CN107727457A - 一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置及方法，该方法在用于低温微尘条件下汞排放监测的EPA 30B方法基础上，为了实现不同烟道位置、不同烟气条件下汞浓度及形态的准确监测，进而掌握燃煤电厂等固定源的汞污染迁移规律，在采样枪的前端根据烟气条件的不同，安装适用的采样头，使得活性炭管处的烟气条件满足低温微尘要求；具体的，在SCR出入口等位置，采用高温高灰采样头，该采样头通过滤膜过滤飞灰、空气夹层降低烟温；在空预器出口、除尘器入口等位置，采用低温高灰采样头，该采样头通过惯性过滤和滤膜过滤，分两级过滤飞灰。利用该方法，可以实现采用吸附炭管法对高灰烟气中的汞进行取样监测，并保证汞浓度及形态测量结果的准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电厂环保及污染物排放监测技术领域，特别涉及一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置及方法。
背景技术
汞污染具有剧毒性、持久性、全球性和生物累积性。人为源大气汞排放是全球汞污染的重要成因。2013年，全球各国在日本正式签署了《关于汞的水俣公约》，这标志着全球汞污染防治进入到了一个新的阶段，该公约在2016年4月已正式经我国政府批准生效。其中，燃煤电厂、燃煤工业锅炉等五个行业，是国际汞公约针对大气汞排放控制的主要管控源。
摸清燃煤电厂汞排放底数、阐明生产过程中汞的行为特征、掌握燃煤电厂的汞污染迁移规律是实现大气汞排放控制的基础，而实现不同烟道位置、不同烟气条件下汞浓度及形态的准确监测，则是以上工作的前提。
烟气汞浓度监测的主要方法包括在线和离线方法两大类。
其中，在线监测方法以美国EPA 30A方法为代表，主要采用汞排放在线连续监测系统Hg‐CEMS，该仪器价格昂贵，一台机组往往只安装一台，并且探头一旦安装在某烟道位置后难以移动，基本都用于固定烟道位置的烟气汞监测，并以烟囱排放烟气的汞监测为主，因此不便于测量不同烟道位置的烟气汞浓度。
离线方法则是采用液体吸收液或者固体吸附剂作为介质，将烟气汞从气态转化为液体或固体形式然后加以测定。液体吸收法的代表性方法包括美国Ontario Hydro方法、EPA29方法等，固体吸附法的代表性方法包括美国EPA 30B方法(又称为吸附炭管法)等。吸附炭管法采用管中的活性炭对烟气中的汞进行吸附，然后进行分析测定，而为了保证测量结果的可靠，需同时采用两只活性炭管进行取样，此外还有其它的质量控制措施。与液体吸收法相比较，吸附炭管法的主要优势在于操作简便，对于测试人员的要求较低，操作误差产生概率小，得到了迅速的推广，已成为国内外进行燃煤电厂大气汞排放监测的主要方法。
吸附炭管法作为手工监测方法，所用仪器易于搬运，理论上可用于对不同烟道的汞浓度进行取样监测。但是，EPA 30B方法在建立之初针对的烟气条件为低温(100～150℃)、微尘条件，这往往只有在工业生产过程中，烟气流经所有的污染控制设施，排入大气时才能达到。较高的飞灰浓度会导致活性炭管堵塞，较高的温度会导致活性炭管对烟气汞的吸附效率下降，影响烟气汞浓度监测结果的准确性。而当飞灰进入活性炭管后，当对活性炭管进行分析时，一方面难以做到将这些飞灰单独分离出来，分别测定飞灰和活性炭中的汞浓度；另一方面，活性炭管里的飞灰会形成厚厚的一层，在EPA 30B方法的使用温度(100～150℃)条件下，这一层飞灰会继续吸附气态汞，降低活性炭所吸附的汞的浓度，严重影响对汞形态的测量。
因此，如何实现吸附炭管法在高灰烟气条件下准确进行汞排放取样监测，对掌握燃煤电厂或其它固定源的汞污染迁移规律，继而进行汞污染控制，具有非常重要的意义。所述的高灰烟气条件，具体包括SCR脱硝前后烟道的高温(300～400℃)高灰烟气，以及空预器后、除尘器前的低温(100～150℃)高灰烟气。
发明内容
