本发明涉及一种气体采样装置，属于环境监测领域，具体涉及一种用于固定污染源的颗粒汞和气态汞的等速采样装置及采样方法。
背景技术：
固定污染源的汞排放对环境造成巨大影响，直接威胁到人类的身体健康，人们迫切需要研究固定污染源汞排放污染物的浓度和组成。我国固定污染源的颗粒汞和气态汞采样设备主要依赖进口，目前国际上认可的采样方法主要有美国EPA的30B方法和美国的ASTM的安大略法，两种方法具有各自特点，同时存在一些不足之处。
1.EPA30B活性炭吸附采样法，仅用于采集气态汞，无法采集颗粒汞。
2.EPA30B活性炭吸附采样法，适用于采样低温环境，高温容易导致吸附的汞释放，造成采样误差。
3.EPA30B活性炭吸附采样法，吸附管置于采样枪顶端，在固定污染源含尘量高环境下，会造成吸附管堵塞，该法不能用于高尘环境采样。
4.安大略采样法属于湿法化学吸收，现场采样操作要求繁琐，玻璃器皿清洗复杂，引入误差可能性大。气密性要求高，漏气容易出现液体倒吸现象，导致采样失败。
5.安大略采样法化学吸收液消解过程繁琐，试剂不纯会影响低浓度汞(100ng/l)的检测，需要及时调整吸收液氧化还原性，否则容易导致吸收液中二价汞损失，影响采样代表性。
6.安大略采样法要求固定源中二氧化硫低于限值，二氧化硫含量高会导致吸收液中汞的价态变化，影响分析结果，导致采样失败。
技术实现要素：
基于上述现状，本发明设计了一种固定污染源颗粒汞和气态汞等速采样装置及采样方法，其采用二级除尘得到颗粒汞样品，同时避免了气态汞的吸附损失；颗粒汞和气态汞的采样过程保持高温，防止结露造成的汞吸附损失。根据本发明的固定污染源颗粒汞和气态汞采样装置的技术指标完全满足美国EPA30B质量保证和控制要求，提高了固定源汞采样的代表性，具有适用范围广、操作简便、采样效率高等优点。
本发明解决上述技术问题主要通过下属技术方案得到解决：
一种固定污染源的颗粒汞和气态汞的等速采样装置，包括依次连接的采样嘴、采样枪、旋风分离器、细颗粒过滤器、气态汞采样管、制冷器、干燥器、流量控制器、活性炭除汞器、真空泵和累积体积表，其中，所述采样枪包裹在镍铬网格线伴热套内，所述伴热套安装有温度探头；所述旋风分离器、细颗粒过滤器、气态汞采样管置于保温箱内；其中所述采样嘴和所述采样枪之间连接有皮托管，所述采样枪与所述旋风分离器相连接的一端还连接有测速仪，其中，所述测速仪根据皮托管压差计算采样嘴处烟气的流速。
优选地，发明其中所述采样枪包括石英采样杆，所述镍铬网格线伴热套包裹在所述石英采样杆外。
优选地，发明其中所述保温箱内安装有加热丝和温控探头，且所述保温箱外包裹有隔热材料。
优选地，发明其中所述旋风分离器下部连接灰斗，所述旋风分离器的出口与所述细颗粒过滤器相通，所述细颗粒过滤器内有滤膜，所述细颗粒过滤器出口连接两路所述气态汞采样管，所述气态汞采样管内置活性炭吸附采样管，其出口与所述制冷器相连。
优选地，发明其中所述制冷器包括制冷铝锭和与制冷铝锭相连的制冷片，所述制冷器的出口通过集液瓶与所述干燥器相连。
优选地，发明其中所述干燥器包括干燥筒和其内设置的吸湿剂。
优选地，发明其中所述流量控制器设置有位于进气通道上的温度测点、流速和流量调整阀。
优选地，发明其中所述真空泵为旋叶真空泵。
优选地，发明其中所述活性炭除汞器包括含有卤素改性活性炭的除汞管，所述除汞管的出口端与所述真空泵相通。
优选地，发明所述累计体积表包括光电检测器和皮膜流量计。
所述的固定污染源的颗粒汞和气态汞的等速采样装置的等速采样方法，其特征在于，
采样前，检查采样装置气密性，采样体积至少2nm3以上；镍铬网格线伴热套(4)加热使采样枪(3)恒温，控制采样枪(3)中的石英采样杆的温度在120℃以上，以防止烟气结露而堵塞；皮托管(2)向测速仪(16)反馈采样嘴(1)处的压差值，测速仪(16)再根据烟气参数计算烟气流速，调整两路采样的流量控制器(12)至设定流量，保证等速采样；控制保温箱的温度在120℃以上，防止结露堵塞管路；旋风分离器(6)、细颗粒过滤器(8)和气态汞采样管(9)是颗粒汞和气态汞的采样部件，烟气在旋风分离器(6)中分离出大部分颗粒，经过细颗粒过滤器(8)二级除尘，两部分颗粒物为采集的颗粒汞样品；烟气经过细颗粒过滤器(8)分为两路，各自连接至气态汞采样管(9)，采集气态汞；制冷器(10)通过自身冷却片，将流经的烟气冷却到30℃以下，根据流量控制器(12)的实时流量测量和时间积分求得实际采样体积，换算到标况干基状态下的烟气体积；累计体积表(15)对得到烟气体积进行核算校对；活性炭除汞器(13)内置卤素改性活性炭，吸附流经的气态汞，保护环境和人体健康。
