CN112697538A

CN112697538A - 固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法

Info

Publication number: CN112697538A
Application number: CN202110020932.2A
Authority: CN
Inventors: 杨松
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-08
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2021-04-23

Abstract

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法。其特征是：步骤一，循环流化床式汞采样瓶体的瓶口与具塞用橡皮筋固定，以防气体冲开，使用前应进行气密性检查；步骤二，废气经具塞气导入管导入后向下撞击循环流化床筒体底部的吸收液形成无数个细密气泡，废气与吸收液充分接触翻腾形成的气泡沿循环流化床筒体液柱上升，气泡在刻度液面附近破灭，气流切向进入旋风圆锥筒，废气中的颗粒物与液滴经旋风分离后沿旋风圆锥筒壁汇集流入球形冷凝下降返回管后重新返回循环流化床筒体，化后的气体由具塞气导出管导出。

Description

固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法。

背景技术

燃煤是我国大气汞的最大排放源之一，燃煤燃烧过程中，煤中的汞随烟气排向大气，主要以3种形态存在：气态元素汞(Hg⁰)、气态二价汞(Hg²⁺)和颗粒态汞。现有固定污染源废气汞采样用吸收瓶为大型气泡吸收管，大型气泡吸收管的吸收管内装有一定量的吸收液，气体由玻璃细管导入液面以下经管端小孔形成小气泡进入吸收液，主要用于吸收废气中所含的气态或蒸汽态物质，废气能够快速扩散到吸收液中，实现气液传质交换，对汞的吸收效率较好，但是需要控制采样流量范围，因为气体分子的惯性小，在快速抽气情况下，污染物容易被烟气采样器抽离后逸出，因此烟气采样器通常设定为0.3L/min的固定采样流量，自然无法兼顾与烟囱中烟气流速实现一致，难以完成平行等速采样，有可能采集不到烟气中吸附在颗粒物上的汞，从而影响数据的准确性。中国发明专利（专利号为CN201910943697.9，专利名称为一种固定污染源烟气中汞采样装置）公开了一种固定污染源烟气中汞采样装置，其特征在于：包括恒温取样枪、恒温过滤箱、冰浴吸收瓶箱、除湿装置、采样控制器与采样抽气泵；所述恒温取样枪的取样头伸入烟道内，所述恒温取样枪的出口与所述恒温过滤箱的入口相接，所述恒温过滤箱的出口与所述冰浴吸收瓶箱的入口相接，所述冰浴吸收瓶箱的出口与所述除湿装置的入口相连，所述除湿装置的出口与所述采样控制器的入口相连接，所述采用控制器还连接所述采样抽气泵；所述冰浴吸收瓶箱中装有14个吸收瓶，7个吸收瓶串联在一起为一组采样，14个吸收瓶用于一次进行两组平行采样；串联为一组的7个吸收瓶从左至右编号分别为：第一吸收瓶、第二吸收瓶、第三吸收瓶、第四吸收瓶、第五吸收瓶、第六吸收瓶、第七吸收瓶，所述第一吸收瓶、所述第二吸收瓶、所述第三吸收瓶内装有用于捕集烟气中氧化态汞的硅藻土基复合吸附剂，所述第四吸收瓶内装有用于吸收烟气中酸性气体的硅藻土基复合吸附剂；所述第五吸收瓶、所述第六吸收瓶、所述第七吸收瓶内装有用于捕集烟气中气态元素汞的硅藻土基复合吸附剂。中国发明专利（专利号为CN 201710133959.6，专利名称为一种固定污染源颗粒汞和气态汞等速采样装置及采样方法）公开了一种固定污染源颗粒汞和气态汞等速采样装置及采样方法，该装置包括：依次连接的采样嘴、采样枪、旋风分离器、灰斗、细颗粒过滤器、气态汞采样管、制冷器、干燥器、流量控制器、活性炭除汞器、真空泵、累积体积表。其中，采样枪置于加热套内，旋风分离器、细颗粒过滤器、活性炭吸附管置于保温箱内；本发明还公开了该装置的采样方法；本发明具有如下优点：1.同时采集颗粒汞和气态汞样品；2.采样过程保温，防止汞损失以及汞形态转化，提高采样代表性；3.旋风分离器和细颗粒过滤器的两级除尘，保证在高含尘环境下采样的代表性。4.体积流量控制器，保证等速采样；5后置活性炭除汞器防止残留的汞排入大气。

