CN103424285B - 一种火电厂烟气汞的采样枪 - Google Patents

Abstract

一种火电厂烟气汞的采样枪，包括不锈钢套管以及设置在不锈钢套管后端且带有端盖的不锈钢外壳，不锈钢套管前端以可拆卸的方式连接有前置非加热探管；不锈钢套管内设置有填充活性炭且两端开口的石英管，石英管与不锈钢套管之间设置有加热层；所述的石英管的前端伸入前置非加热探管内，后端与设置在不锈钢外壳上的宝塔嘴相连通。本发明的采样枪长度可伸缩，能够实现低成本下的多点采样，且减少现场操作步骤。另外，本发明设置了加热层能够防止温度降低会导致气态汞的沉降、水蒸气的冷凝所导致的采样枪内壁的腐蚀，而且提高了样品采集的准确性。

Description

一种火电厂烟气汞的采样枪

技术领域

本发明属于烟气汞的采样领域，涉及一种汞的采样设备，具体涉及一种火电厂烟气汞的采样枪。

背景技术

环境和资源问题是当今人类面临的重大课题，煤、石油、天然气等化石燃料的大量使用，不仅造成这些能源的日益稀缺，而且带来的污染和生态环境恶化日益加重。燃煤排放的汞是人为汞污染的主要来源之一，汞是一种剧毒污染物，当汞排放到大气中，就会造成严重的危害。在微生物的作用下汞转变生成一种毒性比汞更强的甲基汞，可以通过生物富集作用，通过食物链积累到达人体内，由于汞对含硫化合物的高度亲和能力，它在进入生物体后，可以破坏酶和其它蛋白质的功能并影响其重新合成，由此引起肝脏和肾脏损害甚至衰竭等各种严重后果。此外汞也是一种神经毒素，可以累积在大脑组织中，导致人体运动失调、语言障碍等。

选取合适的测试方法来准确测定烟气中的汞是控制汞污染的关键之一。由于烟气中汞的浓度很低，为微克级，所以要求测试方法具有很高的灵敏度；烟气中的汞以不同的化学形态存在，因此需要进行分形态监测；飞灰对汞具有氧化作用，需要首先排除飞灰的影响；烟气中的酸性气体（如SO₂）会对监测系统产生干扰，测试方法需要有较强的抗干扰性。

国内外许多研究者在这方面进行了卓有成效的工作，提出了不少测试方法。这些方法可以归纳为两大类：一类是离线测试方法，另一类是在线测试方法。OH法、EPA29、EPA30A和EPA30B是四种最为常用的烟气汞测试方法。四种方法中，OH可给出分形态汞的结果，可用于校验其它测试方法，但是需要配置大量的强酸溶液，危险性较高，操作较复杂，总体误差较大，重复性较差。EPA29与OH法同属湿化学法，也较为准确，但只能测气态总汞，该法也能测定烟气中其它重金属元素的浓度。EPA30B与前两种湿化学方法相比，较为方便快捷，能够快速得到结果，但该法也只能测总汞浓度，且由于目前的活性碳吸附管价格相对昂贵，其分形态的方法还处于探索阶段，目前还存在许多不完善的地方。EPA30A与前三种离线测试方法相比，能连续在线地给出监测结果，自动化程度较高，无需日常操作，但该法只能用于末端烟气的单点监测，价格相对昂贵，维护相对困难，抗水抗灰抗硫能力较弱。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种能够实现低成本下多点取样、提高样品采集准确性的火电厂烟气汞的采样枪。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括不锈钢套管以及设置在不锈钢套管后端且带有端盖的不锈钢外壳，不锈钢套管前端以可拆卸的方式连接有前置非加热探管；不锈钢套管内设置有填充活性炭且两端开口的石英管，石英管与不锈钢套管之间设置有加热层；所述的石英管的前端伸入前置非加热探管内，后端与设置在不锈钢外壳上的宝塔嘴相连通。

所述的加热层包括沿径向方向自外向内套设在一起的外层陶瓷套管、加热丝和内层陶瓷套管；且加热丝与用于检测温度和控制是否加热的温控开关相连。

所述的石英管包括依次连通的双胞胎石英管以及填充有用于吸附汞的活性炭的采样石英管，且采样石英管的入口与双胞胎石英管的出口采用磨砂接口连接，双胞胎石英管的入口端伸入前置非加热探管内，采样石英管的出口与宝塔嘴相连通。

