一种高浓度气态汞发生器的制作方法

本申请涉及气态汞监测技术领域，尤其涉及一种高浓度气态汞发生器。

背景技术：

随着国家对污染物排放控制要求不断加严，燃煤电厂烟气污染物排放已经进入超净排放阶段，汞排放监测技术和汞排放控制技术研究与应用已经初具规模。2016年人大会议已经通过批准我国签署的《关于汞的水俣公约》生效，其中明确提出燃煤电厂、石化行业作为减少汞排放的目标。

在汞排放控制技术研究过程中，研究者需要建立燃煤电厂、石化行业汞产生、转化的模拟系统，以此作为技术试验平台，因此需要气态汞发生器尤其是高浓度气态汞发生器产生含有一定浓度的气态汞作为汞源，输入到模拟试验系统中。

如图1所示，是典型气态汞发生器系统结构，采用小型腔室6，把液态汞封装在内部，腔室包含进气口和出气口，腔室可放置在外部的恒温器5内部。进气口和出气口分别与气路1和气路2相连，气路中配备流量计实时计量流量值。该汞发生器根据一定温度下汞的气态平衡浓度计算得到含汞气体浓度，但因液态汞凝聚成一体，没有分散，气液接触面积有限等限制，只适合制作低浓度输出汞发生器，不满足高浓度输出的要求。

如图2所示，是另一种气态汞发生器的系统结构，采用气路1(稀释气)和气路2(汞源载气)混合，恒温水浴3、U形玻璃管4、汞渗透管7实现气态汞输出。温度流量计5和6分别用于计量两个气路的气体流量，玻璃珠8用于使含汞气体混合均匀并温度稳定。该种汞发生器装置多用于小型实验室装置，因汞渗透管的输出能力受限于渗透管外部的渗透膜，可输出的含汞气体流量有限。同时，汞渗透管外部的渗透膜容易脏污被堵住，对进气的洁净度要求较高。

综上，现有市场上的汞发生器普遍设计为低浓度(一般在1ug/m3-100ug/m3范围)输出方式，不适用于模拟试验平台的需求。因此，如何设计生产一种高浓度气态汞发生器，使其能够满足模拟试验平台的需求，已成为业界研究的主要课题。

技术实现要素：

本申请的一个目的是提供一种高浓度气态汞发生器，解决现有汞发生器因低浓度输出方式，无法满足模拟试验平台对高浓度气态汞需求的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种高浓度气态汞发生器，该汞发生器包括：

封装液态汞的汞源容器，该汞源容器内设置至少一层隔离装置，所述隔离装置上留有气体通孔；

容置汞源容器的温控装置；

连通汞源容器的小流量载气管路；

小流量载气携带汞蒸气与大流量稀释气管路连通。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述隔离装置为带凹孔的玻璃板。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述温控装置包括温控加热炉以及支撑温控加热炉的支架。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述温控加热炉内设有风扇，具体用于使温控加热炉内部的气流分布均匀。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述温控加热炉内还设有温度传感器和温度控制器，分别用于监测加热炉内温度和调节控制加热炉内温度，所述温度传感器和温度控制器连接。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述小流量载气管路通过流量控制箱与汞源容器连通，所述大流量稀释气管路通过流量控制箱与汞源容器的输出端连通。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内包括：分别与小流量载气管路和大流量稀释气管路连通的载气质量流量计和稀释气质量流量计。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内还包括：连通载气质量流量计和汞源容器的第一单向阀，以及连通稀释气质量流量计和汞源容器输出端的第二单向阀。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：与汞源容器输出端连通的模拟气体管路，所述模拟气体管路通过流量控制箱与汞源容器的输出端连通。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内包括：与模拟气体管路连通的稀释气浮子流量计。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内还包括：连通稀释气浮子流量计和汞源容器输出端的第三单向阀。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：置于小流量载气管路与汞源容器之间的预热盘管，具体用于为小流量载气增加预热，使其受热均匀。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述预热盘管置于温控装置内。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：与汞源容器输出端连通的后端反应系统，用于小流量载气携带汞蒸气与大流量稀释气混合后的含汞气体参与反应。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：泄压阀和尾气净化器，具体用于当输送到后端反应系统的含汞气体气路发生堵塞时，气体压力超过设定气压，泄压阀即自动打开，使含汞气体经过尾气净化器净化后排放。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述汞源容器采用石英玻璃容器。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述小流量载气和大流量稀释气的气源采用氮气N₂或者压缩空气。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述小流量载气的流量范围为10ml/min-100ml/min，大流量稀释气的流量范围为2L/min-30L/min。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述温控装置内温度范围为30-200℃。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：温控加热炉支架。