现有技术1采用硅藻土基复合吸附剂替代现行标准方法中的吸收液，相对于现行标准方法的溶液中的汞化学反应吸收法，吸附剂物理吸附及鳌和汞及其化合物的效率要更低，原因就是气态汞与颗粒态汞的采集和测定方法中通过与酸性高锰酸钾的离子反应、氧化还原反应均是溶液中进行，同时采用多组填充吸附剂吸收瓶串联的方法也会造成沿程压降增加，如果遇到含尘量较大的监测现场，烟尘往往堵塞吸附剂微孔，采样抽气泵将无法工作。现有技术2增加了旋风分离器、细颗粒过滤器、活性炭吸附管捕捉颗粒汞试图先行去除颗粒物，避免发生烟尘堵塞吸附剂微孔导致采样抽气泵无法工作的问题，但存在和现有技术1一样的上述问题，即相对于现行标准方法的溶液中的汞化学反应吸收法，吸附剂物理吸附及鳌和汞及其化合物的效率要更低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法，其特征是：

步骤一，循环流化床式汞采样瓶体上标识有刻度，加入吸收液使其液面准确至刻度位置，该刻度位置与球形冷凝下降返回管顶部平齐，应保持循环流化床式汞采样瓶体水平放置，不得倾斜导致吸收液无法淹没球形冷凝下降返回管，循环流化床式汞采样瓶体的瓶口与具塞用橡皮筋固定，以防气体冲开，使用前应进行气密性检查。

步骤二，废气经具塞气导入管导入后向下撞击循环流化床筒体底部的吸收液形成无数个细密气泡，颗粒物因惯性作用冲击到循环流化床筒体底被分散，从而易被吸收液吸收，废气与吸收液充分接触翻腾形成的气泡沿循环流化床筒体液柱上升，气泡在刻度液面附近破灭，气流切向进入旋风圆锥筒，废气中的颗粒物与液滴经旋风分离后沿旋风圆锥筒壁汇集流入球形冷凝下降返回管后重新返回循环流化床筒体，净化后的气体由具塞气导出管导出。

发明人发现，生态环境部《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法（暂行）》（HJ/542-2009）指出，烟气采样器上串联两只各装10ml吸收液的大型气泡吸收瓶，吸收液为0.1mol/L高锰酸钾与10%硫酸等体积混合, 以0.3L/min流量采样，采样时间5～30min，采样结束后，对吸收液中的样品进行回收和定容，然后进行样品的分析，分析法采用冷原子吸收分光光度法。这种固定污染源废气汞采样方法有不足之处如下：其一，有可能采集不到颗粒态汞，《固定污染源排气中颗粒物的测定与气态污染物采样方法》（GB/T 16157-1996）关于颗粒物采样和测定技术方法指出，将颗粒物采样管由采样孔伸入烟道或排气筒中，使采样嘴置于测点上，正对气流，按颗粒物等速采样原理，抽取一定量的含尘气体，根据采样管滤筒上所捕集到的颗粒物量和同时抽取的气体量，计算出排气中的颗粒物浓度，由于颗粒物在烟道或排气筒的采样断面浓度分布是不均匀的，而烟气参数如流速也在不断的变化之中，通常采用等速采样和多点采样的方法以获得具有代表性的颗粒物样品，因此以固定流量0.3L/min流量采样，无法达到等速采样的要求，颗粒物因为惯性的因素从采样管口滑过而不被采集；其二，采样管未伴热，汞蒸汽易冷凝附着在采样管内；其三，吸收瓶未采取冷凝措施，10ml吸收液有可能沸腾逸出，气态汞随吸收液一同流失；其四，如果采用等速采样的方法，当烟道或排气筒烟气流速较高时，气泵在快速抽气情况下，因为气态汞的惯性小，还没有与吸收液充分反应就容易被烟气采样器抽离后逸出；其五，只采用单一的0.1mol/L高锰酸钾与10%硫酸等体积混合吸收液，难免无法应对高SO₂浓度的监测环境。

