CN104122123A - 一种用于固定污染源的气态汞采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体采样装置，属于环境监测领域，具体涉及一种用于固定污染源的气态汞采样装置。包括：依次连接的烟枪、制冷器、干燥器、颗粒物过滤器、流量控制器、气泵、累积体积表、其中，烟枪的尾部安装有保温箱，所述制冷器的进气口通过伴热管与烟枪的出气端相连。因此，本发明具有如下优点：1.设备稳定性更好，烟枪全程伴热、加热均匀，能够防止管路堵塞，2.采样质量更高，制冷器采用高热容量金属浇铸不锈钢盘管方式，能更好的除去烟气中的水分；3.采样流量更稳定，特制的体积流量控制器，能够获得更宽的采样流量，气流更加稳定；4.采样体积计量更精确，使用精密光电编码器对计数脉冲进行采集，大幅提高了采样体积的计量精度。

Description

一种用于固定污染源的气态汞采样装置

技术领域

本发明涉及一种气体采样装置，属于环境监测领域，具体涉及一种用于固定污染源的气态汞采样装置。

背景技术

由于我国气态汞排放对环境的影响，我国迫切需要了解气态汞污染物的组成、排放浓度等因素，但实际上我国现有的气态汞采样方法主要依据美国EPA方法30B，而固定污染源气态汞采样器主要依赖进口，而进口仪器在很多方面都不能满足我国国情需求，并存在以下问题：

1.烟枪部分包括烟枪主体和伴热管部分，由于烟气湿气较大，烟枪部分内部产生冷凝水而堵塞管路。同时，烟枪部分需要全程伴热且温度在120-150摄氏度之间，现有烟枪部分加热大多使用交流220V加热，但鉴于实际采样地点交流接地困难，金属烟枪主体部分容易漏电伤人。

2.烟气除湿除尘部分需要将烟气中所含的水分和颗粒物除去，以免影响仪器的正常运行，现有的技术一般采用压缩机制冷剂或者普通半导体制冷器来去除水分，而颗粒物主要依靠气态汞吸附介质中的活性炭来去除。使用压缩机制冷效果虽好但成本高，仪器体积大，不便于在较高的采样平台使用；使用普通半导体制冷器这会由于烟气温度较高，无法保证制冷器的冷却温度；只使用吸附介质中的活性炭去除颗粒物，对于直径更小的颗粒物效果不明显。

3.气体流量测控部分主要技术方案是采用气体质量流量控制器来进行气体流量的测量和控制，实际上由于我国固定污染物烟气含湿量较高，烟气除湿部分很难做到将所有水分都除去，但烟气中残余水分进入气体质量流量控制器后，会降低测量准确度，长时间测量甚至会导致传感器的损坏，需要寻找一种更加皮实耐用的气体流量控制方法。

4.气泵部分主要是以隔膜真空泵为主，但由于吸附介质存在较大的气体阻力，会导致气泵抽气流量不足，无法满足采样要求，并且经过时间采样后泵膜会由于长时间处于高负荷状态而加速老化，降低使用寿命。

5.气体体积测量部分主要包括皮膜流量计和气体流量累计方式两种，某些进口仪器使用特制的皮膜流量计进行采样体积计量，但此类特制皮膜流量计进口困难且价格昂贵；国内类似产品多使用气体流量累计方式，即用气体采样流量乘以采样时长得到气体采样体积，但这种方式气体体积计量精度不高，存在较大误差，直接影响采样结果。

6.现有的且满足实际采样需求的气态汞采样器体积都很大，并且组件较多，对于固定污染源高平台采样是非常困难的，需要将仪器结构紧凑化，仪器部件小型化，使得仪器体积大幅减小。

基于这一现状，而发明了符合我国国情的固定污染源气态汞采样器，采样器依据的采样方法和能够达到的技术指标完全符合我国国情和美国EPA方法30B的要求。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在的上述问题，提出了一种大气气态汞采样装置。该装置