和现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1.采样枪全程伴热，能够防止采样过程中二价汞的吸附损失；2.旋风分离器和细颗粒过滤器等速同步采集颗粒汞样品，二级除尘使得采样器能够适应高尘采样环境；3.保温箱保持高温可防止旋风分离器和细颗粒过滤器内汞形态的转化，保证气态汞的采样代表性；4.测速仪根据皮托管压差测得流速，流量控制器根据测速仪的流速调整流量，保证等速采样；5.流量控制器和累计体积表提高了采样体积的计量精度；6.活性炭除汞器用于防止烟气中的气态汞排入大气，污染环境和人体健康。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施方式的一种固定污染源的颗粒汞和气态汞的等速采样装置结构图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体说明。图1中，采样嘴1、皮托管2、采样枪3、镍铬网格线伴热套4、保温箱5、旋风分离器6、灰斗7、细颗粒过滤器8、气态汞采样管9、制冷器10、干燥器11、流量控制器12、活性炭除汞器13、真空泵14、累积体积表15、测速仪16。
在本发明中，如图1所示，等速采样装置的前端结构主要构成如下：采样嘴1、采样枪3、镍铬网格线伴热套4、皮托管2和测速仪16。采样嘴1和采样枪3之间采用特氟龙卡套连接和密封；伴热套4加热使采样枪3恒温，控制采样枪3中的石英采样杆的温度在120℃以上，以防止烟气结露而堵塞；皮托管2向测速仪16反馈采样嘴1处的压差值，测速仪16再根据烟气参数计算烟气流速，调整两路采样的流量控制器12至设定流量，保证等速采样。
采样枪3尾部连接旋风分离器6，旋风分离器6、灰斗7、细颗粒过滤器8和气态汞采样管9位于保温箱5内，保温箱5还内置加热丝，外置隔热材料，以控制保温箱的温度在120℃以上，防止结露堵塞管路。
旋风分离器6、细颗粒过滤器8和气态汞采样管9是颗粒汞和气态汞的采样部件，烟气在旋风分离器6中分离出大部分颗粒，经过细颗粒过滤器8二级除尘，两部分颗粒物为采集的颗粒汞样品；烟气经过细颗粒过滤器8分为两路，各自连接至气态汞采样管9，采集气态汞。
制冷器10通过自身冷却片，将流经的烟气冷却到30℃以下，根据流量控制器12的实时流量测量和时间积分求得实际采样体积，换算到标况干基状态下的烟气体积。累计体积表15对得到烟气体积进行核算校对。
活性炭除汞器13内置卤素改性活性炭，吸附流经的气态汞，保护环境和人体健康。
采样前，检查采样装置气密性，采样体积至少2nm3以上。
根据本发明的固定污染源的颗粒汞和气态汞的等速采样装置整机结构合理紧凑，首先全程伴热的烟气经过分离除尘，采集颗粒汞样品，烟气除尘后分两路进入气态汞采样管，随后烟气经过除湿通过流量控制器，再进入活性炭除汞器，经真空泵吸出后进入累计体积表。整个流程先除尘，防止颗粒物对气态汞的吸附，然后再进行气态汞样品的采集，有效防止采样过程中汞形态转化和汞损失，并且可同时采集到颗粒汞和气态汞。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多的使用了采样嘴1、皮托管2、采样枪3、伴热套4、保温箱5、旋风分离器6、灰斗7、细颗粒过滤器8、气态汞采样管9、制冷器10、干燥器11、流量控制器12、活性炭除汞器13、真空泵14、累积体积表15、测速仪16、颗粒汞、气态汞等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。