CN116754723B - 用于小样气流量汞形态切换的测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于小样气流量汞形态切换的测量系统和方法，用于小样气流量汞形态切换的测量系统包括除尘过滤机构、第一路、第二路和汞分析仪，除尘过滤机构不吸附汞，第一路包括二价汞脱除段、第一样气三通阀和第一样气注射器，沿样气流动方向上二价汞脱除段与第一样气三通阀相连，第一样气三通阀与第一样气注射器和除尘过滤机构相连通，第二路包括二价汞还原段、第二样气三通阀和第二样气注射器，第二样气三通阀与第二样气注射器和除尘过滤机构相连通，汞分析仪通过两路管路与除尘过滤机构相连通。本发明提供的用于小样气流量汞形态切换的测量系统和方法具备测量效率高、适应小流量测量、测量精确受干扰小、设备成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及汞监测技术领域，尤其涉及一种用于小样气流量汞形态切换的测量系统和方法。
背景技术
汞污染具有剧毒性、持久性、全球性和生物累积性。人为源大气汞排放是全球汞污染的重要成因。其中，燃煤电厂、燃煤工业锅炉、水泥生产、有色金属冶炼、废物焚烧等五个行业，是国际汞公约针对大气汞排放控制的主要管控源，也是开展汞监测的重点行业。
对于汞排放在线监测，关键是需要准确实时掌握固定源汞排放浓度变化规律，进而准确获得汞排放测量总量，样气中存在气态元素汞、气态二价汞等形态。相关技术中，利用汞分析仪仅能够测量气态元素汞，测量效率低下，测量成本高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种用于小样气流量汞形态切换的测量系统，该用于小样气流量汞形态切换的测量系统具有测量效率高、适应小流量测量、测量精确受干扰小、设备成本低的优点。
根据本发明实施例的用于小样气流量汞形态切换的测量系统，用于小样气流量汞形态切换的测量系统包括除尘过滤机构、第一路、第二路和汞分析仪，所述除尘过滤机构不吸附汞，所述第一路包括二价汞脱除段、第一样气三通阀和第一样气注射器，沿样气流动方向上所述二价汞脱除段与第一样气三通阀相连，所述第一样气三通阀与所述第一样气注射器和所述除尘过滤机构相连通，所述第二路包括二价汞还原段、第二样气三通阀和第二样气注射器，沿样气流动方向上所述二价汞还原段与第二样气三通阀相连，所述第二样气三通阀与所述第二样气注射器和所述除尘过滤机构相连通，所述汞分析仪通过两路管路与所述除尘过滤机构相连通。
根据本发明实施例的用于小样气流量汞形态切换的测量系统具有的测量效率高、适应小流量测量、测量精确受干扰小、设备成本低的优点。
在一些实施例中，所述样气注射器的第一端设置溢流口、进气口和排气口，所述样气注射器的另一端可滑动地连接推杆，所述注射器的推杆与直线驱动机构传动相连。
在一些实施例中，还包括第一样气截止阀和第二样气截止阀，所述第一样气注射器通过管路与所述除尘过滤机构相连通，所述第一样气截止阀位于第一样气注射器的排气口与所述除尘过滤机构之间的管路上，所述第二样气注射器通过另一管路与所述除尘过滤机构相连通，所述第二样气截止阀位于第二样气注射器的排气口与所述除尘过滤机构之间的管路上。
在一些实施例中，还包括第一安全阀和第二安全阀，所述第一样气注射器的溢流口通过管路与所述第一安全阀相连，所述第二样气注射器的溢流口通过管路与所述第二安全阀相连。
在一些实施例中，所述除尘过滤机构包括除尘过滤器、零汞过滤器和校零三通阀，所述校零三通阀分别与所述除尘过滤器、第三管路和第四管路相连通，所述第三管路上设置零汞过滤器，所述第三管路和所述第四管路的另一端与所述汞分析仪相连通。
在一些实施例中，所述汞分析仪的另一侧与汞过滤器相连。
