CN204807362U - 一种总气态汞烟气采样系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种总气态汞烟气采样系统，包括通过伴热导管连接的采样枪和采样主机，采样枪包括采样枪体以及设置在采样枪体头部的温度传感器，采样枪体内有两路气流通道，每路气流通道包括鹰钩型不锈钢管、吸附管、伴热层、紧锁螺母；采样主机包括MCU以及两路采样通道，其中，每路采样通道包括依次连接的除酸装置、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、电子质量流量计组，MCU分别与每路采样通道中的冷凝器、采样泵、湿度传感器、采样泵、电子质量流量计组以及温度传感器、每路气流通道中的伴热层连接。本实用新型是一种能够精确采样，能有效保护采样设备以及能够精确调节控制气体流量的双路总气态汞烟气采样系统。

Description

一种总气态汞烟气采样系统

技术领域

本实用新型涉及一种总气态汞烟气采样系统，属于环境监测领域。

背景技术

汞是一种剧毒污染物，作为国家重点控制的重金属之一，其主要排放来源于化石燃料的燃烧，尤其是煤炭的燃烧。据统计，煤电厂的汞排放量占到大气汞排放总量的1/3。我国作为世界上最大的发展中国家，由于对化石燃料的依赖占有较大比重，就造成了经济在快速发展的同时，环境问题也日益凸显。在“十二五”伊始，环保部门颁布了相关法令对汞及其化合物的排放量限值。为达到对汞烟气排放的控制，就必须对汞烟气进行准确采样分析,根据不同的浓度选择适当的治理措施。

本实用新型根据美国EPA30B相关方法并进行适当改进，在保证采样精度的同时，简化了现场采样的操作步骤，提高了操作人员的效率。EPA30B方法是从烟道或管道抽取已知体积的待检测烟气，以适当的流量通过插入烟道或管道吸附管，将富集在吸附管上的汞与采样体积作为排放气体汞浓度计算参数的方法。

现有的汞烟气采样设备大都是基于EPA30B方法设备，而这些采样设备或多或少都存在以下几个问题或不足：

1.吸附管的安全问题：为了达到最好的吸附效果，就要将吸附管安装在采样枪的最前端，直接插入烟道中采样，但吸附管一般采用玻璃材质制成，在插入烟道中容易碰碎从而使采样失败；如若将吸附管安装在采样枪后部，烟气中就会有少量的汞残留在采样枪管壁上，造成采样损失；

2.采样系统的温度控制问题：一般来说，采样烟气的温度较高且湿度较大，在进入采样枪后，容易在采样枪管壁凝结成水而堵塞管路。其次，吸附管内的吸附剂只有在适当的温度下，才能对汞充分吸附。最后，在烟气流出采样枪后，还要对烟气冷凝除水，就需要检测和控制冷凝器的温度；

3.流量的控制：流量的精确计量直接关系到汞浓度计算误差大小，一般的方法如申请专利号为201120558878.9是采用比例调节阀来控制流量的大小而且在采样过程中采样泵一直处于恒定工作中，比例调节阀只有几个固定的开度。如若开度变小，则抽取的烟气达不到设定值，是最终计算出的烟气体积有误；若开度变大，则会超过设定值，就会造成采样泵前后气压不一致，容易损坏采样泵。同时，也存在调节开度上限，一旦超出调节上限，比例调节阀的调节作用就失效了，从而使得到的气体体积有误。

实用新型内容

针对上述问题或不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够精确采样，能有效保护采样设备以及能够精确调节控制气体流量的双路总气态汞烟气采样系统。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本实用新型提供一种总气态汞烟气采样系统，包括通过伴热导管连接的采样枪和采样主机，其中：采样枪包括采样枪体以及设置在采样枪体头部的温度传感器，其中，采样枪体内有两路气流通道，每路气流通道包括鹰钩型不锈钢管、吸附管、伴热层、紧锁螺母，伴热层包裹在吸附管上，吸附管通过紧锁螺母与鹰钩型不锈钢管紧密连接，吸附管的一端伸入鹰钩型不锈钢管内；采样主机包括MCU以及两路采样通道，其中，每路采样通道包括依次连接的除酸装置、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、电子质量流量计组，每个湿度测量腔中设置有一个湿度传感器，每个除酸装置分别通过伴热导管与一路气流通道中的吸附管连接；

