CN110208048A - 燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机物采样方法，旨在提供一种燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的系统及方法。该系统包括两个采样管，第一采样管通过气路管道依次连接过滤器、气相吸附单元和采样泵，第二采样管通过气路管道依次连接内置采样气袋的真空箱、活性炭过滤器和采样泵，在第二采样管还通过支管与注射器相接；在第一采样管和第二采样管的气路管道上，均设有温度传感器、压力传感器、流量传感器和流量调节装置，并分别通过信号线接至微处理器。本发明可以实现双路采样管的集约化安装，在有效优化采样设备、保证采样符合标准条件下，能实现燃煤烟气中多种有机物同时采样，提高采样效率。可同时对多种有机物进行采样，实现多种有机物共同采样和联合控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机物采样方法，特别是一种燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的系统及方法。
背景技术
根据《中国统计年鉴》分析，在我国的一次能源消耗中，煤炭占到消费总量的60％，约有75％的煤炭用于燃烧，在用于燃烧的煤炭中，燃煤电厂锅炉消耗了约59％。燃煤电厂在生产过程中消耗大量的煤炭资源，同时排放出大量的污染物。相比较于SO2、NOX和粉尘等常规污染物，燃煤有机污染物产生的量虽然少，但是其中的PAHs和颗粒物等有强致癌、致畸、致突变作用，因此对于有机污染物的研究和控制也受到了更多关注。尽管目前国内外对于有机污染物如VOCs、PAHs的研究已经做了大量的工作，但是依旧没有形成系统的研究，国家相关标准也缺乏对有机污染物排放的规范，更缺乏高效的针对性控制方法。燃煤过程产生的有机物燃煤过程中产生的有机污染物种类复杂，主要包括半挥发性有机物(SVOCs)、挥发性有机物(VOCs)、易挥发性有机物(VVOCs)、颗粒有机物(POMs)等。从排放形态来分，主要包括两部分：以固/液态形式排放的有机污染物，包括可凝结颗粒物(CPM)有机组分等；以气态形式排放的有机污染物。这些有机污染物对生态环境和人体健康均构成重大威胁。科学系统的测试有机污染物的技术方法不仅有助于控制燃煤电厂有机污染物的排放，也有助于推动制定相关的行业标准。但现有的测试方法测试对象单一，有机污染物组分复杂，单一的采样与测试效率低下，缺乏时效性和系统性，因此亟待研究开发燃煤电厂有机污染物的实用测试方法。
目前国内外针对有机污染物的采样与测定主要存在以下四个问题：1、部分测试方法比较老旧，测试方法的时效性难以保证；2、多数方法测试对象单一，有机污染物组分复杂，单一的采样与测试效率低下；3、目前的测试方法适用对象不成体系，缺乏系统性；4、目前的采样方法和测试方法相互差异大，面对多个目标有机物，可操作性较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
提供一种燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的系统，包括设于烟道中的采样管；所述采样管包括第一采样管和第二采样管，两个采样管的开口端对准烟气来流方向；其中，第一采样管通过气路管道依次连接过滤器、气相吸附单元和采样泵，第二采样管通过气路管道依次连接真空箱、活性炭过滤器和采样泵；真空箱的进出口分别通过快速接头与气路管道相连，在其内部设有采样气袋；第二采样管自带电加热器件，在第二采样管与真空箱之间的气路管道上设支管，支管与注射器相接；在第一采样管和第二采样管的气路管道上，均设有温度传感器、压力传感器、流量传感器和流量调节装置，并分别通过信号线接至微处理器。
本发明中，所述第一采样管和第二采样管集成安装在同一个采样头上。
本发明中，还包括设于烟道中用于测量烟气温度的热电偶或热电阻温度计，热电偶或热电阻温度计通过信号线接至所述微处理器。
本发明中，还包括设于烟道中用于测量烟气流速的毕托管，毕托管通过管路接至微压传感器，后者通过信号线接至所述微处理器。
本发明中，所述过滤器中内置滤筒或滤膜。
本发明中，所述采样泵有两台，分别位于第一采样管和第二采样管的气路末端。
本发明中，所述管路上设有阀门。
本发明中，所述微处理器通过信号线连接显示器和打印机。
本发明进一步提供了利用前述系统实现燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的方法，包括：
