CN104330374A - 一种煤中汞含量测量装置 - Google Patents

Abstract

一种煤中汞含量测量装置，该装置包括流量计、Hg²⁺转化器、测汞仪、A/D转换器、工控机和烟气发生器；所述流量计、Hg²⁺转化器和测汞仪通过导管连接；所述烟气发生器包括烟气发生炉和气体燃料供给系统，该气体燃料供给系统包括CO气罐、O₂气罐、混合气室和燃料喷嘴；所述的燃料喷嘴对称布置在所述的烟气发生炉的内壁上；在烟气发生炉的底部安装有云台，云台上方设置煤样皿，煤样皿中置有煤样；在烟气发生炉的顶部分别设有热电偶和通流孔，通流孔通过导管与流量计相连；本发明具有校准，标定简便,测量范围大,检测时间短等优点，能实现煤中汞含量的快速测量，特别适用于商品煤中汞含量的测量。

Description

一种煤中汞含量测量装置

技术领域

本发明涉及一种煤中汞含量测量装置，属于煤质检验技术领域。

背景技术

我国是煤炭贸易大国，2013年煤炭进口3.27亿吨，占全国年煤炭消耗量的近9％。目前，从宏观层面看，对煤质的控制仍旧是通过“优质优价”原则依靠市场自发调节，商品煤买、卖双方往往只关注水分、灰分、硫份等影响煤炭定价的常规工业分析指标，对煤中有害痕量元素如Hg、Pb等含量关注较少，对于长距离运输的煤炭，尤其是进口煤，加强对痕量元素检测与监管非常有必要。2015年1月1日开始实施的《商品煤质量管理暂行办法》首次将汞纳入到商品煤质量监管中，随着环保的日益趋严，政府对煤中有害痕量元素也将愈来愈重视。

对于煤中汞含量的检测，目前一般是采用化学消解+原子吸收光谱技术，该方法需要配置不同浓度、不同种类的化学试剂，通过对煤样进行化学消解、离心、过滤等步骤获得气态汞原子，再用测汞仪来测量汞的浓度。如国标GB/T 16659-2008、专利CN101839900B都是采用此种测量方法，化学消解主要缺点在于：一是需要配置不同浓度、不同种类的化学试剂，不够简便，二是测量时间较长，一个样品的测量往往需要数小时甚至一天；通常的测汞仪的测量气室都是固定长度，这样，在标定时，需要配置至少三种以上(越多标定效果越好)的不同浓度的标准样，另外，在测量低浓度时，往往还需要配合汞齐富集等其他技术来达到测量效果，不够简便。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的是提供一种煤中汞含量测量装置，一是缩短测量时间，实现煤中汞含量的快速测量；二是进一步增大汞浓度的测量范围。

本发明的技术方案如下：一种煤中汞含量测量装置，该装置依次包括流量计、Hg²⁺转化器、测汞仪、A/D转换器和工控机；所述流量计、Hg²⁺转化器和测汞仪通过导管连接，所述装置还包括烟气发生器，所述烟气发生器包括烟气发生炉和气体燃料供给系统，该气体燃料供给系统包括CO气罐、O₂气罐、混合气室和燃料喷嘴；所述的燃料喷嘴对称布置在所述的烟气发生炉的内壁上；在烟气发生炉的底部安装有云台，云台上方设置煤样皿，煤样皿中置有煤样；在烟气发生炉的顶部分别设有热电偶和通流孔，通流孔通过导管与流量计相连；所述的流量计和热电偶分别通过信号线与工控机相连。

所述装置的测汞仪包含低压汞灯、第一透镜、外套管、密封圈、内套管、第二透镜、光电转换器、排气导管、气室；低压汞灯出射光依次经过第一透镜、气室和第二透镜后由光电转换器接收；所述气室由外套管和内套管组成；内套管和外套管均为一侧封闭，另一侧开口结构；内套管封闭侧套有密封圈，并在封闭侧上开有小孔连接排气导管。

所述装置中，连接流量计、Hg²⁺转化器和测汞仪的导管采用特氟龙管，云台上设有高度调节杆。

所述装置的测汞仪的外套管壁上有刻度标尺，内套管可沿管的轴线方向来回滑动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性的技术效果：①本发明通过将煤样燃烧，汞充分析出后，进行价态转化，直接测量汞浓度，能实现煤中汞含量的快速测量，而不需要耗时较长的化学消解过程。②由于本发明的测汞仪采用了新型结构，使得气室长度可调节，所以能增大汞浓度的测量范围；另外，在测汞仪校准时，只需要用一种浓度的标准样品就能实施校准，与常规校准(标定)需要至少三种以上不同浓度标准样品相比，可大大减少标准样品数量。因此，具有校准标定简便，测量范围大，检测时间短，能实现煤中汞含量的快速测量。

附图说明

图1是本发明测量装置的结构原理示意图。

图2是测汞仪结构原理示意图。

图3是图2的A-A剖视图。

图中：1—烟气发生炉；2—混合气室；3—流量计；4—Hg²⁺转化器；5—测汞仪；6—A/D转换器；7—热电偶；8—工控机；9—煤样；10—煤样皿；11—燃料喷嘴；12—通流孔；13—高度调节杆；14—云台；15—CO气罐；16—O₂气罐；17—低压汞灯；18—第一透镜；19—外套管；20—密封圈；21—内套管；22—第二透镜；23—光电转换器；24—排气导管；25—刻度标尺；26—气室。