MCU分别与每路采样通道中的冷凝器、湿度传感器、采样泵、电子质量流量计组以及温度传感器、每路气流通道中的伴热层连接。

作为本实用新型的进一步优化方案，鹰钩型不锈钢管内设置有卡子，用于固定伸入鹰钩型不锈钢管内的吸附管。

作为本实用新型的进一步优化方案，温度传感器为PT100三线制。

作为本实用新型的进一步优化方案，每个冷凝器还分别连接一个蠕动泵。

作为本实用新型的进一步优化方案，每路采样通道还分别包括一个设置在通道内、与MCU相连的压力传感器。

作为本实用新型的进一步优化方案，该系统还包括与MCU相连的触摸屏。

作为本实用新型的进一步优化方案，该系统还包括与MCU相连的打印机。

作为本实用新型的进一步优化方案，MCU通过继电器与采样泵相连。

作为本实用新型的进一步优化方案，除酸装置通过伴热导管与冷凝器连接。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1）本实用新型将吸附管置于鹰钩型不锈钢管腔内，既能保护吸附管因碰壁而可能导致的破碎，又能减少汞在未进入吸附管之前的损失，同时，鹰钩型管的烟气入口背向烟气流的方向，能有效的避免颗粒物的进入采样枪；

2）本实用新型中MCU通过温度传感器获得准确的烟道烟气温度后，控制吸附管上的伴热层的温度，使吸附剂的吸附效果最佳；

3）本实用新型采用伴热导管，使烟气在进入冷凝器之前，保持一定的温度，从而使烟气中水蒸气不至于凝结成水而堵塞管路；

4）本实用新型中通过MCU对冷凝器温度进行控制，保持冷凝器内温度，使烟气中水蒸气凝结成水，排出系统外；

5）本实用新型中将除酸装置置于冷凝器之前，使保持一定的温度烟气与高效除酸剂充分反应而有效去除SO2等酸性气体，保护采样设备，延长采样系统的实用寿命；

6）本实用新型通过MCU控制采样泵的电机转速，使气体流量能够快速稳定达到设定值，能够有效避免使用比例调节阀带来的问题与不便；

7）本实用新型采用双路通道，将两路采样数据进行对比，避免采样误差，提高采样可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

其中：1-鹰钩型不锈钢管；2-卡子；3-紧锁螺母；4-伴热层；5-吸附管；6-温度传感器；7-采样枪体；8-伴热导管；9-除酸装置；10-冷凝器；11-蠕动泵；12-干燥管；13-湿度测量腔；14-湿度传感器；15-压力传感器；16-采样泵；17-电子质量流量计组。

图2是本实用新型的硬件电路框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

本实用新型一种总气态汞烟气采样系统，如图1所示，包括通过伴热导管连接的采样枪和采样主机。采样枪包括采样枪体以及设置在采样枪体头部的温度传感器，其中，采样枪体内有两路气流通道，每路气流通道包括鹰钩型不锈钢管、吸附管、伴热层、紧锁螺母，伴热层包裹在吸附管上，吸附管通过紧锁螺母与鹰钩型不锈钢管紧密连接，吸附管的一端伸入鹰钩型不锈钢管内。采样枪体头部的温度传感器用于检测烟道中烟气的实时温度，可以选用PT100三线制温度传感器；鹰钩型不锈钢管内还设置有卡子，用于固定伸入鹰钩型不锈钢管内的吸附管。

采样主机包括MCU以及两路采样通道，两路采样通道，彼此独立工作，互不干扰，通过对两路采样得到的数据的对比，避免采样误差，提高采样可靠性。若两路所得数据相差不大，则此次的采样数据可取，否则，采样数据不可取，需重新采样。其中，每路采样通道包括依次连接的除酸装置、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、电子质量流量计组，每个湿度测量腔中设置有一个湿度传感器，每个除酸装置分别通过伴热导管与一路气流通道中的吸附管连接；如图2所示，MCU分别与每路采样通道中的冷凝器、采样泵、湿度传感器、采样泵、电子质量流量计组以及温度传感器、每路气流通道中的伴热层连接。

进一步，每个冷凝器还分别连接一个蠕动泵，冷凝器将烟气中的水蒸气冷凝成水后，经过蠕动泵排出系统之外，保持管道内干燥，避免影响系统采样的精确性。每路采样通道还分别包括一个设置在通道内、与MCU相连的压力传感器，用于检测系统的气密性。

进一步，该系统还包括与MCU相连的触摸屏，用于人机交互，使用者可以通过触摸屏设置初始参数（包括采样气体流量大小、采样时间、冷凝器的温度等），还可以在MCU的控制下显示检测结果（如压力传感器检测的气压信息、温度传感器检测到的烟道中烟气的实时温度。该系统还包括与MCU相连的打印机。

在使用本实用新型的系统进行采样之前，首先进行系统的气密性检测，打开电源开关，堵住采样枪两路气流通道的进气口，进行气密性检测，采样泵开始工作，压力传感器将检测到的系统管道中实时气压信息传给MCU，当检测到的系统的气压小于-50PKa时，认为系统的气密性差，不适合用于测量，需要更换另一套系统；反之，则认为系统的气密性良好。然后，设置采样气体流量大小（0.5L/min-3.3L/min）、设置采样时间（20min–40min）以及设置冷凝器的温度。

