CN113466212A - 烟气重金属监测系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及烟气重金属浓度测量技术，公开了一种烟气重金属监测系统及其监测方法。烟气重金属监测系统包括取样装置、吸收装置、检测装置、第一储液罐、第二储液罐和显示控制装置，取样装置包括两端均与烟道连接的取样管路、过滤单元、调压单元和取样动力单元，过滤单元位于取样管路内且靠近取样管路的入口端，调压单元位于取样管路上且靠近取样管路的出口端，吸收装置的吸收进气端与取样管路上过滤单元所在的区域连接，第一储液罐和第二储液罐均通过泵送单元与吸收装置连接，第二储液罐与检测装置连接，取样动力单元、泵送单元和检测装置均与显示控制装置电连接。该监测系统可实现对烟气中的多种气态重金属浓度进行自动在线监测，且检测精度高。
Description
技术领域
本发明涉及烟气重金属浓度测量技术，具体地，涉及一种烟气重金属监测系统及其监测方法。
背景技术
重金属成为继NOx、SO2、粉尘之后的又一大污染物，燃煤电站、金属冶炼、煤化工等行业是烟气重金属的主要排放源，进行烟气重金属浓度的在线监测对实现烟气重金属减排具有重要意义！烟气排放的重金属包括气态重金属和颗粒态重金属，由于尾部的烟囱排烟前基本都已进行烟气除尘，故排入大气中的颗粒态重金属浓度很低。因此，烟气气态重金属应该成为燃煤电站、金属冶炼、煤化工等行业烟气重金属在线监测的重点。
公开号为CN107655728A的发明专利中，公开了“适用于对烟气中低挥发性痕量元素取样监测的装置”，该方法是针对高温高灰、低温高灰、低温底灰环境分别设计三种采样探头，利用活性炭管法进行烟气中低挥发性痕量元素(重金属)取样监测。但是该方法主要是针对烟气重金属的离线分析，且活性炭能否实现烟气重金属的完全吸附以及完全吸附的工作条件还需进一步研究确定。
公开号为CN107860763A的发明专利中，公开了“一种气体中碱金属及痕量元素浓度的在线监测方法及装置”，该方法通过配置基底气体和标准溶液，采取分组测试得到各组标准干气溶胶中目标元素的一系列特征谱线强度值，建立目标元素浓度与特征谱线强度值之间的数学关系，进而公开了相应的在线监测装置。该方法侧重于重金属检测分析仪器的开发，但是该分析仪器直接与取样烟气相连，取样流量不易于调节，此外，也无法实现长时间连续在线取样和在线检测。
公开号为CN103822934A的发明专利中，公开了“一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置及方法”，该方法使用活性过滤膜过滤烟气中的颗粒和气态重金属，之后通过滤膜传送单元切换至X-射线荧光能谱法(XRF)对活性过滤膜上的重金属进行测定；使用活性过滤膜在过滤颗粒、吸附气态重金属过程中存在吸附不均匀，不同种类的重金属挥发-冷凝-吸附在颗粒表面的机理不同，而XRF分析只能分析颗粒物表面的重金属含量，不能分析颗粒物中全部重金属含量，因此其测试精度会受到影响。
因此，目前针对烟气中多种重金属的在线监测技术还未成熟，亟需提供一种能够对烟气重金属进行高精度、自动化连续取样监测的装置和方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的无法实现对烟气重金属的在线连续监测的问题，提供一种烟气重金属监测系统及其监测方法，该监测系统能够实现对烟气中的多种气态重金属浓度进行自动在线监测，且检测精度高。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种烟气重金属监测系统，包括取样装置、吸收装置、检测装置、第一储液罐、第二储液罐和显示控制装置，所述取样装置包括两端均与烟道连接的取样管路、过滤单元、调压单元和取样动力单元，所述过滤单元位于所述取样管路内且靠近所述取样管路的入口端，所述调压单元位于所述取样管路上且靠近所述取样管路的出口端，所述吸收装置的吸收进气端与所述取样管路上所述过滤单元所在的区域连接，所述第一储液罐和所述第二储液罐均通过泵送单元与所述吸收装置连接，所述第二储液罐与所述检测装置连接，所述取样动力单元、所述泵送单元和所述检测装置均与所述显示控制装置电连接，所述取样动力单元能够吸取所述烟道内的部分烟气经所述过滤单元过滤后从所述吸收进气端进入所述吸收装置，再从所述吸收装置的吸收出气端排出。