所述的采样石英管包括与双胞胎石英管的两个出口分别连通的两根石英吸附管，不锈钢套管的后端设置有用于固定石英吸附管的吸附管固定器，每根石英吸附管内填充有用于吸附汞的活性炭，石英吸附管的出口均与宝塔嘴相连通。

所述的不锈钢套管前端设置有对双胞胎石英管进行定位的顶紧及定位弹簧。

所述的内层陶瓷套管上还设置有用于对双胞胎石英管进行定位的第一不锈钢挡头，外层陶瓷套管的外壁上设置有陶瓷棉纸。

所述的不锈钢套管的前端与前置非加热探管通过法兰连接，且不锈钢套管的前端与前置非加热探管的连接处设置有用于密封的铜质O型密封圈和聚四氟乙烯密封圈。

所述的前置非加热探管内设置有可拆卸的不锈钢筛网，不锈钢筛网的烟气来流侧配有用于对烟气进行初次过滤的石英棉。

所述的前置非加热探管内设置有用于支撑不锈钢筛网的第二不锈钢挡头。

所述的不锈钢外壳与端盖之间采用O型密封圈进行密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的不锈钢套管与石英管之间设置有加热层，该加热层能够将烟气迅速加热到140℃，保证在烟道中取得的烟气中的水蒸汽不会凝结，脱离烟道后的烟气在进入本发明采样枪的石英管内时，其中含有的水分能够迅速加热为水蒸气；同时，能够防止温度降低会导致气态汞的沉降、水蒸气的冷凝所导致的采样枪内壁的腐蚀，从而影响测定结果；另外，由于本发明采用石英管作为吸附管，由于石英材料对汞没有任何吸附能力，而且石英管路对于腐蚀性气体如SO₂、NO、NO₂、Cl₂、HCl有很强的耐腐蚀性，且具有良好的密封性和耐热性，因此，本发明的采样枪能够提高烟气中汞采集的准确性。

2、本发明不锈钢套管的前端以可拆卸的方式连接有前置非加热探管，这样就实现了采样枪长度可伸缩性，即不需要更换采样枪主体，只需要不同长度的非加热探管与不锈钢套管前端连在一起，就可以实现烟道内或者炉膛内不同位置的烟气汞的采样，使采样更具有代表性和可比性，克服了现有技术中只能对单点采样的弊端，实现多点采样，减少现场操作步骤，降低了采样成本。

3、由于在不锈钢套管后端连接有带端盖的不锈钢外壳，因此，当采样完毕后，不需要将采样枪从采样孔拔出，只需要直接打开不锈钢外壳上的端盖更换石英管即可，即固定采样枪后不需变更采样枪位置即可更换吸附管，因此，本发明采样更加方便快捷，提高了现场采样的效率。

进一步，本发明在前置非加热探管内设置了有可拆卸的不锈钢筛网，且不锈钢筛网的烟气来流侧配有用于对烟气进行初次过滤的石英棉，当进行采样时整套采样系统从烟气管道内就保证140℃的加热，采样枪实现加热的同时提供粉尘的过滤，防止后面伴热管线堵塞，同时也保护后面的预处理冷凝装置，有效保护后面的设备，提高采样枪在高粉尘环境下使用适应性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为采样枪主体的剖视图；

其中，1、第二不锈钢挡头，2、不锈钢筛网，3、前置非加热探管，4、四氟密封圈，5、铜质O型密封圈，6、顶紧及定位弹簧，7、陶瓷棉纸，8、双胞胎石英管，9、不锈钢套管，10、外层陶瓷套管，11、加热丝，12、内层陶瓷套管，13、温控开关，14、外接电源插口，15、方不锈钢外壳，16、O型密封圈，17、端盖法兰，18、宝塔嘴，19、采样石英管，20、吸附管固定器，21、第一不锈钢挡头，22、法兰，23、石英棉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明包括前置非加热探管3、采样枪主体以及带有端盖法兰17的不锈钢外壳15。

采样枪主体包括不锈钢套管9、内层陶瓷棉纸7、加热层、外层陶瓷套管10以及石英管；不锈钢套管9前端以可拆卸的方式与前置非加热探管3连接；具体的，不锈钢套管9的前端与前置非加热探管3通过法兰22连接，不锈钢套管9的前端与前置非加热探管3的连接处设置有用于密封的铜质O型密封圈5和聚四氟乙烯密封圈4。这种将前置非加热探管3和采样枪主体中的外层不锈钢套管9以可拆卸方式连接起来的连接方式能够实现汞采样枪长度可伸缩性，即不需要更换采样枪主体，只需要不同长度的非加热探管与采样枪主体连在一起，就可以实现烟道内或者炉膛内不同位置的烟气汞的采样，使采样更具有代表性和可比性，克服了现有技术中只能对单点采样的弊端，实现多点采样，降低了采样成本。