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种用于固定污染源的气态汞采样装置，包括：依次连接的烟枪、制冷器、干燥器、颗粒物过滤器、流量控制器、气泵、累积体积表、其中，烟枪的尾部安装有保温箱，所述制冷器的进气口通过伴热管与烟枪的出气端相连。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，所述烟枪内设有两路独立的采样气流通道，所述制冷器内设有两路独立的制冷气流通道，所述两路独立的采样气流通道分别通过两个伴热管与所述两路独立的制冷气流通道的入口端相连，所述干燥器、颗粒物过滤器、流量控制器、气泵、累积体积表均为两个且依次连接成两路并行的气流通道，所述两路并行的气流通道的进气端分别与所述两路独立的制冷气流通道的出口端相连。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，所述烟枪的气管上安装有直流加热丝，所述直流加热丝采取多层并绕的方式缠绕于气管上，所述加热丝的最内层安装有温度探头，最外层包裹有隔热材料。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，所述制冷器包括：双路用制冷铝锭，与双路用制冷铝锭相连的制冷片，包含于制冷铝锭中中的不锈钢进气盘管、不锈钢出气直管，其中：所述不锈钢进气盘管的进气端与伴热管相连，出口通过集液瓶与不锈钢出气直管相通。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述流量控制器包括：带有气流通道的调节阀座、固定于调节阀座气流通道上的孔板、控制气体流量的比例调节阀，其中：所述调节阀座包括进气端和出气端，所述调节阀座的气流通道穿过孔板后与比例调节阀相通，所述比例调节阀与出气端相通。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述流量控制器还包括：位于所述孔板和进气端之间气流通道上的温度取样口、计压取压口、差压负端取压口，位于孔板和比例调节阀之间气流通道上的差压正端取压口。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，所述调节阀座、所述孔板、所述比例调节阀为不锈钢制成。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，所述累积体积表包括：光电检测器、皮膜流量计，所述光电检测器的光电编码盘通过连接轴固定于所述皮膜流量计的转动轴上。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，所述干燥器包括分子筛干燥塔和除湿剂。

优化的，上述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，所述气泵为无刷隔膜真空泵。

因此，本发明具有如下优点：1.设备稳定性更好，烟枪全程伴热、加热均匀，能够防止管路堵塞，2.采样质量更高，制冷器采用高热容量金属浇铸不锈钢盘管方式，能更好的除去烟气中的水分，同时多级除湿除尘使得仪器能够适应更加苛刻的采样环境；3.采样流量更稳定，特制的体积流量控制器，能够获得更宽的采样流量，气流更加稳定；4.采样体积计量更精确，使用精密光电编码器对计数脉冲进行采集，大幅提高了采样体积的计量精度。

附图说明

附图1是本发明的结构图。

附图2就本发明的烟枪结构图。

附图3就本发明的制冷器气流通道结构图。

附图4就本发明的制冷器总装构图。

附图5是本发明的流量控制器结构图。

附图6是本发明的流量控制器气体通道结构图。

附图7是本发明的累积体积表总装图。

附图8是本发明的累积体积表结构图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，烟枪1、制冷器2、干燥器3、颗粒物过滤器4、流量控制器5、气泵6、累积体积表7、保温箱8、伴热管9、散热器10、采样气管101、皮托管102、温度探头103、上定位板104、螺母105、气态汞吸附管106、稀释管接头107、聚四氟卡套108、气管109、双路用制冷铝锭201、不锈钢进气盘管202、不锈钢出气直管203、制冷片204、集液瓶205、调节阀座501、孔板502、比例调节阀503进气端504、出气端505、温度取样口506、计压取压口507、差压负端取压口508、差压正端取压口509、光电检测器701、皮膜流量计702、温度传感器703、光电编码盘704、连接轴705、转动轴706上。

实施例：

如图1所示，一种用于固定污染源的气态汞采样装置，包括：烟枪1、制冷器2、干燥器3、颗粒物过滤器4、流量控制器5、气泵6、累积体积表7、保温箱8。

烟枪1的结构如图2所示，主要构成如下：用来固定和密封气态汞吸附管106的稀释管接头107和聚四氟卡套108，从而保证采样气体经由吸附管后进入气管，避免采样气体从泄漏点直接进入气管造成采样误差；用来固定和保护烟温探头的温度探头保护管103；用于烟道流速测量的皮托管102。由于本发明采样双路平行采样，烟枪内有两路气管，为了避免交流电漏电流伤人的安全隐患，本发明采用大功率直流加热丝对气管进行伴热处理，每支气管上安装加热功率达到120W的直流加热丝，并且采取多层并绕的方式缠绕，这样使得每一层加热丝缠绕后不稀疏，保证加热均匀，这样多层加热丝并绕后使得气管加热更加均匀，避免气管加热不均匀后某些部位温度过低后形成结露堵塞气管，在电热丝的多层热结构中，每层加热丝之间都使用绝缘强度和耐温性能很好的材料进行保护隔离避免短路，最内层安装温度探头103用于精密恒温控制，并绕操作完成后在最外层在包裹一层隔热用的石棉布，用来对整个气管进行保温处理。上定位板104、气管109和接头螺母105共同构成可拆卸气管的结构，每支气管均可从上定位板上直接拆卸下来，这样可以大幅度降低多层并绕加热丝的缠绕难度，分别缠绕完成后，在将两支气管安装在上定位板104上，并插入采样管101中，最后使用接头螺母105将上定位104板固定在采样管101上；