为了突破现有EPA 30B汞排放监测方法的局限性，实现吸附炭管法在高灰烟气条件下也能准确进行汞排放取样监测，本发明在现有EPA 30B方法的基础上，设计了前端采样装置，并针对高温高灰和低温高灰的不同特点，采用了不同的方案，从而提出了一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置及方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，在高温高灰条件下，在采样枪1的前端安装有高温高灰采样头10，在低温高灰条件下，在采样枪1的前端安装有低温高灰采样头18；在采样枪1的前段内安装有活性炭管2，利用高温高灰采样头10和低温高灰采样头18对采样烟气进行除尘降温，使得低温微尘的烟气通过活性炭管2，满足汞的取样条件；
所述高温高灰采样头10的入口，设有过滤罩7和多孔板9，在过滤罩7和多孔板9之间，装有高温滤膜8，用于过滤飞灰；当采样烟气温度下降后，利用活性炭管2对烟气中的汞吸附取样；
所述低温高灰采样头18的前端侧方设有进行取样的采样口17，低温高灰采样头18内中段，设有多级粗灰挡板19，利用惯性对粗灰进行过滤；低温高灰采样头18内后段，设有多孔板21，并在多孔板21上装有低温滤膜20，用于过滤细灰；微尘的烟气通过活性炭管2采样。
所述过滤罩7前端设有采样嘴15，实现等速取样；所述过滤罩7内设有储灰槽16，用于当飞灰较多时，储存高温滤膜8滤下的飞灰。
所述高温高灰采样头10的外围设有空气夹层11，在高温高灰采样头10的末端设有进气口12和出气口13，进气口13与冷却气泵14相连，利用冷却气泵14产生的空气对高温高灰采样头10内的烟气进行快速冷却，使烟气温度满足测量条件。
所述活性炭管2处烟气温度的控制，通过调节冷却气泵14产生的空气量实现，或通过调节采样枪1在高温高灰采样头10中的位置实现。
所述多级粗灰挡板19为三级，第一级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并在第一级圆板靠近采样口17一侧开有一小孔，便于将滤下的粗灰取出；第二级为直径小于低温高灰采样头18内筒的圆板，烟气从四周流过；第三级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并设有储灰槽。
所述高温高灰采样头10和低温高灰采样头18，在采样头内部，所有会跟烟气接触的部件，为了避免可能的对汞的吸附，采用玻璃或聚四氟材质，或者在金属材质表面镀玻璃涂层或聚四氟涂层，并且相关组件之间密封严密。
在采样枪1的前段安装有两根活性炭管2，采样枪1的内部也分为两部分分别走两路烟气，采样枪1的末端连接有两根连接管3，连接管3与烟气除水装置4相连，烟气除水装置4连接两台采样泵5，每台采样泵5分别连接一套烟气流量测量装置6，从而实现两路烟气同时采样和计量。
所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置的汞排放取样监测方法，在高温高灰条件下，先通过高温滤膜8在高温下过滤飞灰，然后使采样烟气的温度快速下降，保证活性炭管2处的烟气为低温微尘状态，而且高温下的飞灰、烟气快速的降温对汞的影响小，能够保证测量的准确；在低温高灰条件下，先通过多级粗灰挡板19利用惯性对粗灰进行过滤，然后利用低温滤膜20对细灰进行过滤，同样保证活性炭管2处的烟气为低温微尘状态，并防止飞灰在低温滤膜20上形成一层厚厚的吸附层，对汞产生二次吸附，保证测量的准确。
和现有技术相比较，本发明的突出优点是：
1.通过采样头对烟气进行预处理，使得活性炭管对烟气中汞的采样，完全满足EPA30B方法的使用条件，从而实现采用吸附炭管法，在高灰烟气条件等不同烟道位置中汞的取样监测。
2.在高温高灰条件下，利用高温高灰采样头进行取样，首先进行除尘，所过滤下的飞灰由于处于高温(300～400℃)条件下，对汞的吸附能力弱，因此对测量结果的影响可以忽略，然后快速降温，采样枪的位置可以根据烟温变化情况设在合适的位置，从而实现对烟气汞浓度及其形态的准确测量。