优选地，调压单元设置为文丘里管，所述取样动力单元包括与所述吸收出气端连接的真空泵，所述真空泵与所述吸收出气端之间的管路上设置有流量计，所述真空泵和所述流量计均与所述显示控制装置电连接。
优选地，该监测系统还包括第一阀门和风机，所述第一阀门位于所述取样管路与所述吸收进气端之间的连接管路上，所述风机的出风口与所述第一阀门连接，所述风机和所述第一阀门均与所述显示控制装置电连接。
优选地，所述第一阀门设置为双通阀，所述过滤单元和所述烟道之间的所述取样管路与所述风机的出风口连接，所述风机与所述取样管路之间的管路上设置有与所述显示控制装置电连接的电磁阀。
优选地，所述吸收装置包括依次连接的第一吸收瓶、第二吸收瓶和气水分离瓶，所述吸收进气端位于所述第一吸收瓶上，所述吸收出气端位于所述气水分离瓶上，所述第一吸收瓶和所述第二吸收瓶分别通过所述泵送单元与所述第一储液罐和所述第二储液罐连接。
优选地，所述泵送单元包括第一蠕动泵、与所述第一蠕动泵连接的第一双通阀、第二蠕动泵、与所述第二蠕动泵连接的第二双通阀和第三蠕动泵，所述第一吸收瓶的底部和所述第三蠕动泵分别与所述第一双通阀连接，所述第二吸收瓶的底部和所述第三蠕动泵分别与所述第二双通阀连接，所述第一蠕动泵和所述第二蠕动泵分别与所述第一储液罐连接，所述第三蠕动泵与所述第二储液罐连接；所述第一蠕动泵、所述第一双通阀、所述第二蠕动泵、所述第二双通阀和所述第三蠕动泵均与所述显示控制装置电连接。
优选地，该监测系统还包括与所述第二储液罐连接的废液罐，所述第二储液罐与所述废液罐之间的管路上设置有废液蠕动泵，所述第二储液罐与所述检测装置之间的管路上设置有检测蠕动泵，所述废液蠕动泵和所述检测蠕动泵分别与所述显示控制装置电连接。
优选地，所述过滤单元包括内管和套设于所述内管外周的外管，所述内管上设置有多个过滤微孔，所述外管与电加热装置连接；所述检测装置为电感耦合等离子体质谱仪或者电感耦合等离子体发射光谱仪。
本发明第二方面提供一种上述的烟气重金属监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1、利用所述显示控制装置控制所述泵送单元，将所述第一储液罐内的新鲜吸收液经所述泵送单元供入所述吸收装置内；
S2、打开所述取样动力单元，以吸取所述烟道内的部分烟气经所述过滤单元过滤后，从所述吸收进气端进入所述吸收装置，再利用所述吸收装置内的吸收液进行烟气重金属的吸收取样后，从所述吸收出气端排出；
S3、利用所述显示控制装置控制所述泵送单元，将吸收装置内取样后的吸收液经所述泵送单元输入所述第二储液罐内，再从所述第二储液罐供入所述检测装置进行检测分析，并经所述显示控制装置显示所述检测装置的检测数据。
优选地，所述吸收装置、所述第一储液罐和所述第二储液罐的温度为2-6℃，所述取样装置的温度为120-180℃，所述第一储液罐内的新鲜吸收液为含有硝酸和双氧水的溶液。
通过上述技术方案，本发明的有益效果为：
本发明提供的烟气重金属监测系统中，取样装置利用取样管路与烟道形成烟气闭合回路，不仅能够实现对烟道内烟气的连续取样，而且能够将未进入吸收装置的烟气送回至烟道，避免烟气排出而造成污染；在取样管路内的部分烟气进入吸收装置后，调压单元能够提供额外的动力压差，减少取样动力单元的能量消耗；通过显示控制装置实现对取样动力单元、泵送单元和检测装置的协调运行，在烟气内的气态重金属被吸收装置吸收后，能够自动、实时地将得到的吸收液样品送入检测装置内进行检测，实现烟气重金属浓度的在线监测，且对烟气重金属样品的干扰少，能够进一步提高检测的精度；本发明提供的监测系统及方法可应用于高尘、高湿、高酸等多种恶劣环境中，且检测精度高，具有一定的市场推广价值。
在本发明的优选实施方式中，过滤单元包括内管和外管，外管与电加热装置连接，使得取样装置保持恒定的温度，可提高各种环境下对烟道的烟气重金属取样的稳定性；泵送单元采用多级双通阀和蠕动泵相配合，能够有效地切换吸收装置与储液罐之间的管路运输方向和连接方式，可避免多级蠕动泵反复正反向运行，延长蠕动泵的使用寿命；在第一吸收瓶和第二吸收瓶的配合下，使得该监测系统及方法对烟气中气态重金属的吸收率高，进而提高检测的准确度。