在一些实施例中，所述汞过滤器的出口还设置真空泵和/或引流器。
根据本发明实施例的用于小样气流量汞形态切换的测量方法，用于小样气流量汞形态切换的测量方法包括以下步骤：
关闭第一样气三通阀至除尘过滤器的管路，开启第一样气三通阀至第一样气注射器的管路，开启第二样气三通阀至除尘过滤器的管路，关闭第二样气三通阀至第二样气注射器的管路，关闭第一样气截止阀，开启第二样气截止阀，第三管路连通，第四管路关闭，第一样气注射器充气，第二样气注射器排气，第二样气注射器的样气和来自第二路的样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第二样气注射器内样气剩余一半体积；
关闭第二样气截止阀，第一样气注射器继续充气，第二样气注射器保持体积不变，来自第二路的样气进入汞分析仪进行测量第二路背景气测量；
第二样气截止阀开启，第三管路关闭，第四管路开启，第一样气注射器继续充气，第二样气注射器继续排气，第二样气注射器的样气和来自第二路的样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第二样气注射器内样气排尽；
关闭第二样气截止阀，第一样气注射器继续充气，第二样气注射器保持排尽状态，来自第二路的样气进入汞分析仪内进行测量；
关闭第一样气三通阀至第一样气注射器的管路，开启第一样气三通阀至除尘过滤器的管路，开启第二样气三通阀至第二样气注射器的管路，关闭第二样气三通阀至除尘过滤器的管路，开启第三管路，关闭第四管路，第一样气截止阀开启，第二路向第二样气注射器内充气，第一样气注射器排气，第一样气注射器的样气和来自第一路的样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第一样气注射器内的样气剩余一半体积；
关闭第一样气截止阀，第二样气注射器继续充气，第一样气注射器保持体积不变，第一路的样气进入汞分析仪进行测量；
开启第一样气截止阀，关闭第三管路，开启第四管路，第二样气注射器继续充气，第一样气注射器继续排气，第一样气注射器的样气和来自第一路的样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第一样气注射器内的样气排尽；
关闭第一样气截止阀，第二样气注射器继续充气，第一样气注射器保持排尽状态，来自第一路的样气进入汞分析仪内进行测量。
附图说明
图1是根据本发明实施例中用于小样气流量汞形态切换的测量系统的结构示意图。
图2是根据本发明实施例中用于小样气流量汞形态切换的测量系统的样气注射器的结构示意图。
附图标记：1、二价汞脱除段；2、二价汞还原段；3、第一样气三通阀；4、第二样气三通阀；5、第一样气注射器；6、第二样气注射器；7、第一样气截止阀；8、第二样气截止阀；9、第一安全阀；10、第二安全阀；11、除尘过滤器；12、校零三通阀；13、零汞过滤器；14、汞分析仪；15、汞过滤器；16、真空泵，17、进气口；18、排气口；19、溢流口；20、推杆。
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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
