CN111537293A - 一种HCl和/或HBr的采样及测量的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种HCl和/或HBr的采样及测量的系统及方法，包括吸附剂捕集管、取样枪、输送管路、第一除水装置、第一流量控制阀、抽气泵、气体累积流量计以及转子流量计；取样枪设置在烟道内，取样枪的入口处安装有两支吸附剂捕集管，吸附剂捕集管的入口与烟气接触，取样枪的出口经输送管路与第一除水装置相连，第一除水装置经第一流量控制阀后分为两路，一路经第二流量控制阀与气体累积流量计相连，另一路经抽气泵与气体累积流量计相连，气体累积流量计与转子流量计相连。本发明可以实现多点同时采样，可在短时间内完成所有步骤，而且为分析提供了最高的回收率和准确的结果，适用于颗粒物浓度相对较低的场合。

Description

一种HCl和/或HBr的采样及测量的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种气态污染物的采样及测量系统，具体涉及一种HCl和/或HBr的采样及测量系统及方法，适用于燃煤电厂、玻璃窑炉、垃圾焚烧、焦化行业、水泥行业、有色金属冶炼等的烟气中HCl与HBr的采样及测量。
背景技术
随着经济社会的快速发展，城镇化率和居民生活水平不断提高，生活垃圾的产量也不断增加。垃圾焚烧不仅可以及时处理大量垃圾，还具有占地小，减容、减量效果明显，并且能够实现热值回收利用等优点，欧美国家通过建造垃圾焚烧发电厂不仅有效解决了城市生活垃圾问题，还可以用来发电，实现资源的循环利用。由于生活垃圾成分复杂，其在焚烧过程中会产生二次污染，带来严重的环境污染问题，主要包括焚烧过程中产生的飞灰、有毒有机物、重金属如Hg、有害气体如HCl、HBr等。HCl、HBr对环境影响较大，如排入大气的HCl与水蒸气会形成盐酸，具有极强的腐蚀性，严重危害人体健康；HCl能够促进致癌物质二噁英的生成。鉴于垃圾焚烧处理的要求，以及环保标准的不断提高，需要对垃圾焚烧的大气污染物采取更为严格的控制措施和准确的排放测试。
发明内容
为有效监测固定污染源烟气中的HCl和/或HBr，减少污染物无量化排放对环境和人类的伤害，本发明的目的是提供了一种HCl和/或HBr的采样及测量系统及方法，实现整个烟道截面的HCl和/或HBr的采样及测量，满足优化试验、性能考核试验的需求。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种HCl和/或HBr的采样及测量的系统，包括吸附剂捕集管、取样枪、输送管路、第一除水装置、第一流量控制阀、第二流量控制阀、抽气泵、气体累积流量计以及转子流量计；
取样枪设置在烟道内，取样枪的入口处安装有两支吸附剂捕集管，吸附剂捕集管的入口与烟气接触，取样枪的出口经输送管路与第一除水装置相连，第一除水装置经第一流量控制阀后分为两路，一路经第二流量控制阀与气体累积流量计相连，另一路经抽气泵与气体累积流量计相连，气体累积流量计与转子流量计相连。
本发明进一步的改进在于，取样枪可以设置多个，并且按照网格法布置在烟道内。
本发明进一步的改进在于，取样枪的出口与输送管路之间设置有隔离阀。
本发明进一步的改进在于，吸附剂捕集管入口处设置有第一热电偶；气体累积流量计入口处设置有第二热电偶。
本发明进一步的改进在于，第一除水装置与第一流量控制阀之间的管路上设置有第二除水装置。
本发明进一步的改进在于，第一热电偶、第二热电偶、真空压力计、气体累积流量计和转子流量计上均设置有数据接口。
本发明进一步的改进在于，第二除水装置与第一流量控制阀之间的管路上设置有真空压力计。
本发明进一步的改进在于，吸附剂捕集管内装有用于收集卤化氢气体的吸附剂。