有关本发明的其它技术特征和技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明中烟气重金属监测系统的一种具体实施方式的结构示意图。
附图标记说明
1过滤单元 2调压单元
3第一阀门 4吸收装置
41第一吸收瓶 42第二吸收瓶
43气水分离瓶 44吸收进气端
45吸收出气端 5流量计
6真空泵 7第一储液罐
8第一蠕动泵 9第一双通阀
10第三蠕动泵 11第二储液罐
12检测蠕动泵 13检测装置
14废液蠕动泵 15废液罐
16风机 17电磁阀
18显示控制装置 19溶液存储室
20第二蠕动泵 21第二双通阀
22烟道
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
首先需要说明的是，在下文的描述中为清楚地说明本发明的技术方案而涉及的一些方位词，例如“内”、“外”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“安装”、“固定”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供的烟气重金属监测系统，参见图1，包括取样装置、吸收装置4、检测装置13、第一储液罐7、第二储液罐11和显示控制装置18，取样装置包括两端均与烟道22连接的取样管路、过滤单元1、调压单元2和取样动力单元，过滤单元1位于取样管路内且靠近取样管路的入口端，调压单元2位于取样管路上且靠近取样管路的出口端，吸收装置4的吸收进气端44与取样管路上过滤单元1所在的区域连接，第一储液罐7和第二储液罐11均通过泵送单元与吸收装置4连接，第二储液罐11与检测装置13连接，取样动力单元、泵送单元和检测装置13均与显示控制装置18电连接，取样动力单元能够吸取烟道22内的部分烟气经过滤单元1过滤后从吸收进气端44进入吸收装置4，再从吸收装置4的吸收出气端45排出。
根据本发明，取样管路上可以不设置控制阀门，也可以设置与显示控制装置18电连接的控制阀门；为了能够结合检测装置13的检测数据，获得吸取的烟气中重金属的浓度，需要对经吸收装置4吸收的烟气体积进行测量，因此，可以在吸收进气端44与取样管路之间的管路上，或者吸收装置4内，或者吸收出气端45的排气管路上设置有能够测量烟气体积的气体流量计；一般情况下，第一储液罐7设置为新鲜吸收液供给瓶，第二储液罐11设置为吸收烟气中的气态重金属后的吸收液存储瓶，即为检测装置13的样品存储瓶。
上述基础技术方案所提供的烟气重金属监测系统，具体使用过程可以参见本发明第二方面提供的烟气重金属监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1、利用显示控制装置18控制泵送单元，将第一储液罐7内的新鲜吸收液经泵送单元供入吸收装置4内；
S2、打开取样动力单元，以吸取所述烟道22内的部分烟气经过滤单元1过滤后，从吸收进气端44进入吸收装置4，再利用吸收装置4内的吸收液进行烟气重金属的吸收取样后，从吸收出气端45排出；
S3、利用显示控制装置18控制泵送单元，将吸收装置4内取样后的吸收液经泵送单元输入第二储液罐11内，再从第二储液罐11供入检测装置13进行检测分析，并经显示控制装置18显示检测装置13的检测数据。
本发明提供的烟气重金属监测系统中，取样装置利用取样管路与烟道22形成烟气闭合回路，不仅能够实现对烟道22内烟气的连续取样，而且能够将未进入吸收装置的烟气送回至烟道22，避免烟气排出而造成污染；在取样管路内的部分烟气进入吸收装置4后，调压单元2能够提供额外的动力压差，减少取样动力单元的能量消耗；通过显示控制装置18实现对取样动力单元、泵送单元和检测装置13的协调运行，在烟气内的气态重金属被吸收装置4吸收后，能够自动、实时地将得到的吸收液样品送入检测装置内进行检测，实现烟气重金属浓度的在线监测，且对烟气重金属样品的干扰少，能够进一步提高检测的精度；本发明提供的监测系统及方法可应用于高尘、高湿、高酸等多种恶劣环境中，且检测精度高，具有一定的市场推广价值。
