CN108051383B - 烟气污染物自动监测系统 - Google Patents

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Abstract

一种烟气污染物自动监测系统，用于监测烟气中元素态汞、离子汞以及总汞的含量，其中通过采样通道中设置反冲装置，用于对颗粒过滤器的吸附颗粒进行反冲，从而排出监测系统，能够消除吸附颗粒对于检测结果的影响。本发明的烟气污染物自动监测系统，能够用于化工厂，燃煤火电厂、垃圾处理厂等固定污染源汞排放的精确连续监测，从而实现对于污染源的排放控制，为环境监测和环境保护提供实时可靠的数据。

Description

烟气污染物自动监测系统
技术领域
本发明涉及一种自动监测系统，尤其是涉及一种烟气污染物自动监测系统。
背景技术
汞是一种对人体极为有害的元素，它具有挥发性和积累性。作为重点控制的重金属之一，过量的汞排放不仅会污染空气，
而且会通过各种环境界面的交换，向水、土壤迁移，对生态环境和人体健康产生危害。高浓度的汞接触将对人体的神经系统和生长发育产生影响, 吸入一定量会使人体四肢变形，丧失劳动能力直至死亡。
汞污染近年来已被公认为是继燃煤硫氨污染和颗粒物污染之后的又一大污染问题。造成大气汞污染的来源主要有两部分：人为释汞源和自然释汞。人为释汞源包括燃煤、垃圾焚烧、氯碱生产等，其中燃煤火电厂是最大的人为释放源之一；自然释汞包括地壳物质自然释放、自然水体排放、地热活动等，主要以气态单质汞为主。
我国是世界第一产煤大国,能源结构中煤的比例高达75%,而且由于我国燃煤技术普遍落后,燃煤释放的汞对环境生态系统的污染更为严重。目前燃煤火电厂、化工厂等固定污染源汞的排放控制越来越受关注，而对烟气中的汞精确在线连续监测是脱汞控制的一个重要前提。
安大略化学法是美国材料与试验协会(American Society for Testing andMaterials，ASTM)颁布的针对烟气排放中的元素态汞、离子汞、颗粒态汞的标准检测方法。其将抽取过滤的样品经过一系列的化学试剂瓶，进行气态汞的吸收，其中3个装有KCl溶液的吸收瓶吸收离子汞，1个装有HN03／H202吸收部分的元素态汞，后面使用3个含有高锰酸钾硫酸溶液的吸收瓶将元素态汞完全吸收，最后1个使用硅胶将水分脱除排放干净烟气，随后吸收瓶的液体通过一系列化学处理后定容后保存，再使用SnCl2将所有的离子汞转化为元素态汞，使用冷蒸汽原子荧光或者冷蒸汽原子吸收进行定量分析。
安大略化学法需要大量的化学试剂，结构复杂，容易发生泄露，并且只能手工操作，不能在线自动化连续监测。为了解决上述问题，201310094764.7的发明专利提出了一种烟气形态汞排放连续监测系统，其中仅使用较少的氯化钾溶液以及二价汞还原溶液即能够实现对于烟气汞的连续监测。但是，该发明中仍然需要使用化学试剂，同时其取样探头需要设置过滤器，烟气通过过滤器时过滤器上吸附的颗粒会氧化烟气中的元素汞，导致测量结果中元素汞的含量偏小。现有技术中，通过惯性分离过滤器能够避免颗粒过滤器的吸附颗粒对于元素汞的氧化，但是其对于微小颗粒的过滤效果不如颗粒过滤器。
为了解决上述问题，申请人提出一种烟气污染物自动监测系统，其中使用
Figure DEST_PATH_IMAGE001
形的采样通道，能够减少化学试剂的使用，同时能够减小颗粒过滤器中颗粒对于检测结果的影响。但是，尽管该系统能够减小颗粒过滤器中颗粒对于检测结果的影响，但是颗粒过滤器中的吸附颗粒还是可能吸附气态汞，从而影响检测结果。
发明内容
作为现有技术的进一步改进，本发明提供一种烟气污染物连续监测系统，包括：采样子系统，第一冷凝器，加热还原反应器，总汞测量装置，第二冷凝器，加热器，元素汞测量装置以及控制器；所述采样子系统包括
Figure 296852DEST_PATH_IMAGE001
形的采样通道，所述采样通道竖直管路设置颗粒过滤器；所述竖直管路出口与第一冷凝器相连，通过颗粒过滤器的烟气通过第一冷凝器进行冷凝；所述加热还原反应器与所述冷凝器连接，用于将采样气体中二价汞还原为元素汞；所述加热还原反应器的输出气体进入总汞测量装置，通过总汞测量装置测量烟气中的总汞；其特征在于：还包括储气罐，反冲管路，第一反冲电磁阀以及第二反冲电磁阀；所述储气罐内设置压缩气体，通过第一反冲电磁阀与所述竖直管路连接；所述反冲管路通过可调开口设置连接于竖直管路侧面；所述第二反冲电磁阀设置于所述竖直管路的气流通道内；所述控制器控制所述可调开口，第一反冲电磁阀以及第二反冲电磁阀，以特定的反冲周期对于所述颗粒过滤器进行反冲。