本发明进一步的改进在于，第一除水装置和第二除水装置为冷凝器、干燥剂干燥器或渗透干燥器；抽气泵为隔膜泵；气体累积流量计为干式气体累积流量计、湿式流量计或质量流量计。
一种基于上述系统的测量方法，通过取样枪抽取一定量的烟气，记录所抽取烟气的温度、压力与流量；将吸附剂捕集管中的吸附剂取出，测量烟气中的水分，以及采用离子色谱仪测量吸附剂中的Cl-和/或Br-含量；根据Cl-和/或Br-含量和抽取的烟气体积，计算烟气中HCl、HBr的体积浓度。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1)本发明提供了一种固定污染源废气中HCl和/或HBr的采样及测量的系统，实现整个烟道截面的HCl和/或HBr的采样及测量，满足优化试验、性能考核试验的需求。
2)将不同深度、不同采样点的网格化采样及测试整合为一个经济化的平台，可以实现多点同时采样，可在短时间内完成所有步骤，而且为分析提供了最高的回收率和准确的结果。
3)本发明适用于颗粒物浓度相对较低的场合，仅适用于所有污染控制装置后的采样点。本发明适用于不同行业对HCl、HBr中的一种或两种组分的测试需求。
进一步的，取样枪出口连接隔离阀，可将取样管路与取样枪断开，避免烟气流动。
进一步的，取样枪可以设置多个，并且按照网格法布置在烟道内，可以实现不同深度和不同采样位置的同时采样。
附图说明
图1为吸附剂捕集管采样系统的示意图。
图中，1、吸附剂捕集管，2、取样枪，3、第一热电偶，4、隔离阀，5、输送管路，6、第一除水装置，7、第二除水装置，8、真空压力计，9、第一流量控制阀，10、第二流量控制阀，11、抽气泵，12、第二热电偶，13、气体累积流量计，14、转子流量计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明的HCl、HBr的采样及测量的系统主要由吸附剂捕集管采样系统和分析仪表组成。以适当的流速从烟囱或管道中抽出一定体积的烟气，通过成对的吸附剂捕集管。每次测试都需要成对吸附剂捕集管采样以确定测量精度并验证测量数据的可接受性。现场回收用于评估气态HCl回收率的吸附剂捕集管，以确定测量误差，还用于验证数据的可接受性。从采样系统中回收吸附剂捕集管，根据需要进行分析准备，并通过离子色谱法进行分析。
参见图1，吸附剂捕集管采样系统包括以下组件：吸附剂捕集管1，取样枪2，第一热电偶3，隔离阀4，带伴热的输送管路5，第一除水装置6，第二除水装置7，真空压力计8，第一流量控制阀9，第二流量控制阀10，抽气泵11，第二热电偶12，气体累积流量计13以及转子流量计14。
单个取样枪2可以安装两支吸附剂捕集管1，并且吸附剂捕集管1应无泄漏。每个吸附剂捕集管1必须安装在取样枪2的入口处，吸附剂捕集管1的入口必须直接与烟气接触，使用已校准的第一热电偶3监控烟气温度和吸附剂捕集管1温度，带伴热的输送管路5中的烟气温度维持在120～134℃的温度范围，温度由第一热电偶3和第二热电偶12监测。取样枪2出口连接隔离阀4，可将取样管路与取样枪2断开，避免烟气流动。烟气经过第一除水装置6和第二除水装置7去除气流中的水蒸气，然后烟气经第一流量控制阀9，以及后分为两路，一路经第二流量控制阀10与气体累积流量计13入口相连，另一路经抽气泵11与气体累积流量计13入口相连，气体累积流量计13入口处设置有第二热电偶。抽气泵11提供抽气的动力。使用气体累积流量计13，气体累积流量计13连接有转子流量计14，转子流量计14计量气体流量，第二除水装置7与第一流量控制阀9之间设置有真空压力计8，真空压力计8和第二热电偶12用以将烟气流量校正到标准条件。第一流量控制阀9、第二流量控制阀10用于维持必要的采样流量。第一热电偶3、第二热电偶12、真空压力计8、气体累积流量计13和转子流量计14均留有数据接口，用于把采样数据(如温度、压力、流量)传输到电脑或者手机上。