与现有技术相比，本申请提供的高浓度气态汞发生器，包括封装液态汞的汞源容器，该汞源容器内设置至少一层隔离装置，所述隔离装置上留有气体通孔。所述隔离装置为带凹孔的玻璃板。本申请将液态汞分散在凹孔内，增大了载气与液态汞的接触面积，载气在汞源容器中流动，可携带出高浓度的气态汞。本申请采用小流量载气和大流量稀释气组成的双气路混合得到所需高浓度的含汞气体，小流量气体流经汞源，可以保证汞源内部的气液平衡，产生饱和汞蒸气，而大流量稀释气可以满足用户大流量范围内的用气需求。本申请利用两个气路的流量配比调节和温度控制即可产生所需的高浓度含汞气体。本申请提供的高浓度气态汞发生器可以满足燃煤发电行业、石化行业大型汞排放控制平台对于高浓度气态汞输出的需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出现有技术中典型气态汞发生器的系统结构示意图；

图2示出现有技术中另一种气态汞发生器的系统结构示意图；

图3示出根据本申请一个方面的高浓度气态汞发生器原理图；

图4示出根据本申请一个方面的高浓度气态汞发生器中汞源容器的主视图；

图5示出根据本申请一个方面的高浓度气态汞发生器中汞源容器的俯视图；

附图标记：

1温控加热炉，2温度传感器，3风扇，4温度控制器，5汞源容器，6预热盘管，7尾气净化器，8流量控制箱，9稀释气浮子流量计，10稀释气质量流量计，11载气质量流量计，12模拟气体管路，13大流量稀释气管路，14小流量载气管路，15第一单向阀，16第二单向阀，17第三单向阀，18泄压阀，19加热炉支架，20后端反应系统；

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图对本申请作进一步详细描述。

本申请可应用于高浓度气态汞输出的试验平台，尤其是燃煤发电行业和石化行业汞排放控制技术研究项目。

根据本申请的一个方面，提供一种高浓度气态汞发生器，该汞发生器包括：封装液态汞的汞源容器，该汞源容器内设置至少一层隔离装置，所述隔离装置上留有气体通孔。

进一步的，上述隔离装置为带凹孔的玻璃板，使得汞源容器内部液态汞较为分散，能够产生稳定浓度的含汞气体。

本申请汞源容器内部设计为包括至少一层隔离装置，且该隔离装置上上还留有气体通孔，以便载气在容器中流动，本申请将液态汞分散在凹孔内，增大了载气与液态汞的接触面积，载气在汞源容器中流动，可携带出高浓度的气态汞。

进一步的，上述汞源容器采用石英玻璃容器。由于石英玻璃属酸性材料，除氢氟酸和热磷酸外，对其它任何酸均表现为惰性，本申请将液态汞储存在惰性的容器中，在常温下液态汞对石英玻璃的腐蚀程度是极微的。

本申请提供的一种高浓度气态汞发生器，该汞发生器还包括：

容置汞源容器的温控装置。所述温控装置包括温控加热炉以及支撑温控加热炉的支架。本申请温控加热炉主要用于控制汞源温度。

本申请提供的一种高浓度气态汞发生器，该汞发生器还包括：

连通汞源容器的小流量载气管路；小流量载气携带汞蒸气与大流量稀释气管路连通。

本申请采用小流量载气和大流量稀释气组成的双气路混合得到所需高浓度的含汞气体，小流量气体流经汞源，可以保证汞源内部的气液平衡，产生饱和汞蒸气，而大流量稀释气可以满足用户大流量范围内的用气需求。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述温控加热炉内设有风扇，具体用于使温控加热炉内部的气流分布均匀。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述温控加热炉内还设有温度传感器和温度控制器，分别用于监测加热炉内温度和调节控制加热炉内温度。所述温度传感器和温度控制器连接。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述小流量载气管路通过流量控制箱与汞源容器连通。所述大流量稀释气管路通过流量控制箱与汞源容器的输出端连通。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内包括：分别与小流量载气管路和大流量稀释气管路连通的载气质量流量计和稀释气质量流量计。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内还包括：连通载气质量流量计和汞源容器的第一单向阀，以及连通稀释气质量流量计和汞源容器输出端的第二单向阀。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：与汞源容器输出端连通的模拟气体管路，所述模拟气体管路通过流量控制箱与汞源容器的输出端连通。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内还包括：与模拟气体管路连通的稀释气浮子流量计。

本申请当采用复杂成分的模拟气体(如含有SO₂，NOx，HCl等多种混合气体)作为稀释气时，则应采用模拟气体管路和小流量载气管路同时工作产生含汞气体。

本申请与模拟气体管路连通的稀释气流量计采用稀释气浮子流量计，以免质量流量计计量复杂气体时产生不可估计的误差。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述流量控制箱内还包括：连通稀释气浮子流量计和汞源容器输出端的第三单向阀。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：置于小流量载气管路与汞源容器之间的预热盘管，具体用于为小流量载气增加预热，使其受热均匀。所述预热盘管置于温控装置内。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：与汞源容器输出端连通的后端反应系统，用于小流量载气携带汞蒸气与大流量稀释气混合后的含汞气体参与反应。