优选的，所述压缩气体为压缩空气。
优选的，所述第二反冲电磁阀设置于所述颗粒过滤器的下方流路。
优选的，所述反冲管路设置于所述第二反冲电磁阀的下方流路。
优选的，所述控制器在烟气采样期间，关闭所述可调出口以及第一反冲电磁阀，开启所述第二反冲电磁阀，所述竖直管路采样气体通过颗粒过滤器后进入后续管路处理；所述控制器在反冲期间，关闭所述第二反冲电磁阀，开启所述可调出口以及所述第一反冲电磁阀，所述储气罐内的压缩气体对所述颗粒过滤器进行反冲，反冲气体将颗粒过滤器中的颗粒通过所述反冲管路排出监测系统。
优选的，所述采样子系统还包括第一采样泵，电磁阀以及第二采样泵；所述采样通道竖直方向下端与第一采样泵相连接，水平方向右端通过电磁阀与第二采样泵连接；所述颗粒过滤器的高度低于所述采样通道的水平管路；所述第一采样泵的工作状态为连续采样，通过电磁阀控制第二采样泵以特定周期采样；所述第二冷凝器与所述第二采样泵连接，用于将水平管路输出的烟气进行冷凝；所述加热器与所述第二冷凝器连接，用于将通过所述第二冷凝器后的采样气体进行加热；加热后的采样气体进入元素汞测量装置，通过所述元素汞测量装置测量烟气中的元素汞含量；所述控制器控制通过所述电磁阀控制所述第二采样泵的采样周期，同时接收总汞测量装置以及元素汞测量装置的检测数据，给出监测系统的检测结果。
优选的，所述控制器根据总汞测量装置的检测数据，给出烟气中总汞的实时含量ρ总；所述控制器根据所述元素汞测量装置的检测数据以及采样周期数据，给出烟气在该采样周期内元素汞的实时含量ρ0。
优选的，所述控制器根据总汞测量装置的检测数据、元素汞测量装置的检测数据以及采样周期数据，给出烟气在该采样周期内二价汞的含量ρ2＝ρ总－ρ0。
优选的，所述竖直管路的直径至少为水平管路直径的2倍。
优选的，还包括加速阻流元件，所述加速阻流元件顶部位于水平管路与竖直管路的连接处的上方，朝向竖直管路的轴线方向延伸到其底部与水平管路与竖直管路连接处的下端处于同一水平线。
优选的，所述加速阻流元件与所述竖直管路管壁的夹角为30到60度。
优选的，所述加热还原反应器中加热温度为800度以上。
可选的，所述加热还原反应器中为催化还原反应器。
优选的，所述总汞测量装置以及元素汞测量装置通过原子吸收光谱仪测量汞含量。
优选的，所述采样通道的入口处设置温度传感器，所述控制器根据所述温度传感器的检测结果，将所述加热器的温度设置为与采样通道入口处相同的温度。
附图说明
图1是本发明实施例的烟气污染物连续监测系统的系统结构示意图。
图2是本发明实施例的反冲管路路线示意图。
图3是本发明优选实施例的烟气污染物连续监测系统的采样通道示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。而且，应当理解，在此描述的各种各样的实施例的特征不互斥，并且能在各种各样的组合和换变过程中存在。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
本发明实施例的烟气污染物连续监测系统，参见图1，包括采样子系统，第一冷凝器20，加热还原反应器30，总汞测量装置40，第二冷凝器50，加热器60，元素汞测量装置70，控制器80以及颗粒过滤器反冲系统。
采样子系统用于通过探头从烟道中抽取用于监测的烟气，可以采用铁或不锈钢作为探头的材料，也可以采用其他金属材料，例如也喷有特殊镀层的其他金属材质,如涂覆石英的镍基合金。
采样子系统包括
Figure 951955DEST_PATH_IMAGE002
形的采样通道11，第一采样泵12，电磁阀13以及第二采样泵14。采样通道11竖直管路15的下端与第一采样泵12相连接，水平管路16右端通过电磁阀13与第二采样泵14连接。
竖直管路15的直径至少为水平管路16直径的2倍，竖直管路设置颗粒过滤器17，颗粒过滤器17的高度低于采样通道11的水平管路。从而，在采样通道11中形成两条过滤通道，烟气带着颗粒在采样通道11中以较高速率向下运动，水平管路16间歇以较低的速率进行抽气，由于烟气中颗粒质量较大保持向下运动而不会被水平管路16抽取，因此水平管路抽取的是具有较少颗粒物的采样气体；向下运动的烟气通过颗粒过滤器17时，其中的颗粒被颗粒过滤器17过滤，竖直管路15内通过颗粒过滤器17的采样气体为没有颗粒物的采样气体。
