一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置及方法
【专利摘要】本发明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，该装置包括气体采样器10、带式活性过滤膜80、滤膜传送单元30、XRF检测器40、无线通信单元90及控制单元；整个装置结构简单、巧妙，容易推广；该检测方法利用X-射线荧光能谱法对烟道气体中的有害元素进行定性和定量分析，避免了化学方法测试的繁冗，提高了工作效率，同时测试精度达到ppm级别；带式活性过滤膜的设计提供了一种解决样品采集与检测器之间传送难题的简单方法；通过设计带式活性过滤膜的材料可实现多种状态重金属的富集和检测；检测及时，且效率高。
【专利说明】一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置及方法。
【背景技术】
[0002]有色金属火法冶炼过程(包括干燥、烧结、焙烧、熔炼、吹炼、烟化、挥发、熔铸等)，产生大量烟气，随烟气排出的重金属元素，在大气中长时间停留，会转化为毒性很大的化合物，进而危害人类健康和生态环境，因此对烟气中的重金属污染进行监测具有重要意义。传统的重金属富集的气体中颗粒物的检测，通常采用的是原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱，紫外-可见分光光度法等，这些方法均需要对气体中颗粒物富集滤膜进行消解等复杂的前处理，而且除原子发射光谱外其他方法一般只能测试一种元素。而且只考虑呈固态颗粒态的重金属的富集与检测。这些传统的方法不能实现在线实时监测，只能够得到一段时间的平均值，且没有考虑气态重金属的检测，不能及时观测到污染情况，很难监测实际运行状况，而且取样和分析的耗时很长。因此，实现烟气多种重金属元素的在线测量是非常有必要的。美国能源部和环保局已经把发展连续排放监测技术作为控制生产工厂烟气排放的先决条件。
[0003]X射线荧光光谱是一种原位、无损的检测方式，经过标准样品标定后可以一次测量气体中的多种重金属元素。目前X射线荧光光谱检测技术(XRF)已经实现了小型化、便携化，在数据传输与数据处理方面都具有较大的改造和提升空间。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置及方法，其目的在于克服现有技术中现有化学检测方法工序复杂且耗时长，不能及时观测到污染情况，很难监测实际运行状况的问题。
[0005]一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置，包括气体采样器10、带式活性过滤膜80、滤膜传送单元30、XRF检测器40、无线通信单元90及控制单元；
[0006]所述气体采样器上设有采样腔20，采样腔分为进气腔21和出气腔22，进气腔上方设有进气口 23，所述进气口与所述气体采样器的采样管道相连，出气腔下方设有出气口24，所述出气口与抽气泵相连，所述带式活性过滤膜位于进气腔和出气腔之间；所述进气腔和出气腔对接，中间留有让带式活性过滤膜穿过的缝隙25 ；
[0007]所述滤膜传送单元至少包括两个轮盘，分别为主动轮盘和从动轮盘，所述带式活性过滤膜的一端缠绕于从动轮盘上，所述带式活性过滤膜的另一端缠绕于主动轮盘上；所述主动轮盘和从动轮盘同方向同步转动带动带式活性过滤膜依次经过采样腔和XRF检测器，并使得带式过滤膜由从动轮盘向主动轮盘缠绕；
[0008]所述气体采样器中的抽气泵、XRF检测器的检测开关以及用于驱动主动轮盘的电机均与控制单元相连；
[0009]所述XRF检测器40通过无线通信单元90与远程终端进行数据通信。[0010]所述气体采样器的采样腔下方设有喷码单元60，所述喷码单元受控于控制单元。
[0011]所述带式活性过滤膜上全部涂有活性材料或滤膜等间隔区域上涂有活性材料，涂有活性材料的相邻滤膜区域之间的间隔距离为XRF检测器与所述采样腔之间的间距。
[0012]滤膜等间隔区域上涂有活性材料是指带式活性过滤膜上一段涂有活性材料，一段没有涂活性材料，没有涂活性材料的带式活性过滤膜长度为XRF检测器与所述采样腔之间的间距。
[0013]所述活性材料层为有机高分子膜、玻璃纤维膜、石英膜中以及金属有机骨架材料膜的一种或多种。
[0014]在所述滤膜传送单元上还设有多个用于固定带式活性过滤膜的转轮。
[0015]在所述气体采样器的采样管道上设有加热单元并设有温度传感器用于检测采样管道内烟气温度，所述加热单元受控于控制单元。