本申请小流量载气把汞源容器内的饱和汞蒸气携带出来，和大流量稀释气混合后作为含汞气体输送到后端反应系统，参与反应。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，还包括：泄压阀和尾气净化器，具体用于当输送到后端反应系统的含汞气体气路发生堵塞时，气体压力超过设定气压，泄压阀即自动打开，使含汞气体经过尾气净化器净化后排放。

本申请系统配备尾气净化器，当输送到后端反应系统的含汞气体气路发生堵塞等情况时，气体压力超过大气压10psi，泄压阀自动打开，使含汞气体经过净化后排放，保证系统安全运行。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述小流量载气和大流量稀释气的气源采用氮气N₂或者净化的压缩空气。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述小流量载气的流量范围为10ml/min-100ml/min，大流量稀释气的流量范围为2L/min-30L/min。

进一步的，上述高浓度气态汞发生器中，所述温控装置内温度范围为30-200℃。

本申请采用小流量(流量10ml/min-100ml/min)载气和大流量(2L/min-30L/min)稀释气组成的双气路混合得到所需高浓度的含汞气体。本申请利用两个气路的流量配比调节和温度控制(温度范围30-200℃)即可产生所需的高浓度含汞气体(100ug/m³-20000ug/m³)。

如图3所示，为本发明提供的一种高浓度气态汞发生器的具体实施例。该实施例中，所述高浓度气态汞发生器包括：温控加热炉1、温度传感器2、风扇3、温度控制器4、汞源容器5、预热盘管6、尾气净化器7、流量控制箱8、稀释气浮子流量计9、稀释气质量流量计10和载气质量流量计11、模拟气体管路12、大流量稀释气管路13和小流量载气管路14、第一单向阀15、第二单向阀16以及第三单向阀17、泄压阀18、加热炉支架19、后端反应系统20。

本申请实施例中，所述温控加热炉1用于控制汞源温度，所述温度传感器2和温度控制器4，具体用于监测并调整温控加热炉内温度。所述风扇3，用于使温控加热炉腔室内部的气流分布均匀。

如图4至图5所示，本申请实施例汞源容器5采用石英玻璃作为容器，容器内部设计为多层带凹孔51的玻璃板52(图示为三层)，除容器底部这一层，其它层还需留出气体通孔53，以便载气在容器中流动。

与现有技术相比，本申请实施例汞源容器内部液态汞较为分散，能够产生稳定浓度的含汞气体，增大与载气的接触面积，以制作出适合高浓度输出的汞发生器。

本申请实施中，小流量载气通过小流量载气管路14，经过载气质量流量计11和第一单向阀15后进入温控加热炉1，经过预热盘管6受热均匀、温度稳定后进入汞源容器5，把汞源容器内的饱和汞蒸气携带出来，和大流量稀释气管路13的大流量稀释气混合后作为含汞气体输送到后端反应系统20，参与反应。

优选的，本申请小流量载气通过预热盘管预热，受热均匀，温度稳定。

可选的，本申请实施例小流量载气和大流量稀释气的气源采用氮气N₂或者净化的压缩空气，此时大流量稀释气管路13和小流量载气管路14同时工作产生含汞气体。

可选的，当采用复杂成分的模拟气体(如含有SO2，NOx，HCl等多种混合气体)做为稀释气时，则应采用模拟气体管路12和小流量载气管路14同时工作产生含汞气体，并通过稀释气浮子流量计9计量稀释气流量，以免质量流量计计量复杂气体时产生不可估计的误差。

进一步地，上述实施例中，还配备有尾气净化器7，当输送到后端反应系统20的含汞气体气路发生堵塞等情况时，气体压力超过大气压10psi，泄压阀18自动打开，使含汞气体经过净化后排放，保证系统安全运行。

进一步地，上述实施例中，所述流量控制箱8内包括：稀释气浮子流量计9、稀释气质量流量计10和载气质量流量计11、模拟气体管路12、大流量稀释气管路13和小流量载气管路14、第一单向阀15、第二单向阀16以及第三单向阀17。

进一步地，上述实施例中，所述小流量载气的流量范围为10ml/min-100ml/min，大流量稀释气的流量范围为2L/min-30L/min。所述温控装置内温度范围为30-200℃。本申请实施例利用两个气路的流量配比调节和温度控制即可产生所需的高浓度含汞气体(100ug/m³-20000ug/m³)。

本申请采用小流量(10ml/min-100ml/min)载气和大流量(2L/min-30L/min)稀释气组成的双气路混合得到所需高浓度的含汞气体。小流量气体流经汞源，可以保证汞源内部的气液平衡，产生饱和汞蒸气。而大流量稀释气可以满足用户大流量范围内的用气需求。

优选的，本申请高浓度气态汞发生器可放置在通风柜中，以防止含汞气体意外泄露对操作人员产生吸入危害。

综上，本申请提供的高浓度气态汞发生器可以满足燃煤发电行业、石化行业大型汞排放控制平台对于高浓度气态汞输出的需求，同时汞源容器内部液态汞较为分散，能够产生稳定浓度的含汞气体。汞源容器中的汞消耗之后，可以通过注射器将液态汞注入汞源容器，可以长期使用。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。