一种烟气中汞测试装置的制作方法

本实用新型涉及环境监测装置技术领域，尤其涉及一种烟气中汞测试装置。

背景技术：

汞由于其剧毒、高挥发性以及在生物链中具有积累性等特点，已经成为全球性循环污染元素，近年来受到国内外学者的极大关注。燃煤电厂排放汞可占到人为排放的70％，因此燃煤电厂汞污染排放控制成为当今环境保护的又一焦点。我国煤中汞的平均含量大约为0.22mg/Kg，远高于世界平均水平0.13mg/Kg，所以我国燃煤电厂汞污染控制面临更严峻的考验。

燃煤电厂排放的汞主要有零价汞和二价汞，现有技术中测试烟气中零价汞和二价汞的技术手段大多是借助设备仪器进行，如测汞仪，其原理大致都是利用各种方法将汞的不同形态进行转化，得到一种单一的汞形态，再利用原子荧光分光光度法、原子吸收冷蒸汽测试法等进行分析测定。例如，日本MV-50型测汞仪，是在燃烧管内受热分解形成零价汞蒸气，经过吸附和脱吸，用冷原子吸收进一步测试。

现有技术中的汞测试装置存在的问题是：测汞仪器虽然灵敏快捷，可准确得到烟气中气态单质汞、气态二价汞和颗粒态汞的含量，但其价格昂贵，目前只有大型科研院所采购，不适用于日常汞监测，而适用于日常监测的测试装置，一般仅能测试单一形态的汞；另一方面，现有技术中的原子吸收测汞仪大多是单光束，预热稳定时间较长，长时间使用稳定性不理想，使得测量结果不准确。

技术实现要素：

本实用新型的其中一个目的是提出一种烟气中汞测试装置，解决了现有技术中汞测试装置一般仅能测试单一形态汞以及测汞仪测量结果不准确的技术问题。本实用新型优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型的烟气中汞测试装置包括取样装置和与所述取样装置连通的检测装置，其中，

所述取样装置包括采样枪、伴热管道和采样主机，其中，所述采样枪固定于烟道壁上以用于采集烟道内的烟气，并且所述采样枪靠近所述烟道壁的一端设置有活性炭吸附管，所述采样主机用于控制并计量采样气体体积，并且在所述伴热管道和所述采样主机之间依次连接有多级吸收装置和干燥装置；

所述多级吸收装置包括依次连接的KCl溶液吸收瓶、HNO3-H2O2溶液吸收瓶、KMnO4-H2SO4溶液吸收瓶；所述干燥装置为硅胶吸收瓶；

所述检测装置为双光束原子吸收测汞仪，并且所述检测装置的样品进气口与所述取样装置的烟气出口连通，以使经所述取样装置取得的烟气经所述烟气出口进入所述检测装置检测。

根据一个优选实施方式，所述取样装置还包括冰浴箱，并且所述KCl溶液吸收瓶、所述HNO3-H2O2溶液吸收瓶、所述KMnO4-H2SO4溶液吸收瓶和所述硅胶吸收瓶放置于所述冰浴箱中。

根据一个优选实施方式，所述采样主机包括通过管道连通的采样泵、用于调节采样流量的流量调节阀和气体流量计量装置，其中，

所述采样泵的两端并联有真空度调节阀，

所述气体流量计量装置用于计量气体的体积。

根据一个优选实施方式，所述采样枪包括至少两根位于所述采样枪本体前端部采样管，所述活性炭吸附管位于所述采样管靠近所述烟道壁的端部，并且所述采样管与所述采样枪本体的连接处设置有用于密封的密封圈，其中，所述密封圈为铜质O型密封圈和/或聚四氟乙烯密封圈。