3.在低温高灰条件下，利用低温高灰采样头进行取样，首先将大量的粗灰利用惯性过滤的原理进行一级过滤，然后利用滤膜对剩余的细灰进行二级过滤，由于飞灰量已大幅减少，不会形成一层厚厚的飞灰层，因此飞灰对汞的吸附较少，对测量结果的影响可以忽略，从而实现对烟气汞浓度及其形态的准确测量。
4.本发明仅仅通过在用于低温微尘条件下汞排放监测EPA 30B方法所用仪器装置的基础上，在采样枪的前端根据烟气条件的不同，安装各自适用的采样头，即可实现对不同烟气条件下的汞取样监测，系统简单、操作方便、成本低。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图2是本发明的实施例1的示意图。
图3是本发明的实施例2的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述。
如图1所示，本发明一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，在高温高灰条件下，在采样枪1的前端安装有高温高灰采样头10，在低温高灰条件下，在采样枪1的前端安装有低温高灰采样头18；在采样枪1的前段内安装有活性炭管2，利用高温高灰采样头10和低温高灰采样头18对采样烟气进行除尘降温，使得低温微尘的烟气通过活性炭管2，满足汞的取样条件；所述高温高灰采样头10的入口，设有过滤罩7和多孔板9，在过滤罩7和多孔板9之间，装有高温滤膜8，用于过滤飞灰；当采样烟气温度下降后，利用活性炭管2对烟气中的汞吸附取样；所述低温高灰采样头18的前端侧方设有进行取样的采样口17，低温高灰采样头18内中段，设有多级粗灰挡板19，利用惯性对粗灰进行过滤；低温高灰采样头18内后段，设有多孔板21，并在多孔板21上装有低温滤膜20，用于过滤细灰；微尘的烟气通过活性炭管2采样。
作为本发明的优选实施方式，所述过滤罩7前端设有采样嘴15，实现等速取样；所述过滤罩7内设有储灰槽16，用于当飞灰较多时，储存高温滤膜8滤下的飞灰。
作为本发明的优选实施方式，所述高温高灰采样头10的外围设有空气夹层11，在高温高灰采样头10的末端设有进气口12和出气口13，进气口13与冷却气泵14相连，利用冷却气泵14产生的空气对高温高灰采样头10内的烟气进行快速冷却，使烟气温度满足测量条件。
作为本发明的优选实施方式，所述活性炭管2处烟气温度的控制，通过调节冷却气泵14产生的空气量实现，或通过调节采样枪1在高温高灰采样头10中的位置实现。
作为本发明的优选实施方式，所述多级粗灰挡板19为三级，第一级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并在第一级圆板靠近采样口17一侧开有一小孔，便于将滤下的粗灰取出；第二级为直径小于低温高灰采样头18内筒的圆板，烟气从四周流过；第三级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并设有储灰槽。
作为本发明的优选实施方式，所述高温高灰采样头10和低温高灰采样头18，在采样头内部，所有会跟烟气接触的部件，为了避免可能的对汞的吸附，采用玻璃或聚四氟材质，或者在金属材质表面镀玻璃涂层或聚四氟涂层，并且相关组件之间密封严密。
作为本发明的优选实施方式，在采样枪1的前段安装有两根活性炭管2，采样枪1的内部也分为两部分分别走两路烟气，采样枪1的末端连接有两根连接管3，连接管3与烟气除水装置4相连，烟气除水装置4连接两台采样泵5，每台采样泵5分别连接一套烟气流量测量装置6，从而实现两路烟气同时采样和计量。
本发明适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置的汞排放取样监测方法，在高温高灰条件下，先通过高温滤膜8在高温下过滤飞灰，然后使采样烟气的温度快速下降，保证活性炭管2处的烟气为低温微尘状态，而且高温下的飞灰、烟气快速的降温对汞的影响小，能够保证测量的准确；在低温高灰条件下，先通过多级粗灰挡板19利用惯性对粗灰进行过滤，然后利用低温滤膜20对细灰进行过滤，同样保证活性炭管2处的烟气为低温微尘状态，并防止飞灰在低温滤膜20上形成一层厚厚的吸附层，对汞产生二次吸附，保证测量的准确。