在使用本实用新型的系统进行采样时，首先，将采样枪部分伸入烟道中（将鹰钩型管的烟气入口背向烟气流的方向，以避免颗粒物的进入采样枪），此时温度传感器检测烟道中烟气的实时温度T0，并传递给MCU，MCU将接收到的实时温度值T0传递至触摸屏进行显示，当实时温度T0稳定后，MCU根据此稳定值向吸附管上的伴热层发送指令，使伴热层中的加热丝通电工作，伴热层中自带微型的温度传感器也将加热的实时温度T1反馈给MCU，在MCU的控制下使T1和T0保持平衡，以达到吸附管内的吸附剂高效地对流过的烟气中汞的吸收，同时，也能避免烟气中水蒸气遇冷凝结成水堵塞管路。通常来说，吸附管足够的细长，能够使吸附剂充分与烟气接触并吸收，所以出吸附管后的烟气中的汞可认为被除尽。

当吸附管温度达到烟道中烟气温度即T1=T0时，MCU控制继电器闭合，采样泵上电开始工作。烟气经伴热导管经过除酸装置有效除去酸性气体后，再经过伴热导管流入冷凝器中，充分冷凝，使烟气中的水蒸汽在冷凝器中被冷凝成水，并通过蠕动泵排出系统外。冷凝器中还设置有一个温度传感器，将实时测量的冷凝器中的温度并反馈给MCU，MCU根据接收到的冷凝器中的温度，输出一定占空比的控制信号，使冷凝器工作与停止，准确控制冷凝器的温度，使其与设定温度保持平衡。经过冷凝器后的烟气又经过U型干燥管，进一步除去烟气中残留的水分。之后，烟气经过湿度测量腔，湿度传感器准确的测量烟气的湿度并传给MCU，当湿度小于6000PPM时，认为U型干燥管中干燥剂已经失效，需更换干燥剂。最后，以绝对干燥的烟气通过采样泵和电子质量流量计组直至排空。

采样泵上电工作后，MCU根据电子质量流量计组反馈的采样系统实时的气体流量再结合设定值，输出一定占空比的PWM波调节采样泵的电机转速，以改变抽气流量。由于改变电机转速而导致的采样泵的抽气流量不能立即被电子质量流量计组反馈到MCU,所以此两者是时滞关系，为此，MCU实时监控流量信号，使得流量能够快速稳定在设定值。

到了设定的采样时间后，采样泵停止工作，电子质量流量计组停止，采样停止。MCU根据公式V=Qt，其中V为采样烟气体积，Q为采样流量，t为采样时间，算出采样烟气体积并显示，同时把采样设置的时间信息、流量信息、最后算出的气体体积以及一些状态信息打上日期时间标签后按一定的格式存储到SD卡中，也可以打印出来粘贴到吸附管上，为计算出汞浓度做好准备。

以上所述，仅为本实用新型中的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本实用新型的包含范围之内，因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，包括通过伴热导管连接的采样枪和采样主机，其中：

采样枪包括采样枪体以及设置在采样枪体头部的温度传感器，其中，采样枪体内有两路气流通道，每路气流通道包括鹰钩型不锈钢管、吸附管、伴热层、紧锁螺母，伴热层包裹在吸附管上，吸附管通过紧锁螺母与鹰钩型不锈钢管紧密连接，吸附管的一端伸入鹰钩型不锈钢管内；

采样主机包括MCU以及两路采样通道，其中，每路采样通道包括依次连接的除酸装置、冷凝器、干燥管、湿度测量腔、采样泵、电子质量流量计组，每个湿度测量腔中设置有一个湿度传感器，每个除酸装置分别通过伴热导管与一路气流通道中的吸附管连接；

MCU分别与每路采样通道中的冷凝器、湿度传感器、采样泵、电子质量流量计组以及温度传感器、每路气流通道中的伴热层连接。

2.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，鹰钩型不锈钢管内设置有卡子，用于固定伸入鹰钩型不锈钢管内的吸附管。

3.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，温度传感器为PT100三线制。

4.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，每个冷凝器还分别连接一个蠕动泵。

5.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，每路采样通道还分别包括一个设置在通道内、与MCU相连的压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，该系统还包括与MCU相连的触摸屏。

7.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，该系统还包括与MCU相连的打印机。

8.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，MCU通过继电器与采样泵相连。

9.根据权利要求1所述的一种总气态汞烟气采样系统，其特征在于，除酸装置通过伴热导管与冷凝器连接。