根据一个优选实施方式，所述采样枪的前端设置有保护套，所述保护套包括采样保护管和与所述采样保护管连接的螺母，所述螺母用于固定所述采样管。

根据一个优选实施方式，所述气体流量计量装置的入口处还设置有计前温度传感器。

根据一个优选实施方式，所述检测装置包括汞灯、准直镜、狭缝、样品吸收池、参比吸收池、聚焦透镜、滤光片和双通道检测器，其中，

所述汞灯用于发出包含汞特征谱线的光；

所述准直镜位于所述汞灯之后，所述准直镜将所述汞灯发出的光准直为平行光；

所述狭缝位于所述准直镜之后，所述狭缝将所述平行光分为两束平行光束；

所述样品吸收池和所述参比吸收池分别位于所述两束平行光束之后，所述样品吸收池的一端连接有进气口，另一端通过第一汞吸附管与所述参比吸收池的一端连接，所述参比吸收池的另一端通过真空泵连接出气口；

所述聚焦透镜位于所述样品吸收池和所述参比吸收池之后；

所述滤光片位于所述聚焦透镜之后；

所述双通道检测器位于所述滤光片之后，所述双通道检测器将检测到的光信号转变为电信号。

根据一个优选实施方式，所述进气口包括通过第二汞吸附管连接的校零进气口和样品进气口，并且所述校零进气口和所述样品进气口与三通电磁阀连接，以使所述样品吸收池通过所述三通电磁阀可选择的连接所述校零进气口或样品进气口。

根据一个优选实施方式，所述真空泵和所述出气口之间还设置有流量计。

根据一个优选实施方式，所述滤光片为只让254nm波长的光通过的窄带滤光片；所述双通道检测器为双通道硅光电二极管检测器。

本实用新型提供的烟气中汞测试装置至少具有如下有益技术效果：

本实用新型的烟气中汞测试装置在采样枪的端部设置活性炭吸附管，通过活性炭吸附管的吸附作用，可以增强采样枪对汞的捕获，并且本实用新型的烟气中汞测试装置通过设置多级吸收装置，可吸收烟气中各种形态的汞，具体的，KCl溶液吸收瓶可用于吸收二价态汞，HNO3-H2O2溶液吸收瓶、KMnO4-H2SO4溶液吸收瓶可用于吸收元素态汞、即零价汞，使得本实用新型的测试装置可检测多种形态的汞；另一方面，本实用新型的干燥装置可用于吸收烟气中的水分，避免水分对仪器造成的损毁以及引起的测量误差。本实用新型的检测装置为双光束原子吸收测汞仪，其可解决单光束原子吸收测汞仪存在的预热稳定时间较长，长时间使用稳定性不理想，使得测量结果不准确的技术问题。

此外，本实用新型优选技术方案还可以产生如下技术效果：

本实用新型优选技术方案设置冰浴箱，多级吸收装置和干燥装置放置于该冰浴箱中，可使多级吸收装置和干燥装置处于零摄氏度以下，较低的低温有利于烟气中汞的吸收以及水分的去除。

本实用新型优选技术方案，将采样管设置于采样枪的前部，能够直接接触所要采集的烟气，减少管路对汞的吸附影响。进一步的，在采样管与采样枪本体的连接处设置有用于密封的密封圈，可避免采样管采集的烟气从二者的连接处泄漏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是烟气中汞测试装置一个优选实施方式的模块示意图；

图2是采样装置一个优选实施方式的模块示意图；

图3是采样枪一个优选实施方式的前端局部放大示意图；

图4是多级吸收装置一个优选实施方式的结构示意图；

图5是检测装置一个优选实施方式的结构示意图。

图中10-取样装置；20-检测装置；101-保护套；102-烟道壁；103-采样管；104-采样枪；105-伴热管道；106-多级吸收装置；107-干燥装置；108-真空度调节阀；109-采样泵；110-计前温度传感器；111-转子流量计；112-流量调节阀；113-气体流量计量装置；114-烟气出口；115-采样主机；116-采样保护管；117-螺母；A-烟气进气口，B-系统排空口；1061-KCl溶液吸收瓶；1062-HNO3-H2O2溶液吸收瓶；1063-HNO3-H2O2溶液吸收瓶；1064-冰浴箱；201-汞灯；202-准直镜；203-狭缝；204-第一汞吸附管；205-样品吸收池；206-参比吸收池；207-第二汞吸附管；208-校零进气口；209-三通电磁阀；210-样品进气口；211-双通道检测器；212-聚焦透镜；213-滤光片；214-真空泵；215-流量计；216-出气口。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

