一种基于饱和原理的汞在线监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于饱和原理的汞在线监测装置，该装置包括汞监测系统，与检测对象相连接；汞校准系统，与所述汞监测系统相连通，用以对所述汞监测系统进行系统误差标定，汞校准系统采用元素汞为汞源，通过饱和原理和等离子体产生元素汞标准气体和二价汞标准气体去校正仪器，该装置仪器校准简单，同时采用同一个汞源，避免采用不同的汞源所带来的汞源不一致需要进行两次溯源传递的问题，同时可实现全汞及形态汞的监测。
【专利说明】
一种基于饱和原理的汞在线监测装置
技术领域
[0001]本实用新型属于气态汞监测领域，具体涉及一种基于饱和原理的汞在线监测装置。
【背景技术】
[0002]汞(Hg)是全球性重金属污染物，其在大气中停留时间长，且在生物体内存在累积效应，因此汞污染对环境以及人类健康造成极大的危害。人为排放是汞污染的主要来源，中国的汞污染问题尤其突出。随着我国对环境保护的日益重视，固定污染源烟气汞的排放标准会日趋严格，因此开发固定污染源烟气汞在线监测装置及方法具有重要意义。
[0003]废气(如烟气等)中汞主要以化合态的形式与单质的形式存在，而化合态的汞通常以二价汞形式存在，为使监测结果准确，需要采用元素汞标准气体与二价汞标准气体对监测仪器进行标定和校准。
[0004]而现有技术中二价汞标准气体发生器通常采用氯化汞溶液作为汞源，通过加热氯化汞溶液使其挥发形成二价汞蒸气，比如:中国专利文献CN 102500203 A公开了一种模拟烟气中二价汞的发生装置及其应用，通过注射栗将氯化汞溶液注射入加热管中，通过加热管外的加热装置控制加热管温度为105?650°C以形成二价汞蒸气，但是采用氯化汞溶液作为二价汞蒸气产生源，一方面溶液更换会对操作人员产生危害，另一方面氯化汞溶液本身挥发存在偏差。中国文献(陈枳君，曾立民.2011.在线大气汞分析仪渗透管标定方法研究[J].环境科学学报，31 6):1192-1197)通过采用渗透管，对渗透管进行控温，利用元素汞挥发，挥发的元素汞渗透出渗透管来产生元素汞标准气体，进行仪器校正。
[0005]现有技术中的汞在线监测装置分别采用单独设置二价汞蒸气或者元素汞标准气体装置对汞在线监测装置进行校正，一方面增加了汞在线监测装置的成本，另一方面存在汞源不一致需要进行两次溯源传递的问题(如:需要对不同汞源的性质进行分别测定等)，增加了繁琐的操作步骤。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于解决现有技术中汞在线监测装置中校正过程中步骤繁琐，且汞源不一致需要进行两次溯源传递的技术问题，进而提供了一种基于饱和原理的汞在线监测装置。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下:
[0008]本实用新型所提供的基于饱和原理的汞在线监测装置，包括汞监测系统，与检测对象相连接；
[0009]汞校准系统，与所述汞监测系统相连通，用以对所述汞监测系统进行系统误差标定；
[0010]所述汞校准系统包括元素汞标准气体发生系统，所述元素汞标准气体发生系统包括通过管路顺次连接的第一载气装置和产生汞气体的元素汞发生器，还包括二价汞标准气体发生系统，其包括通过管路顺次连接的等离子气源装置、气体预混室和产生二价汞气体的二价汞发生器，所述气体预混室还与所述元素汞发生器的含汞气体出口相连接，用以将等离子气源与元素汞发生器产生的含汞气体混合，所述二价汞发生器设置有高频高压交流电源发生装置，用以产生等离子体将汞气体氧化为二价汞气体；
[0011 ]所述元素汞发生器，包括蒸发室，用以封闭并蒸发液态汞，以及设置于所述蒸发室外部的控温装置，用以控制所述蒸发室内部的温度。
[0012]上述基于饱和原理的汞在线监测装置中，所述汞监测系统包括顺次连通的采样系统(用以采集含汞和二价汞的气体)、预处理系统(用以对含汞和二价汞的气体进行过滤除尘)、形态转化系统(用以将二价汞气体还原为汞气体)、汞富集和解吸附系统(用以富集元素汞，并将富集的元素汞加热解吸附通过载气带出)和汞分析仪(用以对元素汞进行定量分析)，其中所述采样系统还分别与所述汞校准系统产生的汞和二价汞气体及检测对象相连通。
[0013]优选地，还包括控制系统，所述控制系统分别与汞校准系统、采样系统、预处理系统、形态转化系统、汞富集和解吸附系统和汞分析仪相连接，用以对相应的系统实现控制，如:控制汞校准系统的标气流量、对汞监测系统的校准间隔等;控制采样系统的采样量等；控制预处理系统的除尘过滤限度;控制形态转化系统的温度以及二价汞转换成元素汞的程度;控制汞富集和解吸附系统的温度、富集时间、解吸时间等;控制汞分析仪的测试数据并将数据反馈到控制系统;如:控制系统可采用现有技术中的流量控制模块控制流量、温度控制模块控制温度、电磁阀控制管路的开合等。