[0016]一种烟道气体中重金属含量的在线检测方法，采用所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，气体采样器收集烟道中的气体，利用气体采样器中的抽气泵工作，使得烟气穿过带式活性滤膜，烟气中的重金属颗粒以及重金属烟气被吸附和富集在带式活性滤膜上；当XRF检测器检测到含有重金属元素的带式活性滤膜经过时，控制单元发出控制指令停止电机工作，使得滤膜传送单元停止传送，XRF检测器开始对带式活性滤膜上的重金属进行检测和分析，通过无线通信单元将XRF检测器获得的分析结果传输至远程终端。
[0017]所述烟气中的重金属颗粒以及重金属烟气被吸附和富集在带式活性滤膜上的同时，所述喷码单元对带式活性滤膜进行喷码，所述喷码信息包括喷码时间与采样时长。
[0018]所述气体采样器中的抽气泵每次的工作时间与所述XRF检测器的检测与分析时间相同；
[0019]即抽气泵与XRF检测器为同步开始工作，当抽气泵停止工作时，传送单元才开始传动，直到下次抽气泵与XRF检测器重新开始工作。
[0020]有益效果
[0021]与现有技术相比，本发明的优点如下:
[0022]利用X-射线荧光能谱法对烟道气体中的有害元素进行定性和定量分析，避免了化学方法测试的繁冗，提高了工作效率，同时测试精度达到ppm级别；带式活性过滤膜的设计提供了一种解决样品采集与检测器之间传送难题的简单方法；通过设计带式活性过滤膜的材料可实现多种状态重金属的富集和检测；通过控制单元的控制，可满足无人值守、连续自动工作要求；通过设计无线传输，可以避免由于传输线路的损坏而无法将烟气检测结果传输出来的问题，提高了系统的可靠性；通过喷码打印装置，可以实现滤膜样品的时间标记，便于样品的保存、实验室复检，管理和时间比对。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的装置结构示意图；
[0024]图2为本发明中采样腔的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。[0026]如图1和图2所示，一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置，包括气体采样器
10、带式活性过滤膜80、滤膜传送单元30、XRF检测器40、无线通信单元90及控制单元；
[0027]所述气体采样器上设有采样腔20，采样腔分为进气腔21和出气腔22，进气腔上方设有进气口 23，所述进气口与所述气体采样器的采样管道相连，出气腔下方设有出气口24，所述出气口与抽气泵相连，所述带式活性过滤膜位于进气腔和出气腔之间；所述进气腔和出气腔对接，中间留有让带式活性过滤膜穿过的缝隙25 ；
[0028]所所述滤膜传送单元至少包括两个轮盘，分别为主动轮盘和从动轮盘，所述带式活性过滤膜的一端缠绕于从动轮盘上，所述带式活性过滤膜的另一端缠绕于主动轮盘上；所述主动轮盘和从动轮盘同方向同步转动带动带式活性过滤膜依次经过采样腔和XRF检测器，并使得带式过滤膜由从动轮盘向主动轮盘缠绕；
[0029]所述气体采样器中的抽气泵、XRF检测器的检测开关以及用于驱动主动轮盘的电机均与控制单元相连；
[0030]所述XRF检测器40通过无线通信单元90与远程终端进行数据通信。XRF的检测精度可达10_6-10_8，因此，本装置的测试精度可达到ppm级别。
[0031]所述气体采样器的采样腔下方设有喷码单元60，所述喷码单元受控于控制单元。
[0032]所述带式活性过滤膜上全部涂有活性材料或滤膜等间隔区域上涂有活性材料，涂有活性材料的相邻滤膜区域之间的间隔距离为XRF检测器与所述采样腔之间的间距。
[0033]滤膜等间隔区域上涂有活性材料是指带式活性过滤膜上一段涂有活性材料，一段没有涂活性材料，没有涂活性材料的带式活性过滤膜长度为XRF检测器与所述采样腔之间的间距。
[0034]所述活性材料层为有机高分子膜、玻璃纤维膜、石英膜中以及金属有机骨架材料膜的一种或多种。
[0035]在所述滤膜传送单元上还设有多个用于固定带式活性过滤膜的转轮。
[0036]在所述气体采样器的采样管道上设有加热单元并设有温度传感器用于检测采样管道内烟气温度，所述加热单元受控于控制单元。
[0037]—种烟道气体中重金属含量的在线检测方法，采用所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，气体采样器收集烟道中的气体，利用气体采样器中的抽气泵工作，使得烟气穿过带式活性滤膜，烟气中的重金属颗粒以及重金属烟气被吸附和富集在带式活性滤膜上；当XRF检测器检测到含有重金属元素的带式活性滤膜经过时，控制单元发出控制指令停止电机工作，使得滤膜传送单元停止传送，XRF检测器开始对带式活性滤膜上的重金属进行检测和分析，通过无线通信单元将XRF检测器获得的分析结果传输至远程终端。