将第一采样管和第二采样管置于烟道中，启动采样泵对烟气进行采样；其中，
(1)第一采样管所取得气体样品经过滤处理后，由气相吸附单元收集；取下气相吸附单元中的气相吸附柱，在避光、冷藏条件下保存，供后续分析烟气中二噁英或多环芳烃成分使用；
(2)通过阀门切换使第二采样管由支管连接注射器，连续抽排操作至少3次进行气体置换；以注射器进行取样，密封后保存，供后续分析烟气中总烃、甲烷和非甲烷总烃成分使用；
(3)通过阀门切换和快速接头连接，使第二采样管与气路管道直通以避开真空箱，持续抽气进行管道中的气体置换；然后将第二采样管与真空箱中的采样气袋连接，重复数次充气与排空的操作进行气体置换；完成采样后，取下气袋供后续分析挥发性气体成分使用。
本发明中，在以注射器或采样气袋进行采样时，如烟气温度高于环境温度，应启动第二采样管的电加热器件并保持在加热温度为120℃±5℃。
发明原理描述：
本发明是在烟道内设置用于二噁英类和多环芳烃采样的第一采样管，用于总烃、甲烷和非甲烷总烃和挥发性有机物采样的第二采样管，以及毕托管和热电阻温度计；前者连接设滤筒或滤纸的过滤器，以及带有冷凝装置的气相吸附单元；后者连接玻璃注射器和设于真空箱中的采样气袋；玻璃注射器用于总烃、甲烷和非甲烷总烃的采样，采样气袋用于挥发性有机物的采样。两路采样通道分别设置监控单元，包括温度传感器、压力传感器、流量传感器，并配套流量调节装置、阀门和采样泵，用于监测流量、流速等数据。在烟道中设置的毕托管经微压传感器与微处理器连接，负责测量烟道的烟气流速，确保等速采样；在烟道中设置的热电阻温度计与微处理器连接，负责提供烟道中烟气的温度参数；微处理器连接显示器和打印机连接，对采样过程实现监测与控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明可以实现双路采样管的集约化安装，通过将两个采样管和热电偶(或热电阻温度计)、毕托管统一安装在同一个采样头上，可以有效优化采样设备、保证采样符合标准的条件下，能够实现燃煤烟气中多种有机物同时采样，提高采样效率。
2、与现有技术相比，采用本发明的双通道高效燃煤有机物采样方法可同时对多种有机物进行采样，采样仪器沿用中国环境保护局推荐的设备，在节约部分基础设备成本的同时，还实现了多种有机物共同采样和联合控制。
3、由于采用双通道对四类有机物的共同采样，节约了大量的采样时间；而且由于实现了联合控制，只需一台显示器和更少的人员即可完成采样工作，节约了人力成本。
4、在本发明的基础之上，还可以继续耦合其他的采样方法，拥有提升经济性的空间。
附图说明
图1为采样装置结构示意图。
图2为采样时真空箱相关气路示意图。
图3为抽真空时真空箱相关气路示意图。
附图标记：1烟道；2热电偶或热电阻温度计；3毕托管；4第一采样管；5过滤器；6玻璃棉过滤头；7Teflon连接管；8第二采样管；9注射器；10阀门；11快速接头阳头；12快速接头阴头；13采样气袋；14真空箱；15阀门；16活性炭过滤器；17气相吸附单元；18微压传感器；19压力传感器；20温度传感器；21流量传感器；22流量调节装置；23采样泵；24压力传感器；25温度传感器；26流量传感器；27流量调节装置；28采样泵；29微处理器；30微型打印机；31显示器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施方案进行详细描述。
如图1所示，本发明中的燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的系统，包括设于烟道中的第一采样管4和第二采样管8，两个采样管的开口端对准烟气来流方向；烟道中还设置通过信号线接至微处理器29的热电偶或热电阻温度计2，以及通过管路接至微压传感器18的毕托管3，微压传感器18通过信号线接至微处理器29。
其中，第一采样管4通过气路管道依次连接过滤器5(内置滤筒或滤膜)、气相吸附单元17(带冷凝装置)和采样泵23，第二采样管8通过气路管道依次连接真空箱14、活性炭过滤器16和采样泵28；真空箱14的进出口分别通过快速接头与气路管道相连，在其内部设有采样气袋13；第二采样管8自带电加热器件，在第二采样管8与真空箱14之间的气路管道上设支管，支管与注射器9相接；在第一采样管4和第二采样管8的气路管道上，分别设有压力传感器19、24，温度传感器20、25，流量传感器21、26，以及流量调节装置22、27，这些控制器件并分别通过信号线接至微处理器29。微处理器29通过信号线连接显示器31和微型打印机30。各气路管道上设有多个阀门10，用于配合线路切换使用。