根据本发明，调压单元2可以采用任意一种能够为取样管路提供额外的动力压差的结构件，具体地，调压单元2设置为文丘里管。
根据本发明，取样动力单元能够为烟道22内的部分烟气经取样装置进入吸收装置提供相应的动力。作为本发明中取样动力单元的一种优选实施方式，取样动力单元包括与吸收出气端45连接的真空泵6，真空泵6与吸收出气端45之间的管路上设置有流量计5，真空泵6和流量计5均与显示控制装置18电连接。在需要对烟道22进行在线取样监测时，显示控制装置18将真空泵6打开，以将烟道22内的部分烟气从取样管路抽吸至过滤单元1，再进入吸收装置4内进行烟气重金属的吸收取样，最后通过吸收出气端45、真空泵6排出；烟气重金属取样结束后，显示控制装置18将真空泵6停止工作。
作为本发明中烟气重金属监测系统的一种优选实施方式，该监测系统还包括第一阀门3和风机16，第一阀门3位于取样管路与吸收进气端44之间的连接管路上，风机16的出风口与第一阀门3连接，风机16和第一阀门3均与显示控制装置18电连接。根据烟道22的取样点处的工作环境，在一段取样时间后，可将风机16开启，第一阀门3打开使得风机16与取样管路连通，并从第一阀门3将风机的气体供入取样管路内，以对取样管路内进行吹扫清理，实现取样装置的连续、长时间工作。
进一步优选地，第一阀门3设置为双通阀，过滤单元1和烟道22之间的取样管路与风机16的出风口连接，风机16与取样管路之间的管路上设置有与显示控制装置18电连接的电磁阀17。此时，风机16的出风口分别与第一阀门3和电磁阀17连接，在进行烟气取样在线监测时，第一阀门3切换至将取样管路与吸收装置4连通；在对吸收装置4、泵送单元等配件进行清洗时，第一阀门3切换至将风机16的出风口与取样管路连通，并打开电磁阀17，使得风机16对取样管道的吹扫效率更高、清理效果更好。第一阀门3、电磁阀17和风机16的切换或开关均由显示控制装置18进行控制。
根据本发明，吸收装置4可以采用能够吸收烟气中的气态重金属的常规装置。作为本发明中吸收装置4的一种优选实施方式，吸收装置4包括依次连接的第一吸收瓶41、第二吸收瓶42和气水分离瓶43，吸收进气端44位于第一吸收瓶41上，吸收出气端45位于气水分离瓶43上，第一吸收瓶41和第二吸收瓶42分别通过泵送单元与第一储液罐7和第二储液罐11连接。需要说明的是，吸收装置4在第一吸收瓶41与第二吸收瓶42的基础上，还可以根据需求增设相应数量的吸收瓶，或者仅使用一个吸收瓶。
在对烟道22内的烟气进行取样监测时，第一吸收瓶41和第二吸收瓶42内分别通过泵送单元供入第一储液罐7内的新鲜吸收液，取样管路中的部分烟气经过滤单元1过滤后，从吸收进气端44进入第一吸收瓶41，再从第一吸收瓶41进入第二吸收瓶42，再从第二吸收瓶42进入气水分离瓶43，最后从吸收出气端45排出，第一吸收瓶41和第二吸收瓶42能够分别吸收输入的烟气中的气态重金属，获得烟气的气态重金属的取样样品，再送入检测装置13进行检测分析。
根据本发明，第一吸收瓶41、第二吸收瓶42和气水分离瓶43可以放置在溶液吸收室内，以能够通过电子冷凝器等制冷元件控制溶液吸收室内的温度，对第一吸收瓶41、第二吸收瓶42和气水分离瓶43的环境温度进行控制，以实现烟气重金属的全部有效吸收，通常溶液吸收室的温度恒定在2-6℃；第一储液罐7内的新鲜吸收液为含有硝酸和双氧水的溶液，进一步优选为新鲜吸收液中硝酸的体积分数为3-8％、双氧水的体积分数为5-15％，以能够吸收烟气中的多种重金属。
根据本发明，泵送单元可以采用常规结构的泵送装置，以能够将第一储液罐7内的新鲜吸收液供入吸收装置4内，或者将吸收装置4内取样后的吸收液供入第二储液罐11内。作为本发明中泵送单元的一种优选实施方式，泵送单元包括第一蠕动泵8、与第一蠕动泵8连接的第一双通阀9、第二蠕动泵20、与第二蠕动泵20连接的第二双通阀21和第三蠕动泵10，第一吸收瓶41的底部和第三蠕动泵10分别与第一双通阀9连接，第二吸收瓶42的底部和第三蠕动泵10分别与第二双通阀21连接，第一蠕动泵8和第二蠕动泵20分别与第一储液罐7连接，第三蠕动泵10与第二储液罐11连接；第一蠕动泵8、第一双通阀9、第二蠕动泵20、第二双通阀21和第三蠕动泵10均与显示控制装置18电连接。