实施例一：
如图1所示，本实施例“一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置及方法”，对SCR出入口位置的高温高灰烟气的汞进行取样监测。此时，首先按照低温低灰烟气的采样流程，将采样枪1依次与连接管3、烟气除水装置4、采样泵5、流量测量装置6相连，采样枪1、烟气除水装置4内均有两路、连接管3、采样泵5、流量测量装置6均有两套，以满足两路烟气同时采样的要求。在采样枪1的前段安装两根活性炭管2，用于烟气中汞的吸附取样。在采样枪1的前端，安装高温高灰采样头10。
为了将烟气中的飞灰和气体分离，在高温高灰采样头10的入口，设有过滤罩7和多孔板9，在过滤罩7和多孔板9之间，装有高温滤膜8，用于过滤飞灰。过滤罩7设有采样嘴15，实现等速取样，并设有储灰槽16，用于当飞灰较多时，储存高温滤膜8滤下的飞灰。
为了使烟气温度满足测量条件，在高温高灰采样头10的外围设有空气夹层11，在高温高灰采样头10的末端设有进气口12和出气口13，进气口13与冷却气泵14相连，利用冷却气泵14产生的空气对高温高灰采样头10内的烟气进行快速冷却。活性炭管2处烟气温度的控制，既可以通过调节冷却气泵14产生的空气量实现，也可以通过调节采样枪1在高温高灰采样头10中的位置实现。
在高温高灰采样头10内部，所有会跟烟气接触的部件，为了避免可能的对汞的吸附，需采用玻璃或聚四氟材质，或者在金属材质表面镀玻璃涂层或聚四氟涂层，并且相关组件之间需密封严密。
该实施例的特点是：通过滤膜过滤飞灰、空气夹层降低烟温，能够实现采用吸附炭管法对高温高灰烟气中的汞进行取样监测，并保证汞浓度及形态测量结果的准确可靠。
实施例二：
如图2所示，本实施例“一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置及方法”，对空预器出口、除尘器入口位置的低温高灰烟气的汞进行取样监测。此时，首先按照低温低灰烟气的采样流程，将采样枪1依次与连接管3、烟气除水装置4、采样泵5、流量测量装置6相连，采样枪1、烟气除水装置4内均有两路、连接管3、采样泵5、流量测量装置6均有两套，以满足两路烟气同时采样的要求。在采样枪1的前段安装两根活性炭管2，用于烟气中汞的吸附取样。在采样枪1的前端，安装低温高灰采样头18。
为了将烟气中的飞灰和气体分离，在低温高灰采样头18的前端侧方，设有采样口17，实现等速取样；在低温高灰采样头18内中段，设有多级粗灰挡板19，利用惯性对粗灰进行过滤；在低温高灰采样头18内后段，设有多孔板21，并在多孔板21上装有低温滤膜20，用于过滤细灰。
多级粗灰挡板19设计为，第一级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并在第一级圆板靠近采样口17一侧开有一小孔，便于将滤下的粗灰取出；第二级为直径略小于低温高灰采样头18内筒的圆板，烟气从四周流过；第三级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并设有储灰槽。
在低温高灰采样头18内部，所有会跟烟气接触的部件，为了避免可能的对汞的吸附，需采用玻璃或聚四氟材质，或者在金属材质表面镀玻璃涂层或聚四氟涂层，并且相关组件之间需密封严密。
该实施例的特点是：通过惯性过滤和滤膜过滤，分两级过滤飞灰，从而尽可能减少滤膜上飞灰对汞的吸附。必须时，可以一次等速采样保证总汞测量的准确；一次非等速采样，并尽可能减少飞灰进入采样头，保证气态汞测量的准确。从而实现采用吸附炭管法对低温高灰烟气中的汞进行取样监测，并保证汞浓度及形态测量结果的准确可靠。
Claims (8)
1.一种适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，其特征在于：在高温高灰条件下，在采样枪(1)的前端安装有高温高灰采样头(10)，在低温高灰条件下，在采样枪(1)的前端安装有低温高灰采样头(18)；在采样枪(1)的前段内安装有活性炭管(2)，利用高温高灰采样头(10)和低温高灰采样头(18)对采样烟气进行除尘降温，使得低温微尘的烟气通过活性炭管(2)，满足汞的取样条件；
