安装与卸载，吸附管需要外露出采样枪一部分，原采样枪对吸附管的保护作用有限，容易造成玻璃吸附管碎裂等，进而导致采样失败。图3为南京埃森环境技术有限公司设计的专利，此发明将吸附管安装在采样枪后端，其能够避免采样管损坏，但吸附管前端还有一段采样管路距，即使涂有PFA、FEP等材质，也会造成一部分汞吸附损失。

EPA30B法是使用成对吸附管按照适当流量从烟囱或烟道抽取已知体积的烟气，通过分析计算出烟气中汞的含量。目前依据EPA30B方法的采样设备主要将吸附管直接安装在采样枪前端，插入烟道中进行采样，吸附管一般采用玻璃材质，属于易碎品，在插入烟道或管道中容易出现碰碎而导致采样失败，为避免这种现象也有发明采用将吸附管安装在采样枪后部，但采样管线会对汞造成吸附损失，同时这两种方式都有可能使烟气中颗粒态汞进入采样管，造成监测数值偏高不能准确测量气态汞含量。

在计前温测量方面，目前采样设备都将检测点放在干式气体流量计外壳处，流量计外壳主要是铝合金材料，存在传导温差和受室外温度干扰大等缺点，而且烟气中含有大量酸性物质，这些物质没有经过去除直接进入采样设备容易造成采样设备腐蚀损坏。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种能够实现气体流量的精确计量、能够有效保护采样管的气态汞采样系统。本发明的技术方案如下：

一种双通道气态汞烟气采样系统，包括能够安装两个采样管（3）的采样枪（4）、伴热管道（5）和采样主机（15），在伴热管道（5）与采样主机之间依次连接有除水装置（6）和除酸装置（7），其中，

所述的采样主机包括通过管道连通的采样泵（9）、用于调节采样流量的流量调节阀（12）和气体流量计量装置（13）；在采样泵（9）的两端并联有真空度调节阀（8）；所述的气体流量计装置包括干式气体流量计（19）、旋转编码器(18)和计数器(20)，所述的旋转编码器（18）固定于干式气体流量计计数盘的传动轴上，其输出的信号被送入计数器（20），计数器（20）根据旋转编码器（18）的输出信号计量气体的体积；

在采样枪（4）的前端设置有保护套（1），所述的保护套（1）包括采样保护管（16）和与其固定连接的螺母（17），螺母（17）用于固定采样管（3）。

作为优选实施方式，在干式气体流量计（19）的入口处设置有计前温度传感器（10）；所述的采样主机还包括设置在气体流量计装置（13）的上游的转子流量计（11）。

本发明的有益效果如下：

1、本发明改进了干式气体流量计，利用计数器和旋转编码器实现了气体流量的精确计量。

2、保护吸附管。现场采样时，现有采用EPA30B方法的气体采样器，吸附管装在探杆前端的，会有部分裸露出来，极易碰到硬物而损毁，导致采样失败，而本发明在采样枪前部设计保护装置，将采集气态汞的玻璃吸附管置于不锈钢管内部，可起到有效保护采样管的作用，避免了玻璃吸附管因碰管壁等情况导致的破碎。

2、防止颗粒态汞进入采样管。现有采样器采完样品后，会有颗粒物进入吸附管内壁，加装本发明采样枪前部保护装置后，起到了颗粒物隔离效果，避免了颗粒物进入吸附管。

3、提高计前温测量精度。通过改变温度检测点位置达到烟温精确测量，使温度检测精度达到±2.5%。

4、避免采样设备受到腐蚀。通过引入酸雾去除装置来保护采样设备不受酸性气体腐蚀，使得SO2等酸性物质与高锰酸钾反应得到有效去除，避免了腐蚀情况的发生。

附图说明

图1为目前30B方法采样枪前端局部放大示意图。

图2为吸附管安装后使用状态局部放大示意图。

图3为南京埃森环境技术有限公司设计的专利示意图。

图4为本发明采样系统示意图。

图5为本发明的采样枪前端局部放大示意图。

图6为本发明的气体流量计量装置的结构示意图。

附图标记对应如下：1、保护套；2、烟道壁；3、吸附管；4、采样枪；5、伴热管线；6、除水装置；7、除酸装置；8、真空度调节阀；9、采样泵；10、计前温度传感器；11、转子流量计；12、流量调节阀；13、气体流量计量装置；14、烟气出口；15、采样主机。16、不锈钢管；17螺母、18、旋转编码器；19、干式气体流量计；20、计数器；21计数盘封盖；22、封盖开孔；23、24旋转编码器的电源线；25、26旋转编码器的数据线；27、28计数器的两个接线端；29、编码盘30、传动轴。A为烟气进气口，B为系统排空口，箭头为烟气流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