根据本发明实施例的用于小样气流量汞形态切换的测量系统，用于小样气流量汞形态切换的测量系统包括除尘过滤机构、第一路、第二路和汞分析仪，除尘过滤机构不吸附汞，第一路包括二价汞脱除段、第一样气三通阀和第一样气注射器，沿样气流动方向上二价汞脱除段与第一样气三通阀相连，第一样气三通阀与第一样气注射器和除尘过滤机构相连通，第二路包括二价汞还原段、第二样气三通阀和第二样气注射器，沿样气流动方向上二价汞还原段与第二样气三通阀相连，第二样气三通阀与第二样气注射器和除尘过滤机构相连通，汞分析仪通过两路管路与除尘过滤机构相连通。第一路经二价汞脱除段除去Hg2+，形成Hg0样气；第二路经二价汞还原段将Hg2+还原为Hg0，形成HgT样气。为降低成本，仅采用1台汞分析仪时，Hg0样气和HgT样气通过阀门和气体注射器的切换控制，依次进入汞分析仪。所有进入汞分析仪的样气，都先通过除尘过滤机构过滤，除尘过滤机构只过滤粉尘等颗粒，不吸附汞。
根据本发明实施例的用于小样气流量汞形态切换的测量系统具有的测量效率高、适应小流量测量、测量精确受干扰小、设备成本低的优点。本申请通过一台汞分析仪结合两个管路能够切换控制测量样气，降低设备成本，通过阀门控制和样气的吹扫保证了测量结果的准确性。
在一些实施例中，样气注射器的第一端设置溢流口、进气口和排气口，样气注射器的另一端可滑动地连接推杆，注射器的推杆与直线驱动机构传动相连。
具体地，样气注射器是采用惰性材料如聚四氟乙烯等材料制成的圆柱形筒体和推杆，筒体的一端设置进气口、排气口和溢流口，进气口、排气口和溢流口分别与管路相连通，溢流口的管路上设置安全阀能够在注射器超压时排气防止含汞气体泄漏，注射器的推杆与筒体的内壁滑动接触，推动推杆可以改变注射器内的气体体积，直线驱动机构可以是往复式电机，排气时通过往复式电机推动推杆向内实现气体排出；充气时往复式电机推动推杆向外实现气体吸入。
在一些实施例中，还包括第一样气截止阀和第二样气截止阀，第一样气注射器通过管路与除尘过滤机构相连通，第一样气截止阀位于第一样气注射器的排气口与除尘过滤机构之间的管路上，第二样气注射器通过另一管路与除尘过滤机构相连通，第二样气截止阀位于第二样气注射器的排气口与除尘过滤机构之间的管路上。
具体地，样气截止阀设置在样气注射器的排气口与除尘过滤机构之间的管路上能够将样气注射器的内样气送入除尘过滤机构进行进入汞分析仪，能够实现样气吹扫和背景气测量。
在一些实施例中，还包括第一安全阀和第二安全阀，第一样气注射器的溢流口通过管路与第一安全阀相连，第二样气注射器的溢流口通过管路与第二安全阀相连。
具体地，安全阀设置在溢流口上能够保证注射器内压力超过安全阈值后将注射器内的样气安全排出避免含汞气体泄漏。
在一些实施例中，除尘过滤机构包括除尘过滤器、零汞过滤器和校零三通阀，校零三通阀分别与除尘过滤器、第三管路和第四管路相连通，第三管路上设置零汞过滤器，第三管路和第四管路的另一端与汞分析仪相连通。
具体地，除尘过滤器用来过滤粉尘颗粒，零汞过滤器用来形成背景气，第三管路和第四管路并联能够方便切换背景气和样气。
在一些实施例中，汞分析仪的另一侧与汞过滤器相连。
具体地，汞过滤器用来过滤气体中的汞避免汞泄漏，保证环境安全。
在一些实施例中，汞过滤器的出口还设置真空泵和/或引流器。
具体地，含汞气体汇合在一处后由汞过滤器除汞后排出，当样气压力较小时，为保证气体流动，在汞过滤器的出口设置真空泵、引流器提供所需的负压能够加快气体流动。
根据本发明实施例的用于小样气流量汞形态切换的测量方法，用于小样气流量汞形态切换的测量方法包括以下步骤：
步骤一，关闭第一样气三通阀至除尘过滤器的管路，开启第一样气三通阀至第一样气注射器的管路，开启第二样气三通阀至除尘过滤器的管路，关闭第二样气三通阀至第二样气注射器的管路，关闭第一样气截止阀，开启第二样气截止阀，第三管路连通，第四管路关闭，第一样气注射器充气Hg0，第二样气注射器排气HgT，第二样气注射器的HgT样气和来自第二路的新鲜HgT样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第二样气注射器内样气剩余一半体积，完成了HgT背景气加速吹扫。进入第一路和第二路的原样气进行除尘处理。