下面对本发明中的部件进行具体说明。
1)吸附剂捕集管1。用于收集卤化氢气体的吸附剂装在吸附剂捕集管1中，至少有两个不同段，以便分别进行分析。第1段用于卤化氢气体的初步捕集。第2段被指定为备用部分，用于测量任何潜在的卤化氢气体穿透。每个吸附剂捕集管1都必须刻有或以其他方式永久性地标记一个唯一的标识号。吸附剂可以是能够定量捕获和回收卤化氢气体以便进行后续分析的材料，可以采用但不局限于活性炭、氧化钙。吸附剂必须从可以证明其质量保证和质量控制的来源获得。
2)取样枪2。单个取样枪2可以安装成对的吸附剂捕集管1，并且吸附剂捕集管1应无泄漏。每个吸附剂捕集管1必须安装在取样枪2的入口。吸附剂捕集管1的入口必须直接与烟气接触，而不会产生干扰，以使采样气体直接进入吸附剂捕集管1。如果烟囱温度超出120～134℃的温度范围，则必须加热或冷却每个取样枪2与吸附剂捕集管1。使用已校准的第一热电偶监控烟气温度和吸附剂捕集管1温度。
根据不同行业测试气态组分种类的不同，取样枪1由可以按照网格法布置在烟道内，各截面烟气取样点的行数和列数根据现场条件确定。取样枪1全程伴热，取样枪1到第一除水装置6间的连接管路也采用伴热，二者的伴热温度一致，具体的伴热温度可根据要测试的烟气中气态组分的特点设定，避免了烟气中气态组分吸附及副产物生成导致的气态组分损失。
3)除水装置。在进入气体累积流量计量13之前，应使用第一除水装置6和第二除水装置7或系统除去气流中的水蒸气。第一除水装置6和第二除水装置7可以采用但不局限于冷凝器、干燥剂干燥器或渗透干燥器。
4)抽气泵11。抽气泵11可以采用但不局限于在系统流量范围内运行的隔膜泵。
5)气体累积流量计13。应当使用气体累积流量计13确定气体流量，气体累积流量计13可以采用但不局限于干式气体累积流量计、湿式流量计或质量流量计。气体累积流量计13必须足够准确，以测量总气体体积偏差在2％以内，必须在将要操作采样系统的整个样本流速范围内以选定的流速进行校准。气体累积流量计13应配备必要的辅助测量设备(例如温度传感器和/或压力测量设备)，以将气体流量校正到标准条件。
6)第一流量控制阀9与第二流量控制阀10用于控制必要的采样流量。
7)数据接口通过数据传输模块将数据传输给终端。
本发明中可以采用通讯总线或无线传输，将数据实时传输到电脑或手机。无线传输可采用4G无线传输模块，实现数据采集和无线传输，将实时数据传输到电脑或手机。
分析仪表主要如下：
1)分析天平；
2)移液器，A级容量瓶，烧杯；
3)离子色谱仪，色谱仪必须配备进样阀和100μL样品定量环，并设置以下组件：预柱，分析柱，电导抑制器，电导检测器，泵，注射器(或自动进样器)，以及所有适当的数据采集设备。
4)水分测量系统，如果需要校正测得的水分中的卤化氢排放量，则可采用但不局限于重量法、冷凝法来测量烟气中的水分含量。
本发明提供了一种固定污染源废气中HCl、HBr的采样及测量的系统，实现整个烟道截面的HCl、HBr的采样及测量，满足优化试验、性能考核试验的需求。采样及测试HCl、HBr的步骤如下：
1)采样前对采样系统开展泄露检查，漏气率不超过总取样流量的4％；
2)连接取样系统，抽取一定量的烟气，记录所抽取烟气的温度、压力、流量；
3)将吸附剂捕集管中的吸附剂取出，放到样品保存容器内，分析备用；
4)测量烟气中的水分；
5)用离子色谱仪测量吸附剂中的Cl-和/或Br-含量；
6)根据Cl-和/或Br-含量和抽取的烟气体积，计算烟气中HCl、HBr的体积浓度。
7)为了开展卤化氢分析偏差测试和现场质量控制测试，将已知质量的气态卤化氢加入吸附剂捕集管1的第一段中，加标可采用液体蒸发标准液或标准气体，然后用离子色谱仪测量吸附剂中的Cl-和/或Br-含量，验证测试偏差。