具体实施方式

为了使本发明更好地被理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明测量装置的结构原理示意图，该装置依次包括流量计3、Hg²⁺转化器4、测汞仪5、A/D转换器6、工控机8和烟气发生器；所述流量计3、Hg²⁺转化器4和测汞仪5通过导管连接，导管优选采用特氟龙管。

烟气发生器包括烟气发生炉1和气体燃料供给系统，该气体燃料供给系统包括CO气罐15、O₂气罐16、混合气室2和燃料喷嘴11；所述的燃料喷嘴对称布置在所述的烟气发生炉1的内壁上；在烟气发生炉的底部安装有云台14，云台上方设置煤样皿10，煤样皿10中置有煤样9；在烟气发生炉的顶部分别设有热电偶7和通流孔12，通流孔12通过导管与流量计3相连；所述的流量计和热电偶7分别通过信号线与工控机8相连。

烟气发生炉由CO气罐15和O₂气罐16供燃气，在混合气室2充分混合后，送入烟气发生炉1中的燃料喷嘴11，在烟气发生炉1中燃烧。根据燃用煤样种类、粒径等不同，云台14可通过高度调节杆13进行调节，使煤样充分燃烧，汞完全析出。燃烧烟气经过流量计3，流量数据被传输至工控机8，烟气经过Hg²⁺转化器4，Hg²⁺转换为Hg⁰，进入测汞仪5，测出汞浓度。

图2是本发明提供的测汞仪结构原理示意图，图3是图2的A-A剖视图。本发明的测汞仪5包含低压汞灯17、气室26、排气导管24、第一透镜18、第二透镜22和光电转换器23；低压汞灯17发出的光依次经过第一透镜18、气室26和第二透镜24后由光电转换器23接收；所述气室由外套管19和内套管21组成；内套管21和外套管19均为一端封闭、另一端开口，内套管21沿管的轴线方向来回滑动；在内套管21封闭端套有密封圈20，并在封闭端面上开有小孔，该小孔与所述的排气导管24连接。

外套管19壁上有刻度标尺25，内套管21可沿管的轴线方向来回滑动，调节气室26大小，气室26长度能直接从刻度标尺25上读出。测量汞浓度较低时，气室26长度应调大，测量汞浓度较大时，气室26长度可调小，以保证测量效果。

根据比尔-朗博定律，A＝KCL,其中，A为吸光度，K为吸收常数，C为汞浓度，L为气室长度；在进行测汞仪校准时，只需配置一种汞标气浓度，然后通过调节不同的气室长度，得到一系列对应的吸光度，进而求得吸收常数K完成标定。

本发明具体测量步骤如下：

1)首先进行管路气密性检查；

2)测量测汞仪背景光强；低压汞灯17发出的光依次经过第一透镜18、气室26和第二透镜24后由光电转换器23接收，再由A/D转换器6转换为数字信号，传输到工控机8，得到初始光强信号；

3)取一定粒径的煤样(优选为0.05-0.2mm)煤样，称重后，置入煤样皿10，煤样重量数据输入工控机8；

4)CO与O₂在烟气发生炉1中被点燃，煤样9燃烧产生烟气，监控热电偶7温度，调节CO与O₂流量，控制温度至815-1000℃，烟气依次经过流量计12和Hg²⁺转化器4后进入测汞仪5，低压汞灯17出射光被气室中的Hg⁰吸收，经光电转换器23、A/D转换器6后转换为数字信号，传输到工控机8，得到吸光度，再结合流量、煤样重量等数据，工控机8计算出煤样中的汞含量。

Claims (5)

1.一种煤中汞含量测量装置，该装置依次包括流量计(3)、Hg²⁺转化器(4)、测汞仪(5)、A/D转换器(6)和工控机(8)；所述流量计(3)、Hg²⁺转化器(4)和测汞仪(5)通过导管连接，其特征在于：所述装置还包括烟气发生器，该烟气发生器包括烟气发生炉(1)和气体燃料供给系统，该气体燃料供给系统包括CO气罐(15)、O₂气罐(16)、混合气室(2)和燃料喷嘴(11)；所述的燃料喷嘴对称布置在所述的烟气发生炉(1)的内壁上；在烟气发生炉的底部安装有云台(14)，云台上方设置煤样皿(10)，煤样皿(10)中置有煤样(9)；在烟气发生炉的顶部分别设有热电偶(7)和通流孔(12)，通流孔(12)通过导管与流量计(3)相连；所述的流量计(3)和热电偶(7)分别通过信号线与工控机(8)相连。

2.根据权利要求1所述的一种煤中汞含量测量装置，其特征在于：所述的测汞仪(5)包含低压汞灯(17)、气室(26)、排气导管(24)、第一透镜(18)、第二透镜(22)和光电转换器(23)；低压汞灯(17)发出的光依次经过第一透镜(18)、气室(26)和第二透镜(24)后由光电转换器(23)接收；所述气室由外套管(19)和内套管(21)组成；内套管(21)和外套管(19)均为一端封闭、另一端开口，内套管(21)沿管的轴线方向来回滑动；在内套管(21)封闭端套有密封圈(20)，并在封闭端面上开有小孔，该小孔与所述的排气导管(24)连接。

3.根据权利要求2所述的一种煤中汞含量测量装置，其特征在于：所述外套管(19)壁上有刻度标尺(25)。

4.根据权利要求1、2或3所述一种煤中汞含量测量装置，其特征在于：用于连接流量计(3)、Hg²⁺转化器(4)和测汞仪(5)的导管采用特氟龙管。

5.根据权利要求1、2或3所述一种煤中汞含量测量装置，其特征在于：所述的云台(14)上设有高度调节杆(13)。