第一采样泵12的工作状态为连续采样，控制80通过电磁阀13控制第二采样泵14以特定周期采样。第一冷凝器20与第一采样泵12连接，用于将竖直管路15输出的烟气进行冷凝，避免其中的水蒸气对于汞监测的影响。加热还原反应器30与第一冷凝器20连接，其中加热温度为800度以上，用于将采样气体中二价汞还原为元素汞。可选的，加热还原反应器中为催化还原反应器。加热还原反应器30的输出气体进入总汞测量装置40，通过总汞测量装置40测量烟气中的总汞。总汞测量装置40可以是原子吸收光谱仪，通过原子吸收光谱法测量元素汞含量，通过测量结果确定总汞含量。
上述总汞测量通道中，尽管竖直管路15中的颗粒过滤器17上吸附的颗粒会将烟气中的元素汞氧化为二价汞，但是其对于总汞的测量不会产生影响，因此能够得到精确的总汞测量结果。
竖直管路15的颗粒过滤器17的反冲系统，参见图2，包括储气罐20，反冲管路21，第一反冲电磁阀22以及第二反冲电磁阀23。储气罐20内设置压缩气体，可以使用压缩空气作为反冲气体。储气罐20通过第一反冲电磁阀22与竖直管路15连接。第二反冲电磁阀23设置于竖直管路15的气流通道内颗粒过滤器17的下方流路。反冲管路21设置于第二反冲电磁阀23的下方流路，反冲管路21通过可调开口设置连接于竖直管路15。控制器80控制可调开口，第一反冲电磁阀22以及第二反冲电磁阀23，以特定的反冲周期对于所述颗粒过滤器进行反冲。该特定反冲周期可以是，例如每天反冲一次。具体的，控制器80在烟气采样期间，关闭可调出口以及第一反冲电磁阀22，开启所述第二反冲电磁阀23，竖直管路15采样气体通过颗粒过滤器17后进入后续管路处理。控制器80在反冲期间，关闭第二反冲电磁阀23，开启可调出口以及第一反冲电磁阀22，储气罐内20的压缩气体对颗粒过滤器17进行反冲，反冲气体将颗粒过滤器17中的颗粒通过反冲管路21排出监测系统。
第二冷凝器50与第二采样泵14连接，用于将水平管路16输出的烟气进行冷凝避免其中的水蒸气对于汞监测的影响。加热器60与第二冷凝器50连接，用于将通过第二冷凝器50后的采样气体进行加热。可以在采样通道11的入口处设置温度传感器，控制器80根据温度传感器的检测结果，将加热器60的加热温度设置为与采样通道11入口处相同的温度。
加热后的采样气体进入元素汞测量装置70，通过元素汞测量装置70测量烟气中的元素汞含量。元素汞测量装置70可以是原子吸收光谱仪，通过原子吸收光谱法测量元素汞的含量。
在上述元素汞测量通道中，由于不设置颗粒过滤器，不会收到飞灰颗粒对于元素汞氧化的影响，从而使测量到的元素汞的结果不会偏小。
控制器80控制通过电磁阀13控制第二采样泵14的采样周期，同时接收总汞测量装置40以及元素汞测量装置70的检测数据，给出监测系统的检测结果。具体的，控制器80根据总汞测量装置40的检测数据，给出烟气中总汞的实时含量ρ总；根据元素汞测量装置70的检测数据以及采样周期数据，给出烟气在该采样周期内元素汞的实时含量ρ0。控制器80根据总汞测量装置40的检测数据、元素汞测量装置70的检测数据以及采样周期数据，给出烟气在该采样周期内二价汞的含量ρ2＝ρ总－ρ0。
优选的，参见图3，可以在采样通道11中设置加速阻流元件18，其顶部位于水平管路16与竖直管路15的连接处的上方，朝向竖直管路15的轴线方向延伸到其底部与水平管路与竖直管路连接处的下端处于同一水平线。从而，使加速阻流元件18背向水平管路16与竖直管路15的连接处的一侧管路形成采样烟气的加速通道，烟气中的颗粒在该通道中进一步加速，而加速阻流元件18面向水平管路16与竖直管路15的连接处的一侧管路形成颗粒物较少的区域，从而使进一步减小水平管路16采样烟气中的微小颗粒。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种烟气污染物连续监测系统，包括：采样子系统，第一冷凝器，加热还原反应器，总汞测量装置，第二冷凝器，加热器，元素汞测量装置以及控制器；所述采样子系统包括
Figure DEST_PATH_IMAGE002