作为优选方案，本发明可以将第一采样管4和第二采样管8集成安装在同一个采样头上，同样地，热电偶或热电阻温度计2以及毕托管3也集成安装在采样头上(如图1中虚线部分所示)，这样可以节约安装空间，节省安装时间和费用。由于采样泵位于第一采样管4和第二采样管8的气路末端，因此可以共用一台，节约成本。
利用前述系统可以实现燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的方法，包括：
将第一采样管4和第二采样管8置于烟道中，启动采样泵23、28对烟气进行采样；其中，
(1)第一采样管4所取得气体样品经过滤处理后，由带冷凝装置的气相吸附单元17收集；取下气相吸附单元中的气相吸附柱，在避光、冷藏条件下保存，供后续分析烟气中二噁英或多环芳烃成分使用；
(2)通过阀门10切换使第二采样管8由支管连接注射器9，连续抽排操作至少3次进行气体置换；以注射器9进行取样，密封后保存，供后续分析烟气中总烃、甲烷和非甲烷总烃成分使用；
(3)通过阀门10切换和快速接头连接，使第二采样管8与气路管道直通以避开真空箱14，持续抽气进行管道中的气体置换；然后将第二采样管8与真空箱14中的采样气袋13连接，重复数次充气与排空的操作进行气体置换；完成采样后，取下气袋供后续分析挥发性气体成分使用。
在以注射器9或采样气袋13进行采样时，如烟气温度高于环境温度，应启动第二采样管8的电加热器件并保持在加热温度为120℃±5℃。
下面以举例说明的方式，对本发明的使用方法进行介绍(以下说明中所采用的是非集成安装的采样管)。
1.二噁英类的采样方法
1.1根据GB1657计算出等速采样条件下排气筒断面位置、各采样点所需的采样流量。开始采样前，预先测定各采样点处的废气温度、水分含量、压力、气流速度等参数。
1.2根据样品采样量和等速采样流量，确定总采样时间及各点采样时间。考虑到废气采样的特殊性，采样需在一段较长的时间内进行，以免短时间的不稳定工况给采样结果带来影响，通常总采样时间应不少于2小时。
1.3采样前加入采样内标。要求采样内标物质的回收率为70％～130％，超过此范围必须重新采样。
1.4连接废气二噁英类采样装置，检查系统的气密性。
1.5将采样管插入烟道第一采样点处，封闭采样孔，使采样嘴对准气流方向(其与气流方向偏差不得大于10°)，启动采样泵，迅速调节采样流量到第一采样点所需的等速流量值，采样流量与计算的等速流量之间的相对误差应在±10％的范围内。
1.6若采样期间压力、温度有较大变化时，需随时将有关参数输入计算器，重新计算等速采样流量，并调节流量计至所需的等速采样流量。若滤筒阻力增大到无法保持等速采样，应更换滤筒后再进行采样。采样过程中，气相吸附柱注意避光，并保持在30℃以下。样品收集在气相吸附单位中。
1.7顺序在各采样点进行采样。
1.8采样结束后，迅速抽出采样管，同时停止采样泵，记录起止时间、累计流量计读数等参数。
1.9拆卸采样装置时应尽量避免阳光直接照射。取出滤筒保存在专用容器中，用水冲洗采样管和连接管，冲洗液与冷凝水一并保存在棕色试剂瓶中。气相吸附柱两端密封后避光保存。样品尽快送至实验室分析。
2.多环芳烃的采样方法
2.1安装好滤筒和带有冷凝装置的气相吸附单元，连接好仪器，采样管由采样孔插入烟道，使采样嘴置于测点上，正对气流，开动采样泵，调整采样嘴吸气速度与测点处气流速度相等(其相对误差控制在10％内)，每隔60min对等速采样流量作必要的调整，若滤筒阻力增大至无法保持等速采样，更换新的滤筒后继续采样。达到所需采样量后，迅速抽出采样管，同时停止采样泵，记录起止时间或采样体积等参数。样品收集在5-滤筒和17-气相吸附单位中。
2.2样品采集后应避光于4℃以下冷藏，7日内提取完毕；或在-15℃以下保存，30日内完成提取。
3.总烃、甲烷和非甲烷总烃的采样方法
按照图1所示连接采样装置。固定污染源废气采样位置与采样点、采样频次和采样时间的确定、排气参数的测定和采样操作执行GB/T16157和HJ/T397的相关规定。开启加热采样管电源，采样时将采样管加热并保持在120℃±5℃(有防爆安全要求的除外)，玻璃注射器须用样品气清洗至少3次，结束采样后样品应立即放入样品保存箱内保存，直至样品分析时取出。采集样品的玻璃注射器用惰性密封头密封。
4.挥发性气体的采样方法
4.1采样前将气袋直接连到抽气泵，将气袋中的气体抽去后装入真空箱，并关闭密封真空箱。
4.2将加热采样管伸入采样孔内，进气口位置应尽量靠近排放管道中心位置，如果排气筒内废气温度高于环境温度，则开启加热采样管电源，将采样管加热到120℃(±5℃)。