采样枪主体的具体结构包括外层不锈钢套管9，不锈钢套管9后端与带有端盖法兰17的不锈钢外壳15相连；，不锈钢外壳15与端盖法兰17之间采用O型密封圈16进行密封；不锈钢套管9内部设置有由双胞胎石英管8以及采样石英管19组成的石英管，外层不锈钢套管9与石英管之间设置有加热层；双胞胎石英管8以及采样石英管19相互连通，且双胞胎石英管8的出口与采样石英管19的入口采用磨砂接口连接，采样石英管19是由与双胞胎石英管8的两个出口分别连通的两根石英吸附管组成，每根石英吸附管内填充有用于吸附汞的活性炭；不锈钢套管10的后端设置有用于固定石英吸附管的吸附管固定器20，每根石英吸附管均与宝塔嘴18相连通。同时，双胞胎石英管8的入口端伸入前置非加热探管3内，这样可以保证即使采样枪主体漏气，也能正常地抽取烟气，不会对样品采集的准确性产生影响。在不锈钢套管9前端还设置有对双胞胎石英管8进行定位的顶紧及定位弹簧6，内层陶瓷套管12上还设置有能够使双胞胎石英管不向采样枪主体前端移动的第一不锈钢挡头21。

本发明选用采样石英管作为用于容纳活性炭的吸附管的原因是：由于燃煤电厂SCR脱硝、除尘、脱硫、烟囱入口处的烟气温度范围一般在50-450℃，极端情况下会超过450℃，所以本发明要求采样枪材料的耐温一定达到450℃以上，本发明优选采样枪主体最外层为不锈钢套管，石英材质的采样石英管作为吸附管，就能满足燃煤电厂中对烟气采样时采样枪的材质要求。同时，由于石英材料对汞没有任何吸附能力，而且石英管路对于腐蚀性气体如SO₂、NO、NO₂、Cl₂、HCl等有很强的耐腐蚀性，且具有良好的密封性和耐热性，因此，采用石英管作为吸附管能够减少采集过程中汞的损失，提高样品采集的准确性。

采样枪主体内部管路为石英管，其中石英管前部为双胞胎石英管8，双胞胎石英管8的出口上平行设置两根石英吸附管，这样可实现双路平行采样。石英吸附管一次取样实验就更换一次，所以需要便于更换吸附管，石英吸附管与双胞胎石英管8的连接是个很关键的，本发明采用相互配合的磨砂接口。

本发明吸附管固定器能够有效防止石英吸附管移动过程的碰碎情况，当需要更换采样石英管19时，直接打开不锈钢外壳15上的端盖法兰更换即可，这样使采样更加方便快捷，提高现场采样效率，减少现场试验操作步骤，降低采样成本。在针对同一管道的分时多次采样时，固定采样枪后不需变更采样枪位置即可更换石英吸附管，从而确保不同次的采样作业是在烟道内部同一采样点进行的作业，提高采样重复性。

本发明的加热层包括沿径向方向自外向内同心套设在一起的外层陶瓷套管10、加热丝11和内层陶瓷套管12；且外层陶瓷套管10的外壁上设置有陶瓷棉纸7，陶瓷棉纸7起到了隔热、保温、绝缘、防潮的作用，加热丝11与用于检测温度和控制是否加热的温控开关13相连，温控开关13和加热丝11均与设置在不锈钢外壳15上的外接电源插口14相连。由于在不锈钢套管与石英管之间设置有加热层，且该加热层中的加热丝11与温控开关13相连，加热层上设置的加热线温度传感器以及石英吸附管外壁上的吸附腔温度传感器就将各自所测温度反馈给温控开关，当反馈的温度低于设定温度时，温控开关控制加热丝11加热，使加热层的温度上升，待到温度超过设定值时，温控开关13控制停止加热，从而实现本发明采样枪的加热和保温，也保证烟气全程高温加热，有效地避免了短路，最大程度地保护了实验人员的安全。本发明优选设定温度为140℃，在140℃时烟气进入采样枪主体内部，可以被加热层迅速加热到140℃，保证在烟道中取得的烟气中的水蒸汽不会凝结，脱离后烟气中含有的水分迅速加热为水蒸气；同时，在这样的温度下，还能避免温度降低会导致气态汞的沉降、水蒸气的冷凝而导致的采样枪内壁的腐蚀。