此时，在需要向第一吸收瓶41和第二吸收瓶42供入新鲜吸收液时，将第一双通阀9和第二双通阀21切换，使得第一蠕动泵8的出口端与第一吸收瓶41底部连接，第二蠕动泵20的出口端与第二吸收瓶42底部连接，然后启动第一蠕动泵8和第二蠕动泵20，使得第一储液罐7内的新鲜吸收液经第一蠕动泵8、第一双通阀9传输至第一吸收瓶41，经第二蠕动泵20、第二双通阀21传输至第二吸收瓶42，传输结束后，将第一蠕动泵8和第二蠕动泵20停止工作，第一双通阀9和第二双通阀21转动至关闭状态；在第一吸收瓶41和第二吸收瓶42内取样后的吸收液需要转移至第二储液罐11内时，将第一双通阀9和第二双通阀21切换，使得第一吸收瓶41和第二吸收瓶42的底部均与第三蠕动泵10的入口端连接，启动第三蠕动泵10，使得第一吸收瓶41和第二吸收瓶42中的吸收液转移至第二储液罐11内，转移结束后，第三蠕动泵10停止工作。
根据本发明，该监测系统还包括与第二储液罐11连接的废液罐15，第二储液罐11与废液罐15之间的管路上设置有废液蠕动泵14，第二储液罐11与检测装置13之间的管路上设置有检测蠕动泵12，废液蠕动泵14和检测蠕动泵12分别与显示控制装置18电连接。利用检测蠕动泵12能够在显示控制装置18的控制下，将第二储液罐11内含有重金属的吸收液自动输入检测装置13中进行检测分析；检测分析结束后，检测蠕动泵12停止工作，废液蠕动泵14启动，将第二储液罐11内多余的吸收液经转移至废液罐15内，以进行收集处理，避免对环境的污染。本发明中，废液罐15、第二储液罐11和第一储液罐7可以设置在溶液存储室19中，以能够对三者的环境温度进行控制，通常溶液存储室19的温度恒定在2-6℃。
在需要对吸收装置4进行清洗时，可以将第一双通阀9和第二双通阀21切换，使得第一蠕动泵8的出口端与第一吸收瓶41底部连接，第二蠕动泵20的出口端与第二吸收瓶42底部连接，启动第一蠕动泵8和第二蠕动泵20，将第一储液罐7内的新鲜吸收液传输至第一吸收瓶41和第二吸收瓶42，一定时间后，第一蠕动泵8和第二蠕动泵20停止工作，然后将第一双通阀9和第二双通阀21切换至第一吸收瓶41和第二吸收瓶42的底部均与第三蠕动泵10的入口端连接，启动第三蠕动泵10，使得第一吸收瓶41和第二吸收瓶42中的清洗吸收液转移至第二储液罐11，再启动废液蠕动泵14，使得第二储液罐11中的吸收液转移至废液罐15，完成第一吸收瓶41、第二吸收瓶42、第三蠕动泵10以及第二储液罐11的一轮清洗，如此重复2-3次，完成深度清洗。清洗结束后，再次启动烟气重金属取样、吸收液重金属浓度测定等工作。
根据本发明，过滤单元1可以采用能够对烟气进行颗粒过滤的常规配件。作为本发明中过滤单元1的一种优选实施方式，过滤单元1包括内管和套设于内管外周的外管，内管上设置有多个过滤微孔，外管与电加热装置连接；检测装置13为电感耦合等离子体质谱仪或者电感耦合等离子体发射光谱仪。烟道22内的烟气进入取样管路后，经过滤单元1的内管侧壁进行过滤后，从取样管路的侧壁输送至吸收装置4。
本发明中，取样管路上除过滤单元1以外的部分也设置为与过滤单元1相同的外管和内管结构，但其内管上不设置过滤微孔，从而过滤单元1作为取样管路的一部分，其中，外管可以采用不锈钢材质的管件，内套管可以采用特氟龙或者高硼硅材质的管件，以使得电加热装置能够通过外管对取样的烟气进行加热，通常温度控制为120-180℃，可实现高尘、高湿、高酸等各种恶劣环境下的烟气取样；内管上的过滤微孔的直径可以设置为0.3-0.8μm，例如0.5μm；一般情况下，过滤单元1的外管与内管之间形成有一段距离，以实现对烟气的除尘过滤作用，取样管路上除过滤单元1的其余地方内管和外管密封连接。
根据本发明，上述的第一吸收瓶41、第二吸收瓶42、气水分离瓶43、第一储液罐7、第二储液罐11和废液罐15均可以采用高硼硅或特氟龙材质制成，第一吸收瓶41、第二吸收瓶42、气水分离瓶43、第一储液罐7、第二储液罐11、废液罐15、各个蠕动泵和各个阀门之间均使用特氟龙管连接，避免对重金属的吸附，影响检测精度。