烟枪尾部安装保温箱8，其内置有100W的加热块，加热块将气管和变径接头完成包裹，这样可以保证保温箱加热温度均匀，气路全程伴热，避免气管暴露在空气中，使得温度骤然降低造成结露堵塞气路。

烟枪1的出气端通过伴热管9与制冷器2的进气口与相连。其中，制冷器2、干燥器3、颗粒物过滤器4够成了本发明的除湿除尘部分。

图3是本实施例的制冷器气路结构。包括：双路用制冷铝锭201，与双路用制冷铝锭201相连的制冷片204，包含于制冷铝锭中201中的不锈钢进气盘管202、不锈钢出气直管203，其中：所述不锈钢进气盘管202的进气端与伴热管9相连，出口通过集液瓶205与不锈钢出气直管203相通。本实施例中，不锈钢进气盘管202可以保证烟气在制冷块中得到充分冷却，不锈钢气路亦不会被烟气所腐蚀。不锈钢出气直管203是对除湿效果的保障，将烟气中残余水分进一步去除，气路外围使用铝完全浇铸，这样可以提高制冷快的热容量，在高温烟气进入制冷器后，热量被制冷块迅速平衡，而制冷器冷却温度不会有很大变化。

本实施例的制冷器的冷源由由制冷量为200W的大功率半导体制冷片204、220W散热器10和大风量风扇构成，如图4所示。外围使用PE材料对整个制冷装置进行保温处理，使其能够在较短的时间内制冷到所需温度，并且在性能相同的情况下，与类似产品相比大幅的降低了成本；制冷模块两端分别安装大风量的进气和抽气风扇，与散热器共同形成风道，将散热器鳍片上的热量快速的带走，保证制冷效果。

在制冷模块后端还依次安装有干燥器3、颗粒物过滤器4。其中干燥器3采用分子筛干燥塔、高性能除湿剂，从而与制冷器2形成三级除湿保证除湿效果，其中分子筛干燥塔用于除去制冷模块未去除的残余水分，高性能除湿剂在烟道含湿量过高时作为最后的除湿保障环节。

烟气除湿除尘部分最后一级安装一支颗粒物过滤器4，用于过滤吸附介质未能除去的细小颗粒物，能够将直径5微米以上的颗粒物清除。

在颗粒物过滤器4后安装有流量控制器5。本实施例中的气体流量测控主要使用孔板式流量测量配合高精度电磁比例调节阀形成闭环反馈，进行流量调节。如图5所示，流量控制器5包括：带有气流通道的调节阀座501、固定于调节阀座501气流通道上的孔板502、控制气体流量的比例调节阀503，其中：所述调节阀座501包括进气端504和出气端505，调节阀座501的气流通道穿过孔板502后与比例调节阀503相通，比例调节阀503与出气端505相通；的所述孔板502和进气端504之间气流通道上的设轩有温度取样口506、计压取压口507、差压负端取压口508，在孔板502和比例调节阀503之间气流通道上的设置有差压正端取压口509。其中：调节阀座501、所述孔板502、所述比例调节阀503为不锈钢制成。

本实施例中的流量控制器5的气路如图6所示，本发明流量控制器优势在于：首先，将比例调节阀503放置在孔板502测量装置的后端即出气端，可以使得经过孔板502的气流更加稳定，提高孔板502流量测量准确性，并且大幅提高小流量低于700ml/min的稳定性；其次，由于比例调节阀503在调节流量过程中会分担一部分气流压差，使得孔板两端压差减小，有效提高测量范围，普通的孔板流量计测量范围一般在0至1L/min时，两端压差就会达到6Kpa，而此模块孔板压差达到6kPa时气体流量可以达到2L/min；此外，与普通孔板式流量计相比，具有更加紧凑的结构，且密封性更好；最后，避免了在较高烟气含湿量的情况下气体质量流量传感器被影响甚至破坏的问题，大幅提高仪器可靠性，且整个结构都是不锈钢构成，使得烟气中的腐蚀性气体对模块没有影响。

流量控制器5后安装有气泵6，气泵6采用高真空度的无刷隔膜真空泵，并且气泵泵体有很好的密封性，即气泵进气流量与出气流量保持一致，以保证气泵后端体积流量计的测量准确性。

累积体积表7摒弃传统的流量累计方式即流量乘以时间得到采样体积和进口体积流量计，而采用普通的G1.0膜式燃气表来进行采样体积的计量。如图6所示，其以皮膜流量702计为原型，使用精密光电旋转编码器701取代普通的机械式传动技术机构。皮膜流量计出气口处安装有温度传感器703，可实时测量皮膜流量计出口温度。图7是本发明累计体积表7的剖视图。光电检测器701的光电编码盘704通过连接轴705固定于皮膜流量计702的转动轴706上。当气体流过皮膜流量计时皮膜流量计旋转轴转动，带动光电编码盘704转动，由光电计数器707检测计数脉冲。