[0038]所述烟气中的重金属颗粒以及重金属烟气被吸附和富集在带式活性滤膜上的同时，所述喷码单元对带式活性滤膜进行喷码，所述喷码信息包括喷码时间与采样时长。
[0039]所述气体采样器中的抽气泵每次的工作时间与所述XRF检测器的检测与分析时间相同。
[0040]即抽气泵与XRF检测器为同步开始工作，当抽气泵停止工作时，传送单元才开始传动，直到下次抽气泵与XRF检测器重新开始工作。
[0041]利用本装置对含重金属的气体进行分析测试，获得富集于滤膜中Cu，Zn，Pb的含量，，同时用常用的重金属分析方法ICP对富集重金属的样品进行检测，结果对比如表I所示。两者的检测结果相近，说明该装置可以对烟气重金属含量进行快速的分析检测。
[0042]表1含有重金属气体的测试结果表
[0043]
【权利要求】
1.一种烟道气体中重金属含量的在线检测装置，其特征在于，包括气体采样器(10)、带式活性过滤膜(80 )、滤膜传送单元(30 )、XRF检测器(40 )、无线通信单元90及控制单元； 所述气体采样器上设有采样腔(20 )，采样腔分为进气腔(21)和出气腔(22 )，进气腔上方设有进气口(23)，所述进气口与所述气体采样器的采样管道相连，出气腔下方设有出气口(24)，所述出气口与抽气泵相连，所述带式活性过滤膜位于进气腔和出气腔之间；所述进气腔和出气腔对接，中间留有让带式活性过滤膜穿过的缝隙(25)； 所述滤膜传送单元至少包括两个轮盘，分别为主动轮盘和从动轮盘，所述带式活性过滤膜的一端缠绕于从动轮盘上，所述带式活性过滤膜的另一端缠绕于主动轮盘上；所述主动轮盘和从动轮盘同方向同步转动带动带式活性过滤膜依次经过采样腔和XRF检测器，并使得带式过滤膜由从动轮盘向主动轮盘缠绕； 所述气体采样器中的抽气泵、XRF检测器的检测开关以及用于驱动主动轮盘的电机均与控制单元相连； 所述XRF检测器(40)通过无线通信单元(90)与远程终端进行数据通信。
2.根据权利要求1所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，其特征在于，所述气体采样器的采样腔下方设有喷码单元(60)，所述喷码单元受控于控制单元。
3.根据权利要求1或2所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，其特征在于，所述带式活性过滤膜上全部涂有活性材料或滤膜等间隔区域上涂有活性材料，涂有活性材料的相邻滤膜区域之间的间隔距离为XRF检测器与所述采样腔之间的间距。
4.根据权利要求3所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，其特征在于，所述活性材料层为有机高分子膜、玻璃纤维膜、石英膜中以及金属有机骨架材料膜的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，其特征在于，在所述滤膜传送单元上还设有多个用于固定带式活性过滤膜的转轮。
6.根据权利要求5所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，其特征在于，在所述气体采样器的采样管道上设有加热单元并设有温度传感器用于检测采样管道内烟气温度，所述加热单元受控于控制单元。
7.一种烟道气体中重金属含量的在线检测方法，其特征在于，采用权利要求3-6任一项所述的烟道气体中重金属含量的在线检测装置，气体采样器收集烟道中的气体，利用气体采样器中的抽气泵工作，使得烟气穿过带式活性滤膜，烟气中的重金属颗粒以及重金属烟气被吸附和富集在带式活性滤膜上；当XRF检测器检测到含有重金属元素的带式活性滤膜经过时，控制单元发出控制指令停止电机工作，使得滤膜传送单元停止传送，XRF检测器开始对带式活性滤膜上的重金属进行检测和分析，通过无线通信单元将XRF检测器获得的分析结果传输至远程终端。
8.根据权利要求7所述的烟道气体中重金属含量的在线检测方法，其特征在于，所述烟气中的重金属颗粒以及重金属烟气被吸附和富集在带式活性滤膜上的同时，所述喷码单元对带式活性滤膜进行喷码，所述喷码信息包括喷码时间与采样时长。
9.根据权利要求8所述的烟道气体中重金属含量的在线检测方法，其特征在于，所述气体采样器中的抽气泵每次的工作时间与所述XRF检测器的检测与分析时间相同。
【文档编号】G01N23/223GK103822934SQ201410056230
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】王旭明, 柴立元, 刘晋, 李劼, 刘业翔 申请人:中南大学