基于上述各种实施例的技术方案提供的烟气重金属监测系统，本发明第二方面提供一种烟气重金属监测系统的监测方法，包括以下步骤：
S1、利用显示控制装置18控制泵送单元，将第一储液罐7内的新鲜吸收液经泵送单元供入吸收装置4内；
S2、打开取样动力单元，以吸取所述烟道22内的部分烟气经过滤单元1过滤后，从吸收进气端44进入吸收装置4，再利用吸收装置4内的吸收液进行烟气重金属的吸收取样后，从吸收出气端45排出；
S3、利用显示控制装置18控制泵送单元，将吸收装置4内取样后的吸收液经泵送单元输入第二储液罐11内，再从第二储液罐11供入检测装置13进行检测分析，并经显示控制装置18显示检测装置13的检测数据。
优选情况下，吸收装置4、第一储液罐7和第二储液罐11的温度为2-6℃，取样装置的温度为120-180℃，第一储液罐7内的新鲜吸收液为含有硝酸和双氧水的溶液。
作为本发明中烟气重金属监测系统的一种相对优选的具体实施例，包括取样装置、吸收装置4、检测装置13、第一储液罐7、与检测装置13连接的第二储液罐11、显示控制装置18、第一阀门3、风机16和与第二储液罐11连接的废液罐15，第一储液罐7设置为新鲜吸收液供给瓶，第二储液罐11设置为吸收烟气中的气态重金属后的吸收液存储瓶，吸收装置4包括依次连接的第一吸收瓶41、第二吸收瓶42和气水分离瓶43，第一吸收瓶41、第二吸收瓶42和气水分离瓶43放置在溶液吸收室内，第一吸收瓶41上设置有吸收进气端44，气水分离瓶43上设置有吸收出气端45，第一吸收瓶41和第二吸收瓶42分别通过泵送单元与第一储液罐7和第二储液罐11连接；取样装置包括两端均与烟道22连接的取样管路、过滤单元1、文丘里管和取样动力单元，过滤单元1位于取样管路内且靠近取样管路的入口端，文丘里管位于取样管路上且靠近取样管路的出口端，吸收进气端44与取样管路上过滤单元1所在的区域连接，取样动力单元包括与吸收出气端45连接的真空泵6，真空泵6与吸收出气端45之间的管路上设置有流量计5，过滤单元1以及过滤单元1与烟道22之间的取样管路均设置为包括内管和套设于内管外周的外管，过滤单元1的内管上设置有多个直径为0.5μm的过滤微孔，外管与电加热装置连接；第一阀门3设置为位于取样管路与吸收进气端44之间的连接管路上的双通阀，第一阀门3、过滤单元1和烟道22之间的取样管路均与风机16的出风口连接，风机16与取样管路之间的管路上设置有电磁阀17；泵送单元包括第一蠕动泵8、与第一蠕动泵8连接的第一双通阀9、第二蠕动泵20、与第二蠕动泵20连接的第二双通阀21和第三蠕动泵10，第一吸收瓶41的底部和第三蠕动泵10分别与第一双通阀9连接，第二吸收瓶42的底部和第三蠕动泵10分别与第二双通阀21连接，第一蠕动泵8和第二蠕动泵20分别与第一储液罐7连接，第三蠕动泵10与第二储液罐11连接；第二储液罐11与废液罐15之间的管路上设置有废液蠕动泵14，第二储液罐11与检测装置13之间的管路上设置有检测蠕动泵12，废液罐15、第二储液罐11和第一储液罐7设置在溶液存储室19中；检测装置13为电感耦合等离子体质谱仪或者电感耦合等离子体发射光谱仪；检测装置13、真空泵6、流量计5、风机16、第一阀门3、电磁阀17、第一蠕动泵8、第一双通阀9、第二蠕动泵20、第二双通阀21、第三蠕动泵10、废液蠕动泵14和检测蠕动泵12均与显示控制装置18电连接。
上述实施方式提供的烟气重金属监测系统使用前，先将第一储液罐7内装入新鲜吸收液(硝酸的体积分数为5％、双氧水的体积分数为10％)，控制溶液吸收室和溶液存储室19的温度恒定在4℃，打开与取样装置的外管连接的电加热装置，将取样装置的温度恒定在150℃。其监测方法的具体步骤为：
S1、将第一双通阀9和第二双通阀21切换，使得第一蠕动泵8的出口端与第一吸收瓶41底部连接，第二蠕动泵20的出口端与第二吸收瓶42底部连接，然后启动第一蠕动泵8和第二蠕动泵20，使得第一储液罐7内的新鲜吸收液经第一蠕动泵8、第一双通阀9传输至第一吸收瓶41，经第二蠕动泵20、第二双通阀21传输至第二吸收瓶42，传输结束后，将第一蠕动泵8和第二蠕动泵20停止工作，第一双通阀9和第二双通阀21转动至关闭状态；