下面结合附图1～5对本实用新型的烟气中汞测试装置进行详细描述。

如图1所示，烟气中汞测试装置包括取样装置10和与取样装置10连通的检测装置20。优选的，取样装置10包括采样枪104、伴热管道105和采样主机115。其中，采样枪104固定于烟道壁102上以用于采集烟道内的烟气，并且采样枪104靠近烟道壁102的一端设置有活性炭吸附管。采样主机115用于控制并计量采样气体体积。在伴热管道105和采样主机115之间依次连接有多级吸收装置106和干燥装置107。更优选的，多级吸收装置106包括依次连接的KCl溶液吸收瓶1061、HNO3-H2O2溶液吸收瓶1062、KMnO4-H2SO4溶液吸收瓶1063。干燥装置107为硅胶吸收瓶。优选的，检测装置20为双光束原子吸收测汞仪，并且检测装置20的样品进气口210与取样装置10的烟气出口114连通，以使经取样装置10取得的烟气经烟气出口114进入检测装置20检测。

本实用新型的烟气中汞测试装置在采样枪104的端部设置活性炭吸附管，通过活性炭吸附管的吸附作用，可以增强采样枪104对汞的捕获，并且本实用新型的烟气中汞测试装置通过设置多级吸收装置106，可吸收烟气中各种形态的汞，具体的，KCl溶液吸收瓶1061可用于吸收二价态汞，HNO3-H2O2溶液吸收瓶1062、KMnO4-H2SO4溶液吸收瓶1063可用于吸收元素态汞、即零价汞，使得本实用新型的测试装置可检测多种形态的汞；另一方面，本实用新型的干燥装置107可用于吸收烟气中的水分，避免水分对仪器造成的损毁以及引起的测量误差。本实用新型的检测装置20为双光束原子吸收测汞仪，其可解决单光束原子吸收测汞仪存在的预热稳定时间较长，长时间使用稳定性不理想，使得测量结果不准确的技术问题。

根据一个优选实施方式，活性炭吸附管可为两段式活性炭吸附管，也可是三段式活性炭吸附管。减少烟气中硫化物和/或氮化物会抑制活性炭对汞的捕获，可在活性炭吸附管的前端添加碳酸盐类化合物，以去除烟气中的酸性气体。

根据一个优选实施方式，取样装置10还包括冰浴箱1064。优选的，KCl溶液吸收瓶1061、HNO3-H2O2溶液吸收瓶1062、KMnO4-H2SO4溶液吸收瓶1063和硅胶吸收瓶放置于冰浴箱1064中，如图4所示。本实用新型优选技术方案设置冰浴箱1064，多级吸收装置106和干燥装置107放置于该冰浴箱1064中，可使多级吸收装置106和干燥装置107处于零摄氏度以下，较低的低温有利于烟气中汞的吸收以及水分的去除。

根据一个优选实施方式，采样主机115包括通过管道连通的采样泵109、用于调节采样流量的流量调节阀112和气体流量计量装置113，如图2所示。其中，采样泵109的两端并联有真空度调节阀108，气体流量计量装置113用于计量气体的体积。气体流量计量装置113的入口处还设置有计前温度传感器110。流量调节阀112与计前温度传感器110之间还设置有转子流量计111。采样系统主要部件按照30B标准配置调试。

根据一个优选实施方式，采样枪104包括至少两根位于采样枪104本体前端部采样管103，活性炭吸附管位于采样管103靠近烟道壁102的端部，并且采样管103与采样枪104本体的连接处设置有用于密封的密封圈，其中，密封圈为铜质O型密封圈和/或聚四氟乙烯密封圈。本实用新型优选技术方案，将采样管103设置于采样枪104的前部，能够直接接触所要采集的烟气，减少管路对汞的吸附影响。进一步的，在采样管103与采样枪104本体的连接处设置有用于密封的密封圈，可避免采样管103采集的烟气从二者的连接处泄漏。