所述高温高灰采样头(10)的入口，设有过滤罩(7)和多孔板(9)，在过滤罩(7)和多孔板(9)之间，装有高温滤膜(8)，用于过滤飞灰；当采样烟气温度下降后，利用活性炭管(2)对烟气中的汞吸附取样；
所述低温高灰采样头(18)的前端侧方设有进行取样的采样口(17)，低温高灰采样头(18)内中段，设有多级粗灰挡板(19)，利用惯性对粗灰进行过滤；低温高灰采样头(18)内后段，设有多孔板(21)，并在多孔板(21)上装有低温滤膜(20)，用于过滤细灰；微尘的烟气通过活性炭管(2)采样。
2.根据权利要求1所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，其特征在于：所述过滤罩(7)前端设有采样嘴(15)，实现等速取样；所述过滤罩(7)内设有储灰槽(16)，用于当飞灰较多时，储存高温滤膜(8)滤下的飞灰。
3.根据权利要求1所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，其特征在于：所述高温高灰采样头(10)的外围设有空气夹层(11)，在高温高灰采样头(10)的末端设有进气口(12)和出气口(13)，进气口(13)与冷却气泵(14)相连，利用冷却气泵(14)产生的空气对高温高灰采样头(10)内的烟气进行快速冷却，使烟气温度满足测量条件。
4.根据权利要求3所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，其特征在于：所述活性炭管(2)处烟气温度的控制，通过调节冷却气泵(14)产生的空气量实现，或通过调节采样枪(1)在高温高灰采样头(10)中的位置实现。
5.根据权利要求1所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，其特征在于：所述多级粗灰挡板(19)为三级，第一级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并在第一级圆板靠近采样口(17)一侧开有一小孔，便于将滤下的粗灰取出；第二级为直径小于低温高灰采样头(18)内筒的圆板，烟气从四周流过；第三级为圆板中间开孔，烟气从中间通过，并设有储灰槽。
6.根据权利要求1所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，其特征在于：所述高温高灰采样头(10)和低温高灰采样头(18)，在采样头内部，所有会跟烟气接触的部件，为了避免可能的对汞的吸附，采用玻璃或聚四氟材质，或者在金属材质表面镀玻璃涂层或聚四氟涂层，并且相关组件之间密封严密。
7.根据权利要求1所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置，其特征在于：在采样枪(1)的前段安装有两根活性炭管(2)，采样枪(1)的内部也分为两部分分别走两路烟气，采样枪(1)的末端连接有两根连接管(3)，连接管(3)与烟气除水装置(4)相连，烟气除水装置(4)连接两台采样泵(5)，每台采样泵(5)分别连接一套烟气流量测量装置(6)，从而实现两路烟气同时采样和计量。
8.权利要求1至7任一项所述的适用于高灰烟气条件下的汞排放取样监测装置的汞排放取样监测方法，其特征在于：在高温高灰条件下，先通过高温滤膜(8)在高温下过滤飞灰，然后使采样烟气的温度快速下降，保证活性炭管(2)处的烟气为低温微尘状态，而且高温下的飞灰、烟气快速的降温对汞的影响小，能够保证测量的准确；在低温高灰条件下，先通过多级粗灰挡板(19)利用惯性对粗灰进行过滤，然后利用低温滤膜(20)对细灰进行过滤，同样保证活性炭管(2)处的烟气为低温微尘状态，并防止飞灰在低温滤膜(20)上形成一层厚厚的吸附层，对汞产生二次吸附，保证测量的准确。
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