S2、第一阀门3切换至将取样管路与吸收进气端44连通，启动真空泵6将烟道22中的烟气抽至过滤单元1，经过滤单元1过滤后经第一阀门3依次进入第一吸收瓶41、第二吸收瓶42和气水分离瓶43，利用新鲜吸收液对烟气中的气态重金属进行吸收，再通过流量计5、真空泵6排出，完成烟气重金属的取样，真空泵6停止工作，流量计5获得的取样烟气流量数据Vg传输至显示控制装置18；
S3、将第一双通阀9和第二双通阀21切换，使得第一吸收瓶41和第二吸收瓶42的底部均与第三蠕动泵10的入口端连接，启动第三蠕动泵10，使得第一吸收瓶41和第二吸收瓶42中的吸收液转移至第二储液罐11内进行体积测定得到吸收液的体积Vab，转移结束后，第三蠕动泵10停止工作，启动检测蠕动泵12，将第二储液罐11内含有重金属的吸收液自动输入检测装置13中进行检测分析得到吸收液中重金属浓度CHM,l，测定结束后，检测蠕动泵12停止工作，启动废液蠕动泵14，将第二储液罐11内多余的吸收液经转移至废液罐15内，经显示控制装置18显示烟气中的重金属浓度CHM,fg；其中，烟气中的重金属浓度CHM,fg的计算公式为：CHM,fg＝(CHM,l×Vab)/Vg。
S4、将第一双通阀9和第二双通阀21切换，使得第一蠕动泵8的出口端与第一吸收瓶41底部连接，第二蠕动泵20的出口端与第二吸收瓶42底部连接，启动第一蠕动泵8和第二蠕动泵20，将第一储液罐7内的新鲜吸收液传输至第一吸收瓶41和第二吸收瓶42，一定时间后，第一蠕动泵8和第二蠕动泵20停止工作，然后将第一双通阀9和第二双通阀21切换至第一吸收瓶41和第二吸收瓶42的底部均与第三蠕动泵10的入口端连接，启动第三蠕动泵10，使得第一吸收瓶41和第二吸收瓶42中的清洗吸收液转移至第二储液罐11，再启动废液蠕动泵14，使得第二储液罐11中的吸收液转移至废液罐15，完成第一吸收瓶41、第二吸收瓶42、第三蠕动泵10以及第二储液罐11的一轮清洗，如此重复2-3次，完成深度清洗，同时，在吸收装置4清洗期间，第一阀门3切换至将风机16的出风口与取样管路连通，并打开电磁阀17，开启风机16以对取样管道内进行吹扫，清洗结束后，再次启动步骤S1-S3。
由以上描述可以看出，本发明提供的烟气重金属监测系统中，取样装置利用取样管路与烟道22形成烟气闭合回路，不仅能够实现对烟道22内烟气的连续取样，而且能够将未进入吸收装置的烟气送回至烟道22，避免烟气排出而造成污染；在取样管路内的部分烟气进入吸收装置4后，调压单元2能够提供额外的动力压差，减少取样动力单元的能量消耗；通过显示控制装置18实现对取样动力单元、泵送单元和检测装置13的协调运行，在烟气内的气态重金属被吸收装置4吸收后，能够自动、实时地将得到的吸收液样品送入检测装置内进行检测，实现烟气重金属浓度的在线监测，且对烟气重金属样品的干扰少，能够进一步提高检测的精度。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种烟气重金属监测系统，其特征在于，包括取样装置、吸收装置(4)、检测装置(13)、第一储液罐(7)、第二储液罐(11)和显示控制装置(18)，所述取样装置包括两端均与烟道(22)连接的取样管路、过滤单元(1)、调压单元(2)和取样动力单元，所述过滤单元(1)位于所述取样管路内且靠近所述取样管路的入口端，所述调压单元(2)位于所述取样管路上且靠近所述取样管路的出口端，所述吸收装置(4)的吸收进气端(44)与所述取样管路上所述过滤单元(1)所在的区域连接，所述第一储液罐(7)和所述第二储液罐(11)均通过泵送单元与所述吸收装置(4)连接，所述第二储液罐(11)与所述检测装置(13)连接，所述取样动力单元、所述泵送单元和所述检测装置(13)均与所述显示控制装置(18)电连接，所述取样动力单元能够吸取所述烟道(22)内的部分烟气经所述过滤单元(1)过滤后从所述吸收进气端(44)进入所述吸收装置(4)，再从所述吸收装置(4)的吸收出气端(45)排出。
2.根据权利要求1所述的烟气重金属监测系统，其特征在于，所述调压单元(2)设置为文丘里管，所述取样动力单元包括与所述吸收出气端(45)连接的真空泵(6)，所述真空泵(6)与所述吸收出气端(45)之间的管路上设置有流量计(5)，所述真空泵(6)和所述流量计(5)均与所述显示控制装置(18)电连接。