本发明具有如下优点：
1)本发明提供了一种固定污染源废气中HCl和/或HBr的采样及测量的系统，实现整个烟道截面的HCl和/或HBr的采样及测量，满足优化试验、性能考核试验的需求。
2)一套采样系统可采集固定污染源废气中的HCl与HBr的一种或两种组分。
3)将不同深度、不同采样点的网格化采样及测试整合为一个经济化的平台，可以实现多点同时采样，可在短时间内完成所有步骤，而且为分析提供了最高的回收率和准确的结果。

Claims (10)

1.一种HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，包括吸附剂捕集管(1)、取样枪(2)、输送管路(5)、第一除水装置(6)、第一流量控制阀(9)、第二流量控制阀(10)、抽气泵(11)、气体累积流量计(13)以及转子流量计(14)；
取样枪(2)设置在烟道内，取样枪(2)的入口处安装有两支吸附剂捕集管(1)，吸附剂捕集管(1)的入口与烟气接触，取样枪(2)的出口经输送管路(5)与第一除水装置(6)相连，第一除水装置(6)经第一流量控制阀(9)后分为两路，一路经第二流量控制阀(10)与气体累积流量计(13)相连，另一路经抽气泵(11)与气体累积流量计(13)相连，气体累积流量计(13)与转子流量计(14)相连。
2.根据权利要求1所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，取样枪(1)为多个，并且按照网格法布置在烟道内。
3.根据权利要求1所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，取样枪(2)的出口与输送管路(5)之间设置有隔离阀(4)。
4.根据权利要求1所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，吸附剂捕集管(1)入口处设置有第一热电偶(3)；气体累积流量计(13)入口处设置有第二热电偶(12)。
5.根据权利要求4所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，第一除水装置(6)与第一流量控制阀(9)之间的管路上设置有第二除水装置(7)。
6.根据权利要求5所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，第一热电偶(3)、第二热电偶(12)、真空压力计(8)、气体累积流量计(13)和转子流量计(14)上均设置有数据接口。
7.根据权利要求1所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，第二除水装置(7)与第一流量控制阀(9)之间的管路上设置有真空压力计(8)。
8.根据权利要求1所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，吸附剂捕集管(1)内装有用于收集卤化氢气体的吸附剂。
9.根据权利要求1所述的HCl和/或HBr的采样及测量的系统，其特征在于，第一除水装置(6)和第二除水装置(7)为冷凝器、干燥剂干燥器或渗透干燥器；抽气泵(11)为隔膜泵；气体累积流量计(13)为干式气体累积流量计、湿式流量计或质量流量计。
10.一种基于权利要求8所述系统的测量方法，其特征在于，通过取样枪(2)抽取一定量的烟气，记录所抽取烟气的温度、压力与流量；将吸附剂捕集管中的吸附剂取出，测量烟气中的水分，以及采用离子色谱仪测量吸附剂中的Cl-和/或Br-含量；根据Cl-和/或Br-含量和抽取的烟气体积，计算烟气中HCl、HBr的体积浓度。
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