4.3将调节阀门前的管道通过快速接头(或其它方式)直接连接到Teflon连接管，跳开真空箱连接，然后开启抽气泵持续抽气一段时间，将采样管内的气体置换成排气管道内的气体，然后断开连接(如果不使用图1中所示的自封型的快速接头连接方式，则需采取其它方式使断开后Teflon采样管末端封闭)。
4.4迅速将Teflon采样管连接到真空箱接入气袋的接口，将调节阀门前的管路连接到真空箱的另一接口，气路连接如图2所示，开始采样。观察真空箱内的气袋，当气袋内采样体积达到气袋最大容积的80％左右时采样结束，关闭抽气泵。将Teflon连接管从真空箱接口上断开(如果不使用断开后自动封闭的快速接头连接方式，则需采取其它方式使断开后Teflon连接管末端和真空箱接口封闭)。
4.5将抽气泵直接接上真空箱连接采样袋的接口端，气路连接如图3所示，打开抽气泵将气袋中的样品气体排净。
4.6重复以上4.4和4.5步骤3次，使样品气体老化气袋内表面，降低气袋内表面吸附导致的样品损失干扰。
4.7恢复采样气路连接，如下图2所示，当气袋内采样体积达到气袋最大容积的80％左右，采样结束，关闭抽气泵及气袋上的阀门，取下气袋，贴上注明样品编号的标签。
4.8测定并记录排气管道内废气温度、废气流量和含湿量等，操作步骤执行HJ/T397的相关规定。
4.9记录样品编号、样品采样时的工况条件、环境温度、大气压力、采样时间等信息，其它相关记录执行HJ/T397的相关规定。
Claims (10)
1.一种燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的系统，包括设于烟道中的采样管；其特征在于，所述采样管包括第一采样管和第二采样管，两个采样管的开口端对准烟气来流方向；其中，第一采样管通过气路管道依次连接过滤器、气相吸附单元和采样泵，第二采样管通过气路管道依次连接真空箱、活性炭过滤器和采样泵；真空箱的进出口分别通过快速接头与气路管道相连，在其内部设有采样气袋；第二采样管自带电加热器件，在第二采样管与真空箱之间的气路管道上设支管，支管与注射器相接；在第一采样管和第二采样管的气路管道上，均设有温度传感器、压力传感器、流量传感器和流量调节装置，并分别通过信号线接至微处理器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一采样管和第二采样管集成安装在同一个采样头上。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括设于烟道中用于测量烟气温度的热电偶或热电阻温度计，热电偶或热电阻温度计通过信号线接至所述微处理器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括设于烟道中用于测量烟气流速的毕托管，毕托管通过管路接至微压传感器，后者通过信号线接至所述微处理器。
5.根据权利要求1至4任意一项中所述的系统，其特征在于，所述过滤器中内置滤筒或滤膜。
6.根据权利要求1至4任意一项中所述的系统，其特征在于，所述采样泵有两台，分别位于第一采样管和第二采样管的气路末端。
7.根据权利要求1至4任意一项中所述的系统，其特征在于，所述气路管道上设有阀门。
8.根据权利要求1至4任意一项中所述的系统，其特征在于，所述微处理器通过信号线连接显示器和打印机。
9.利用权利要求1所述系统实现燃煤烟气多种有机污染物双通道同时采样的方法，其特征在于，包括：
将第一采样管和第二采样管置于烟道中，启动采样泵对烟气进行采样；其中，
(1)第一采样管所取得气体样品经过滤处理后，由气相吸附单元收集；取下气相吸附单元中的气相吸附柱，在避光、冷藏条件下保存，供后续分析烟气中二噁英或多环芳烃成分使用；
(2)通过阀门切换使第二采样管由支管连接注射器，连续抽排操作至少3次进行气体置换；以注射器进行取样，密封后保存，供后续分析烟气中总烃、甲烷和非甲烷总烃成分使用；
(3)通过阀门切换和快速接头连接，使第二采样管与气路管道直通以避开真空箱，持续抽气进行管道中的气体置换；然后将第二采样管与真空箱中的采样气袋连接，重复数次充气与排空的操作进行气体置换；完成采样后，取下气袋供后续分析挥发性气体成分使用。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在以注射器或采样气袋进行采样时，如烟气温度高于环境温度，应启动第二采样管的电加热器件并保持在加热温度为120℃±5℃。
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