图4为本发明的采样系统的结构示意图。采样枪4被固定在烟道壁2上，前端的细部放大图如图5所示。本发明将吸附管3安装位置设计在采样枪4的前部，能够直接接触所要采集的烟气，避免经过一段管路才能够吸附采样，减少管路对汞的吸附影响。为减少吸收管破损和颗粒态汞进入采样管，本发明在采样枪前部设计一个保护套1，由Φ22mm×70mm不锈钢管16和M10的螺母17组成，将不锈钢管16和螺母17焊接在一起，螺母用于固定吸附管3，采样过程中吸附管完全置于保护装置内，能够有效防止吸附管在移动过程中碰损情况。同时吸附管口距不锈钢管口5cm，采样时采样枪垂直于烟气流速方向，根据动能原理颗粒物能够沿不锈钢管口垂直通过，有效避免颗粒物进入采样管。本采样系统具有双通道采样功能，每个通道可以单独控制且互不干扰，还可进行样品平行采样测试和加标回收试验。

图4中，在采样枪4的后部通过伴热管线5，连接除水装置6，除酸装置7与采样主机15连接；采样主机15内设置采样泵9、流量计，真空度调节阀8并联连接在采样泵9两端。采样主机15内流量调节阀后设置转子流量计11和计前温度传感器10然后接、气体流量计量装置13。采样系统主要部件按照30B标准配置调试。

本发明采用的气体流量计量装置13，在普通的干式气体流量计的基础上进行了改进。参见图6，本发明的气体流量计量装置13最主要的改进部分为旋转编码器18，它安装在干式气体流量计19的计数盘的传动轴30上，旋转编码器引脚部分分别引出电源线23、24用于电源供应，引出数据线25、26用于信号输出，所有导线都经计数盘封盖21上开孔22处引出。引出的数据线25、26分别连接到计数器20的27、28接线端上，由计数器进行脉冲检测和流量计量。上述器件安装完成后用硅胶将计数盘封盖21重新密封。

传动轴旋转时，编码盘29与传动轴30同速旋转，经光电二极管等电子元件组成的检测单元检测输出若干脉冲信号，其输出的信号被送入计数器，计数器根据旋转编码器的输出脉冲的个数计量气体的体积。本发明采用的干式气体流量计为普通铝合金外壳燃气表，可以计量燃煤烟气、天然气、液化气和所有非腐蚀性气体流量。旋转编码器为增量型，通过512线编码盘转动输出脉冲，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置，来电工作时，编码器会继续进行脉冲输出，不会丢掉脉冲，抗干扰能力强。脉冲计数器采用计数速度快、比率设定范围宽、带E²PROM自动掉电保护功能的产品，通过皂泡流量计校准能够使气体采样体积计量的分辨率达到1ml。

本装置还将计前温测量点，由原来的干式气体流量计外壳处改为干式气体流量计入口处，避免传导温差和受室外温度影响，更加准确地计量烟气温度。

Claims

1.一种双通道气态汞烟气采样系统，包括能够安装两个采样管（3）的采样枪（4）、伴热管道（5）和采

样主机（15），在伴热管道（5）与采样主机之间依次连接有除水装置（6）和除酸装置（7），其中，

2.根据权利要求1所述的双通道气态汞烟气采样系统，其特征在于，在干式气体流量计（19）的入口处设置有计前温度传感器（10）。

3.根据权利要求1所述的双通道气态汞烟气采样系统，其特征在于，所述的采样主机还包括设置在气体

流量计装置（13）的上游的转子流量计（11）。