步骤二，关闭第二样气截止阀，第一样气注射器继续充气，第二样气注射器保持体积不变，来自第二路的新鲜HgT样气进入汞分析仪进行测量，实现第二路HgT背景气测量即校零。
步骤三，第二样气截止阀开启，第三管路关闭，第四管路开启，第一样气注射器继续充气，第二样气注射器继续排气，第二样气注射器的HgT样气和来自第二路的新鲜HgT样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第二样气注射器内HgT样气排尽，完成HgT样气加速吹扫。
步骤四，关闭第二样气截止阀，第一样气注射器继续充气，第二样气注射器保持排尽状态，来自第二路的新鲜HgT样气进入汞分析仪内进行测量实现HgT样气测量。
步骤五，关闭第一样气三通阀至第一样气注射器的管路，开启第一样气三通阀至除尘过滤器的管路，开启第二样气三通阀至第二样气注射器的管路，关闭第二样气三通阀至除尘过滤器的管路，开启第三管路，关闭第四管路，第一样气截止阀开启，第二路向第二样气注射器内充气HgT，第一样气注射器排气，第一样气注射器的Hg0样气和来自第一路的新鲜Hg0样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第一样气注射器内的Hg0样气剩余一半体积，完成Hg0背景气加速吹扫阶段。
步骤六，关闭第一样气截止阀，第二样气注射器继续充气，第一样气注射器保持体积不变，第一路的新鲜Hg0样气进入汞分析仪进行测量，完成Hg0背景气测量即校零。
步骤七，开启第一样气截止阀，关闭第三管路，开启第四管路，第二样气注射器继续充气，第一样气注射器继续排气，第一样气注射器的Hg0样气和来自第一路的新鲜Hg0样气汇合吹扫汞分析仪内存留气体，至第一样气注射器内的Hg0样气排尽，完成Hg0样气加速吹扫阶段。
步骤八，关闭第一样气截止阀，第二样气注射器继续充气，第一样气注射器保持排尽状态，来自第一路的Hg0样气进入汞分析仪内进行测量，完成Hg0样气测量阶段。
实施例1，汞分析仪内空腔体积V＝2L，Hg0样气的气量q0＝HgT样气气量qT＝1L/min，假设步骤1、2、3、4的时间分别为T1、T2、T3、T4，按稳定时间T≥3V/q，则T1＝T3＝6min才能实现稳定，取T2＝1min，为保证数据有效率达到50％，则T4＝13min，测量一周期需要2×(T1+T2+T3+T4)＝52min。采用2个有效容积为V注射＝5L的样气注射器后，则吹扫气量将由1L/min提高至3L/min，则稳定时间T1＝T3＝2min，为保证数据有效率达到50％，则T4＝5min，测量一周期需要2×(T1+T2+T3+T4)＝20min。因此，测量的效率大幅提高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于小样气流量汞形态切换的测量方法，其特征在于，基于用于小样气流量汞形态切换的测量系统实施，所述用于小样气流量汞形态切换的测量系统包括：
除尘过滤机构，所述除尘过滤机构不吸附汞，所述除尘过滤机构包括除尘过滤器、零汞过滤器和校零三通阀，所述校零三通阀分别与所述除尘过滤器、第三管路和第四管路相连通，所述第三管路上设置所述零汞过滤器；
第一路，所述第一路包括二价汞脱除段、第一样气三通阀和第一样气注射器，沿样气流动方向上所述二价汞脱除段与所述第一样气三通阀相连，所述第一样气三通阀与所述第一样气注射器和所述除尘过滤机构相连通；
第二路，所述第二路包括二价汞还原段、第二样气三通阀和第二样气注射器，沿样气流动方向上所述二价汞还原段与第二样气三通阀相连，所述第二样气三通阀与所述第二样气注射器和所述除尘过滤机构相连通；所述样气注射器的第一端设置进气口和排气口；