普通的G1.0膜式燃气表本身是用于1个立方以上的气体流量测量的，本发明累积体积表7使用精密光电旋转编码器替代普通的机械式结构，使得流量灵敏度得到大幅提高，1个计数脉冲仅对应约10mL的气体体积，可将皮膜流量702用于小流量低于5L/min的气体体积测量；同时，皮膜流量702进气端安装一个温度传感器703，使得体积计量与换算更加精确；最后，仪器使用多采样点校准，优化体积测量表的线性指标，提高测量的准确性。

本实施例仪器整机结构紧凑，将所有部件整合在一起，首先是由全程伴热的气路将样品经由吸附管、烟枪、伴热管进入仪器主机部分，随后气体经过制冷器除湿以及后续保护措施后进入流量测控部分，采样气体经由流量测控部分流出后进入气泵，气泵出气则与体积测量部分进气口连接，这个流程完全符合气态汞采样的所有需要，也是符合美国EPA方法30B与中国国情的采样方法。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了烟枪1、制冷器2、干燥器3、颗粒物过滤器4、流量控制器5、气泵6、累积体积表7、保温箱8、伴热管9、散热器10、采样气管101、皮托管102、温度探头103、上定位板104、螺母105、气态汞吸附管106、稀释管接头107、聚四氟卡套108、气管109、双路用制冷铝锭201、不锈钢进气盘管202、不锈钢出气直管203、制冷片204、集液瓶205、调节阀座501、孔板502、比例调节阀503进气端504、出气端505、温度取样口506、计压取压口507、差压负端取压口508、差压正端取压口509、光电检测器701、皮膜流量计702、温度传感器703、光电编码盘704、连接轴705、转动轴706等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，包括：依次连接的烟枪(1)、制冷器(2)、干燥器(3)、颗粒物过滤器(4)、流量控制器(5)、气泵(6)、累积体积表(7)、其中，烟枪(1)的尾部安装有保温箱(8)，所述制冷器(2)的进气口通过伴热管(9)与烟枪(1)的出气端相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述烟枪(1)内设有两路独立的采样气流通道，所述制冷器(2)内设有两路独立的制冷气流通道，所述两路独立的采样气流通道分别通过两个伴热管与所述两路独立的制冷气流通道的入口端相连，所述干燥器(3)、颗粒物过滤器(4)、流量控制器(5)、气泵(6)、累积体积表(7)均为两个且依次连接成两路并行的气流通道，所述两路并行的气流通道的进气端分别与所述两路独立的制冷气流通道的出口端相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述烟枪(1)的气管上安装有直流加热丝，所述直流加热丝采取多层并绕的方式缠绕于气管上，所述加热丝的最内层安装有温度探头，最外层包裹有隔热材料。

4.根据权利要求1所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述制冷器(2)包括：双路用制冷铝锭(201)，与双路用制冷铝锭(201)相连的制冷片(204)，包含于制冷铝锭中(201)中的不锈钢进气盘管(202)、不锈钢出气直管(203)，其中：所述不锈钢进气盘管(202)的进气端与伴热管(9)相连，出口通过集液瓶(205)与不锈钢出气直管(203)相通。

5.根据权利要求1所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述流量控制器(5)包括：带有气流通道的调节阀座(501)、固定于调节阀座(501)气流通道上的孔板(502)、控制气体流量的比例调节阀(503)，其中：所述调节阀座(501)包括进气端(504)和出气端(505)，所述调节阀座(501)的气流通道穿过孔板(502)后与比例调节阀(503)相通，所述比例调节阀(503)与出气端(505)相通。

6.根据权利要求5所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述流量控制器(5)还包括：位于所述孔板(502)和进气端(504)之间气流通道上的温度取样口(506)、计压取压口(507)、差压负端取压口(508)，位于孔板(502)和比例调节阀(503)之间气流通道上的差压正端取压口(509)。

7.根据权利要求5所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述调节阀座(501)、所述孔板(502)、所述比例调节阀(503)为不锈钢制成。

8.根据权利要求1所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述累积体积表(7)包括：光电检测器(701)、皮膜流量计(702)，所述光电检测器(701)的光电编码盘(704)通过连接轴(705)固定于所述皮膜流量计(702)的转动轴(706)上。

9.根据权利要求1所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述干燥器(3)包括分子筛干燥塔和除湿剂。

10.根据权利要求1所述的一种用于固定污染源的气态汞采样装置，其特征在于，所述气泵(5)为无刷隔膜真空泵。