发明人发现，常用的气态污染物采样方法有溶液吸收法、吸附剂阻留法、低温冷凝法及自然沉降法，而溶液吸收法为提高吸收液吸收颗粒态汞和气态汞的效率，有增加吸收液用量及延长汞在吸收液的停留时间两种途径。增加吸收液用量会影响后续吸收液中的样品进行回收和定容工作，因为检测分析仪器方法对汞浓度有检测限的约束，当样品溶液浓度低于检测限时，准确度和精密度受到影响，质量保证和质量控制就无法实施。通过改进吸收瓶的设计来增加汞在吸收液停留时间无疑是可行的方法之一，按照自然循环工作原理，通过在吸收瓶内设计循环回路，使吸收液在吸收瓶内的循环回路自然循环流动，气泡随吸收液一同自然循环流动直至生长为较大的气泡后在液面上破灭，同时在下降管外加装冷凝装置，那么吸收液在冷却的同时与颗粒态汞和气态汞充分接触传质反应的时间增加，因此即使不增加吸收液用量，也能延长汞在吸收液的停留时间。

发明人发现，为解决汞蒸汽易冷凝附着在采样管内的问题，采用恒温石英玻璃采样管，采样管的温度控制在120℃，在等速采样的前提下采集颗粒态汞和气态汞，按照依次采集颗粒态汞、气态二价汞、气态元素汞的次序，以下七只采样瓶依次串联，由一只循环流化床式汞采样瓶采集颗粒态汞，吸收液为50ml的10%氢氧化钾溶液；由三只悬筐自循环式汞采样瓶采集气态二价汞，吸收液为50ml的1.0mol/L氯化钾溶液；由一只短管自循环式汞采样瓶及两只长管自循环式汞采样瓶采集气态元素汞，吸收液分别为50ml的5%硝酸与10%过氧化氢等体积混合溶液与50ml的0.1mol/L高锰酸钾与10%硫酸等体积混合溶液。

发明人发现，循环流化床式汞采样瓶包括具塞气导出管、具塞气导入管、循环流化床式汞采样瓶体，所述循环流化床式汞采样瓶体包括旋风圆锥筒、循环流化床筒体、球形冷凝下降返回管，球形冷凝下降返回管外套管持续流动0～4℃冰水，所述具塞气导出管与旋风圆锥筒组成旋风分离器，旋风圆锥筒的切向入口与循环流化床筒体上部连接，旋风圆锥筒的底部设计有球形冷凝下降返回管，球形冷凝下降返回管的底端与循环流化床筒体下部连接。所述循环流化床筒体设计为上部粗大，下部细长，循环流化床筒体下部细长可使吸收液柱增高，使被测气体与吸收液能够充分的接触，循环流化床筒体上部扩大可使沸腾的气泡迅速破灭，具塞气导入管直插循环流化床筒体底部，具塞气导入管底端焊有多孔板，多孔板开孔面积与具塞气导入管断面面积相当，使气流冲击多孔板后以均匀的细密气泡喷出。循环流化床式汞采样瓶体上标识有刻度，加入吸收液使其液面准确至刻度位置，该刻度位置与球形冷凝下降返回管顶部平齐，应保持循环流化床式汞采样瓶体水平放置，不得倾斜导致吸收液无法淹没球形冷凝下降返回管，循环流化床式汞采样瓶体的瓶口与具塞用橡皮筋固定，以防气体冲开，使用前应进行气密性检查。废气经具塞气导入管导入后向下撞击循环流化床筒体底部的吸收液形成无数个细密气泡，颗粒物因惯性作用冲击到循环流化床筒体底被分散，从而易被吸收液吸收，废气与吸收液充分接触翻腾形成的气泡沿循环流化床筒体液柱上升，气泡在刻度液面附近破灭，气流切向进入旋风圆锥筒，废气中的颗粒物与液滴经旋风分离后沿旋风圆锥筒壁汇集流入球形冷凝下降返回管后重新返回循环流化床筒体，净化后的气体由具塞气导出管导出。