汞分析仪，所述第三管路和所述第四管路的另一端与所述汞分析仪相连通，所述汞分析仪通过所述第三管路和所述第四管路与所述除尘过滤机构相连通；
第一样气截止阀和第二样气截止阀，所述第一样气注射器通过管路与所述除尘过滤机构相连通，所述第一样气截止阀位于第一样气注射器的排气口与所述除尘过滤机构之间的管路上，所述第二样气注射器通过另一管路与所述除尘过滤机构相连通，所述第二样气截止阀位于第二样气注射器的排气口与所述除尘过滤机构之间的管路上；
所述用于小样气流量汞形态切换的测量方法包括以下步骤：
关闭所述第一样气三通阀至所述除尘过滤器的管路，开启所述第一样气三通阀至所述第一样气注射器的管路，开启所述第二样气三通阀至所述除尘过滤器的管路，关闭所述第二样气三通阀至所述第二样气注射器的管路，关闭所述第一样气截止阀，开启所述第二样气截止阀，所述第三管路连通，所述第四管路关闭，所述第一样气注射器充气，所述第二样气注射器排气，所述第二样气注射器的样气和来自所述第二路的样气汇合吹扫所述汞分析仪内存留气体，至所述第二样气注射器内样气剩余一半体积；
关闭所述第二样气截止阀，所述第一样气注射器继续充气，所述第二样气注射器保持体积不变，来自所述第二路的样气进入所述汞分析仪进行测量，实现所述第二路背景气测量；
所述第二样气截止阀开启，所述第三管路关闭，所述第四管路开启，所述第一样气注射器继续充气，所述第二样气注射器继续排气，所述第二样气注射器的样气和来自所述第二路的样气汇合吹扫所述汞分析仪内存留气体，至所述第二样气注射器内样气排尽；
关闭所述第二样气截止阀，所述第一样气注射器继续充气，所述第二样气注射器保持排尽状态，来自所述第二路的样气进入所述汞分析仪内进行测量；
关闭所述第一样气三通阀至所述第一样气注射器的管路，开启所述第一样气三通阀至所述除尘过滤器的管路，开启所述第二样气三通阀至所述第二样气注射器的管路，关闭所述第二样气三通阀至所述除尘过滤器的管路，开启所述第三管路，关闭所述第四管路，所述第一样气截止阀开启，所述第二路向所述第二样气注射器内充气，所述第一样气注射器排气，所述第一样气注射器的样气和来自所述第一路的样气汇合吹扫所述汞分析仪内存留气体，至所述第一样气注射器内的样气剩余一半体积；
关闭所述第一样气截止阀，所述第二样气注射器继续充气，所述第一样气注射器保持体积不变，所述第一路的样气进入所述汞分析仪进行测量；
开启所述第一样气截止阀，关闭所述第三管路，开启所述第四管路，所述第二样气注射器继续充气，所述第一样气注射器继续排气，所述第一样气注射器的样气和来自所述第一路的样气汇合吹扫所述汞分析仪内存留气体，至所述第一样气注射器内的样气排尽；
关闭所述第一样气截止阀，所述第二样气注射器继续充气，所述第一样气注射器保持排尽状态，来自所述第一路的样气进入所述汞分析仪内进行测量。
2.根据权利要求1所述的用于小样气流量汞形态切换的测量方法，其特征在于，所述样气注射器的第一端还设置溢流口，所述样气注射器的另一端可滑动地连接推杆，所述注射器的推杆与直线驱动机构传动相连。
3.根据权利要求2所述的用于小样气流量汞形态切换的测量方法，其特征在于，还包括第一安全阀和第二安全阀，所述第一样气注射器的溢流口通过管路与所述第一安全阀相连，所述第二样气注射器的溢流口通过管路与所述第二安全阀相连。
4.根据权利要求1所述的用于小样气流量汞形态切换的测量方法，其特征在于，所述汞分析仪的另一侧与汞过滤器相连。
5.根据权利要求4所述的用于小样气流量汞形态切换的测量方法，其特征在于，所述汞过滤器的出口还设置真空泵和/或引流器。
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