3.根据权利要求2所述的烟气重金属监测系统，其特征在于，该监测系统还包括第一阀门(3)和风机(16)，所述第一阀门(3)位于所述取样管路与所述吸收进气端(44)之间的连接管路上，所述风机(16)的出风口与所述第一阀门(3)连接，所述风机(16)和所述第一阀门(3)均与所述显示控制装置(18)电连接。
4.根据权利要求3所述的烟气重金属监测系统，其特征在于，所述第一阀门(3)设置为双通阀，所述过滤单元(1)和所述烟道(22)之间的所述取样管路与所述风机(16)的出风口连接，所述风机(16)与所述取样管路之间的管路上设置有与所述显示控制装置(18)电连接的电磁阀(17)。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的烟气重金属监测系统，其特征在于，所述吸收装置(4)包括依次连接的第一吸收瓶(41)、第二吸收瓶(42)和气水分离瓶(43)，所述吸收进气端(44)位于所述第一吸收瓶(41)上，所述吸收出气端(45)位于所述气水分离瓶(43)上，所述第一吸收瓶(41)和所述第二吸收瓶(42)分别通过所述泵送单元与所述第一储液罐(7)和所述第二储液罐(11)连接。
6.根据权利要求5所述的烟气重金属监测系统，其特征在于，所述泵送单元包括第一蠕动泵(8)、与所述第一蠕动泵(8)连接的第一双通阀(9)、第二蠕动泵(20)、与所述第二蠕动泵(20)连接的第二双通阀(21)和第三蠕动泵(10)，所述第一吸收瓶(41)的底部和所述第三蠕动泵(10)分别与所述第一双通阀(9)连接，所述第二吸收瓶(42)的底部和所述第三蠕动泵(10)分别与所述第二双通阀(21)连接，所述第一蠕动泵(8)和所述第二蠕动泵(20)分别与所述第一储液罐(7)连接，所述第三蠕动泵(10)与所述第二储液罐(11)连接；
所述第一蠕动泵(8)、所述第一双通阀(9)、所述第二蠕动泵(20)、所述第二双通阀(21)和所述第三蠕动泵(10)均与所述显示控制装置(18)电连接。
7.根据权利要求1至4中任意一项所述的烟气重金属监测系统，其特征在于，该监测系统还包括与所述第二储液罐(11)连接的废液罐(15)，所述第二储液罐(11)与所述废液罐(15)之间的管路上设置有废液蠕动泵(14)，所述第二储液罐(11)与所述检测装置(13)之间的管路上设置有检测蠕动泵(12)，所述废液蠕动泵(14)和所述检测蠕动泵(12)分别与所述显示控制装置(18)电连接。
8.根据权利要求1至4中任意一项所述的烟气重金属监测系统，其特征在于，所述过滤单元(1)包括内管和套设于所述内管外周的外管，所述内管上设置有多个过滤微孔，所述外管与电加热装置连接；所述检测装置(13)为电感耦合等离子体质谱仪或者电感耦合等离子体发射光谱仪。
9.一种如权利要求1所述的烟气重金属监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用所述显示控制装置(18)控制所述泵送单元，将所述第一储液罐(7)内的新鲜吸收液经所述泵送单元供入所述吸收装置(4)内；
S2、打开所述取样动力单元，以吸取所述烟道(22)内的部分烟气经所述过滤单元(1)过滤后，从所述吸收进气端(44)进入所述吸收装置(4)，再利用所述吸收装置(4)内的吸收液进行烟气重金属的吸收取样后，从所述吸收出气端(45)排出；
S3、利用所述显示控制装置(18)控制所述泵送单元，将吸收装置(4)内取样后的吸收液经所述泵送单元供入所述第二储液罐(11)内，再从所述第二储液罐(11)供入所述检测装置(13)进行检测分析，并经所述显示控制装置(18)显示所述检测装置(13)的检测数据。
10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于，所述吸收装置(4)、所述第一储液罐(7)和所述第二储液罐(11)的温度为2-6℃，所述取样装置的温度为120-180℃，所述第一储液罐(7)内的新鲜吸收液为含有硝酸和双氧水的溶液。
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