相对于现有技术，本发明至少含有以下优点：第一，废气经具塞气导入管导入后向下撞击循环流化床筒体底部的吸收液形成无数个细密气泡，颗粒物因惯性作用冲击到循环流化床筒体底被分散，从而易被吸收液吸收；第二，如果监测现场环境颗粒物浓度较大时，通过吸收液洗涤吸收与旋风分离的方法将颗粒物捕集，从而将吸附在颗粒物上的汞被吸收液吸收，保证了样品的代表性。

附图说明

图1为本发明固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法的主视结构示意图。

图2为本发明固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法的A大样结构示意图。

1－具塞气导出管 2－具塞气导入管 3－循环流化床式汞采样瓶体

4－旋风圆锥筒 5－循环流化床筒体 6－球形冷凝下降返回管。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2所示，固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法，其特征是：步骤一，循环流化床式汞采样瓶体3上标识有刻度，加入吸收液使其液面准确至刻度位置，该刻度位置与球形冷凝下降返回管6顶部平齐，应保持循环流化床式汞采样瓶体6水平放置，不得倾斜导致吸收液无法淹没球形冷凝下降返回管6，循环流化床式汞采样瓶体3的瓶口与具塞用橡皮筋固定，以防气体冲开，使用前应进行气密性检查。

步骤二，废气经具塞气导入管2导入后向下撞击循环流化床筒体5底部的吸收液形成无数个细密气泡，颗粒物因惯性作用冲击到循环流化床筒体5底被分散，从而易被吸收液吸收，废气与吸收液充分接触翻腾形成的气泡沿循环流化床筒体5液柱上升，气泡在刻度液面附近破灭，气流切向进入旋风圆锥筒4，废气中的颗粒物与液滴经旋风分离后沿旋风圆锥筒4壁汇集流入球形冷凝下降返回管6后重新返回循环流化床筒体5，净化后的气体由具塞气导出管1导出。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法，其特征是：步骤一，循环流化床式汞采样瓶体的瓶口与具塞用橡皮筋固定，以防气体冲开，使用前应进行气密性检查；步骤二，废气经具塞气导入管导入后向下撞击循环流化床筒体底部的吸收液形成无数个细密气泡，废气与吸收液充分接触翻腾形成的气泡沿循环流化床筒体液柱上升，气泡在刻度液面附近破灭，净化后的气体由具塞气导出管导出。

2.根据权利要求1所述的固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法，其特征是：循环流化床式汞采样瓶体上标识有刻度，加入吸收液使其液面准确至刻度位置，该刻度位置与球形冷凝下降返回管顶部平齐，应保持循环流化床式汞采样瓶体水平放置，不得倾斜导致吸收液无法淹没球形冷凝下降返回管。

3.根据权利要求1所述的固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法，其特征是：颗粒物因惯性作用冲击到循环流化床筒体底被分散，从而易被吸收液吸收。

4.根据权利要求1所述的固定污染源废气循环流化床式汞采样瓶的使用方法，其特征是：气流切向进入旋风圆锥筒，废气中的颗粒物与液滴经旋风分离后沿旋风圆锥筒壁汇集流入球形冷凝下降返回管后重新返回循环流化床筒体。