形的采样通道，所述采样通道竖直管路设置颗粒过滤器，所述颗粒过滤器的高度低于所述采样通道的水平管路；所述竖直管路的直径至少为水平管路直径的2倍；烟气带着颗粒在采样通道中以较高速率向下运动，水平管路间歇以较低的速率进行抽气，由于烟气中颗粒质量较大保持向下运动而不会被水平管路抽取，因此水平管路抽取的是具有较少颗粒物的采样气体；所述竖直管路出口与第一冷凝器相连，通过颗粒过滤器的烟气通过第一冷凝器进行冷凝；所述加热还原反应器与所述冷凝器连接，用于将采样气体中二价汞还原为元素汞；所述加热还原反应器的输出气体进入总汞测量装置，通过总汞测量装置测量烟气中的总汞；储气罐，反冲管路，第一反冲电磁阀以及第二反冲电磁阀；所述储气罐内设置压缩气体，通过第一反冲电磁阀与所述竖直管路连接；所述反冲管路通过可调开口设置连接于竖直管路侧面；所述第二反冲电磁阀设置于所述竖直管路的气流通道内；所述控制器控制所述可调开口，第一反冲电磁阀以及第二反冲电磁阀，以特定的反冲周期对于所述颗粒过滤器进行反冲；所述采样子系统还包括第一采样泵，电磁阀以及第二采样泵；所述采样通道竖直方向下端与第一采样泵相连接，水平方向右端通过电磁阀与第二采样泵连接；所述颗粒过滤器的高度低于所述采样通道的水平管路；所述第一采样泵的工作状态为连续采样，通过电磁阀控制第二采样泵以特定周期采样；所述第二冷凝器与所述第二采样泵连接，用于将水平管路输出的烟气进行冷凝；所述加热器与所述第二冷凝器连接，用于将通过所述第二冷凝器后的采样气体进行加热；加热后的采样气体进入元素汞测量装置，通过所述元素汞测量装置测量烟气中的元素汞含量；所述控制器控制通过所述电磁阀控制所述第二采样泵的采样周期，同时接收总汞测量装置以及元素汞测量装置的检测数据，给出监测系统的检测结果。
2.根据权利要求1所述的烟气污染物连续监测系统，其特征在于：所述压缩气体为压缩空气。
3.根据权利要求2所述的烟气污染物连续监测系统，其特征在于：所述反冲管路设置于所述第二反冲电磁阀的下方流路。
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Address after: 257237 east of Jinhe 2nd Road and south of Yinhai 2nd Road, Binhai Fine Chemical Industrial Park, dongyinggang Economic Development Zone, Dongying City, Shandong Province

Patentee after: Dongying Aodong energy equipment Technology Co.,Ltd.

Address before: 325000 Room 203, building 10, Yangfushan community, Binjiang street, Lucheng District, Wenzhou City, Zhejiang Province

Patentee before: Yao Xueyuan

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Address after: 256500 to the north of Xingbo 3rd Road and the west of Xingye 5th Road, Boxing Economic Development Zone, Boxing County, Binzhou City, Shandong Province

Patentee after: Binzhou boxing Zhichuang Digital Technology Co.,Ltd.

Address before: 257237 east of Jinhe 2nd Road and south of Yinhai 2nd Road, Binhai Fine Chemical Industrial Park, dongyinggang Economic Development Zone, Dongying City, Shandong Province

Patentee before: Dongying Aodong energy equipment Technology Co.,Ltd.

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