进一步，本发明的采样枪用于火电厂多灰、多酸性气体等恶劣环境下的汞的采样，为此，本发明在前置非加热探管3内设置了可拆卸的不锈钢筛网2，前置非加热探管3内还设置有用于支撑不锈钢筛网2的第二不锈钢挡头1，不锈钢筛网2的烟气来流侧配有用于对烟气进行初次过滤的石英棉23。其中，不锈钢筛网的网孔大小可以为40目、80目或120目，第二不锈钢挡头1能够为不锈钢筛网2提供给一个支撑力。当采集的烟气进入前置非加热探管3内后，不锈钢筛网2和石英棉23能够对烟气进行初次过滤，防止后面伴热管线堵塞，同时也保护后面的预处理冷凝装置。当石英棉上灰尘积累太多时，可以将不锈钢筛网2连同石英棉23倒出来，对不锈钢筛网清洗后重新放入采样枪管内，以保证除尘效率，提高采样枪在高粉尘环境下使用适应性。因此，本发明的采样枪在保证石英管在140℃的同时，还能实现对烟气粉尘的过滤，有效保护后面的设备。

进一步，本发明不仅设置有便于更换取样管的不锈钢外壳，宝塔嘴开设在不锈钢外壳上，不锈钢外壳里面还填充保温材料，这样既达到密封效果，又便于管路连接。

下面对本发明的使用方法做进一步详细说明。

将采样枪伸入采样孔中，烟气进入前置非加热探管3后经过石英棉23和不锈钢筛网2的对烟气粉尘进行初步过滤，过滤后的烟气沿双胞胎石英管8进入采样石英管19，采样石英管19中的活性炭完全吸附了烟气中的汞，然后从宝塔嘴18流出，每次采样结束，可以打开端盖法兰17更换采样石英管19，不需要再将采样枪从采样孔拔出。

Claims (1)

1.一种火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：包括不锈钢套管（9）以及设置在不锈钢套管（9）后端且带有端盖的不锈钢外壳（15），不锈钢套管（9）前端以可拆卸的方式连接有前置非加热探管（3）；不锈钢套管（9）内设置有填充活性炭且两端开口的石英管，石英管与不锈钢套管（9）之间设置有加热层；所述的石英管的前端伸入前置非加热探管（3）内，后端与设置在不锈钢外壳（15）上的宝塔嘴（18）相连通；

所述的石英管包括依次连通的双胞胎石英管（8）以及填充有用于吸附汞的活性炭的采样石英管（19），且采样石英管（19）的入口与双胞胎石英管（8）的出口采用磨砂接口连接，双胞胎石英管（8）的入口端伸入前置非加热探管（3）内，采样石英管（19）的出口与宝塔嘴（18）相连通。

2.根据权利要求1所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的加热层包括沿径向方向自外向内套设在一起的外层陶瓷套管（10）、加热丝（11）和内层陶瓷套管（12）；且加热丝（11）与用于检测温度和控制是否加热的温控开关（13）相连。

3.根据权利要求2所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的内层陶瓷套管（12）上还设置有用于对双胞胎石英管（8）进行定位的第一不锈钢挡头（21），外层陶瓷套管（10）的外壁上设置有陶瓷棉纸（7）。

4.根据权利要求1所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的采样石英管（19）包括与双胞胎石英管（8）的两个出口分别连通的两根石英吸附管，不锈钢套管（9）的后端设置有用于固定石英吸附管的吸附管固定器（20），每根石英吸附管内填充有用于吸附汞的活性炭，石英吸附管的出口均与宝塔嘴（18）相连通。

5.根据权利要求1所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的不锈钢套管（9）前端设置有对双胞胎石英管（8）进行定位的顶紧及定位弹簧（6）。

6.根据权利要求1所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的不锈钢套管（9）的前端与前置非加热探管（3）通过法兰（22）连接，且不锈钢套管（9）的前端与前置非加热探管（3）的连接处设置有用于密封的铜质O型密封圈（5）和聚四氟乙烯密封圈（4）。

7.根据权利要求1、2或6所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的前置非加热探管（3）内设置有可拆卸的不锈钢筛网（2），不锈钢筛网（2）的烟气来流侧配有用于对烟气进行初次过滤的石英棉（23）。

8.根据权利要求7所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的前置非加热探管（3）内设置有用于支撑不锈钢筛网（2）的第二不锈钢挡头（1）。

9.根据权利要求1所述的火电厂烟气汞的采样枪，其特征在于：所述的不锈钢外壳（15）与端盖之间采用O型密封圈进行密封。