根据一个优选实施方式，采样枪104的前端设置有保护套101，保护套101包括采样保护管116和与采样保护管116连接的螺母117，螺母117用于固定采样管103，如图3所示。为了减少采样管103破损和颗粒态汞进入采样管103，本实用新型优选技术方案在采样枪104的前端设置保护套101，保护套101由不锈钢管和M10螺母组成，将不锈钢管和M10螺母焊接在一起，M10螺母用于固定采样管103，采样过程中采样管103完全置于保护套101内，能够有效防止采样管103在移动过程中碰损的情况。

根据一个优选实施方式，本实用新型优选技术方案的检测装置20包括汞灯201、准直镜202、狭缝203、样品吸收池205、参比吸收池206、聚焦透镜212、滤光片213和双通道检测器211，如图5所示。其中，汞灯201用于发出包含汞特征谱线的光。准直镜202位于汞灯201之后，准直镜202将汞灯201发出的光准直为平行光。狭缝203位于准直镜202之后，狭缝203将平行光分为两束平行光束。样品吸收池205和参比吸收池206分别位于两束平行光束之后，样品吸收池205的一端连接有进气口，另一端通过第一汞吸附管204与参比吸收池206的一端连接，参比吸收池206的另一端通过真空泵214连接出气口216。聚焦透镜212位于样品吸收池205和参比吸收池206之后。滤光片213位于聚焦透镜212之后。双通道检测器211位于滤光片213之后，双通道检测器211将检测到的光信号转变为电信号。

再次参见图5，本实用新型检测装置20的光学系统描述如下：汞灯201发出包含汞特征谱线的光，准直镜202将汞灯201发出的光，准直为平行光，狭缝203将平行光分为两束平行光束，两束平行光束分别通过样品吸收池205和参比吸收池206，然后经过聚焦透镜212聚焦后再通过滤光片213滤光。两束通过滤光片213的光，最后照射到双通道检测器211上，将检测到的光信号转变为电信号。

根据一个优选实施方式，滤光片213为只让254nm波长的光通过的窄带滤光片。双通道检测器211为双通道硅光电二极管检测器。优选的，双通道检测器211内还可以带有低噪声信号放大电路和A/D转换器，以进行信号放大和A/D转换。双通道检测器211连接到主控制电路板和计算机，以通过主控制电路和计算机计算出烟气中汞的检测结果。

根据一个优选实施方式，第一汞吸附管204可以带有热解析装置，热解析装置用于活化第一汞吸附管204或进行预富集热解析方式测量。

根据一个优选实施方式，进气口包括通过第二汞吸附管207连接的校零进气口208和样品进气口210，并且校零进气口208和样品进气口210与三通电磁阀209连接，以使样品吸收池205通过三通电磁阀209可选择的连接校零进气口208或样品进气口210。

根据一个优选实施方式，真空泵214和出气口216间还设置有流量计215。

根据一个优选实施方式，本实用新型优选技术方案检测装置的工作原理为：打开真空泵214，含有汞的气态样品，首先进入样品吸收池205，然后经过第一汞吸附管204，将样品中的汞全部吸附，通过第一汞吸附管204后的样品进入参比吸收池206，最后通过出气口216排出，通过样品吸收池205和参比吸收池206的两路光信号进行对数运算差减后，得到样品中汞的吸收值，此吸收值与样品中汞的含量成正比，符合朗伯比耳定律。

根据一个优选实施方式，本实用新型优选技术方案检测装置的工作流程为：，首先打开电源，仪器自检和预热几分钟，启动真空泵214，将电磁阀209切换到校零进气口208，气体通过第二汞吸附管207，吸附掉气体中的汞，然后气体分别通过样品吸收池205和参比吸收池206，这时样品吸收池205和参比吸收池206中，都是零汞气体，对汞灯201发出的光没有吸收，运行校零程序，校正仪器零点。将电磁阀209切换到测量进气口210，气体样品进入样品吸收池205，然后通过第一汞吸附管204，吸附掉气体样品中的汞，然后气体通过参比吸收池206，这时运行测量程序，测量通过样品吸收池205和参比吸收池206的光，进行运算，得到吸光度，然后转换为汞的浓度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。