[0014]优选地，还包括与所述控制系统相连接的数据采集系统，用以对所述控制系统中的数据进行采集及传输，其包括数据采集仪、数据发送及接收模块。
[0015]优选地，所述汞校准系统还包括第二载气装置，用以调节元素汞发生器产生的含汞气体的浓度。
[0016]优选地，所述形态转化系统还并联设置有旁路气体输送管道，用以将从预处理系统中出来的气体直接经其进入汞富集和解吸附系统中。
[0017]优选地，所述元素汞发生器的含汞气体出口设置有含汞气体输出管路，所述气体预混室与所述含汞气体输出管路相连接，用以向所述气体预混室内输送含汞气体，实现等离子气源与含汞气体的混合。
[0018]优选地，所述第二载气装置与所述含汞气体输出管路相连接，沿气体流动方向，所述第二载气装置与所述含汞气体输出管路的连接点设置于所述气体预混室与所述含汞气体输出管路连接点的前方。
[0019]优选地，所述第二载气装置与所述含汞气体输出管路相连接，沿气体流动方向，所述第二载气装置与所述含汞气体输出管路的连接点设置于所述气体预混室与所述含汞气体输出管路连接点的前方，且所述元素汞发生器的后方。
[0020]优选地，所述汞监测系统包括通过管路顺次连通的采样系统，用以采集含汞和二价汞的气体;预处理系统，用以对含汞和二价汞的气体进行过滤除尘;形态转化系统，用以将二价汞气体还原为汞气体;汞富集和解吸附系统，用以富集元素汞，并将富集的元素汞加热解吸附通过载气带出;汞分析仪，用以对元素汞进行定量分析。
[0021]所述旁路气体输送管道的两端分别通过电磁阀与进出所述形态转化系统的管路实现连接。
[0022]优选地，所述形态转化系统为热解炉。
[0023]优选地，所述二价汞发生器设置有二价汞气体出口；所述含汞气体出口和所述二价汞气体出口均分别通过管道与所述采样系统连通。
[0024]优选地，所述二价汞发生器为低温等离子发生器;所述元素汞发生器中的蒸发室的内壁设置有镀层，用以减少蒸发室的内壁对Hg的吸附量。
[0025]优选地，还包括调节气体流量的流量计，所述流量计设置在第一载气装置和所述元素汞发生器相连接的管路上，或所述第二载气装置与所述含汞气体输出管路相连接的管路上，或所述气体预混室与所述含汞气体输出管路相连接的管路上，或等离子气源装置和气体预混室相连接的管路上，或含汞气体输出管路上，或所述二价汞气体出口与所述采样系统相连接的管路上。
[0026]优选地，所述气体预混室与所述含汞气体输出管路通过三通阀门实现连接，沿气体流动方向，所述第二载气装置与所述含汞气体输出管路的连接点设置于所述三通阀门的前方。
[0027]优选地，所述流量计为质量流量计或体积流量计。
[0028]优选地，第一载气装置和第二载气装置中的载气为惰性气体，如:N2、Ar等。
[0029]优选地，等离子气源装置中的气体为可以产生等离子的气体，如:02、HC1、C12或H2O等。
[0030]本实用新型技术方案，具有如下优点:
[0031]I)本实用新型所提供的基于饱和原理的汞在线监测装置，通过汞监测系统，汞校准系统，实现了汞的在线监测，而且通过汞校准系统实现定期对所述汞监测系统进行系统误差标定，汞校准系统通过将第一载气装置中的惰性气体(如:N2、Ar等)进入元素汞发生器中，带走其中的元素汞蒸气，带走的元素汞蒸气分为两部分，一部分作为元素汞标准气体，另一部分进入气体预混室中，与来自等离子气源装置中的气体(如:02、HC1、C12或H2O等)在气体预混室中混合均匀后，一同进入低温等离子发生器中，通过低温等离子发生器使其中的元素汞蒸气完全转变成二价汞蒸气，整个过程中通过控制流量、元素汞发生器的温度以及低温等离子发生器的相关参数(如高频高压交流电源)，同时得到了元素汞标准气体和二价汞标准气体，同时采用同一个汞源，避免采用不同的汞源所带来的汞源不一致需要进行两次溯源传递的问题(如:需要对不同汞源的性质进行分别测定等)，简化了操作步骤。
[0032]2)本实用新型所提供的基于饱和原理的汞在线监测装置，通过在形态转化系统两端设置旁路气体输送管道，并且所述旁路气体输送管道的两端分别通过电磁阀与进出所述形态转化系统的管路实现连接，该设置通过控制电磁阀实现含汞和二价汞气体通过形态转化系统，或者不通过形态转化系统，当通过形态转化系统时，含汞和二价汞气体中的二价汞被转化为元素汞，在汞富集和解吸附系统富集后，通过加热解吸附，被载气送入汞分析仪，测得全汞的浓度；当不通过形态转化系统时，进入富集和解吸附系统中富集后，加热解吸附，通过载气送入汞分析仪，此时测试的为元素汞浓度，两者之间的差值为二价汞的浓度，从而分别实现全汞及形态汞的监测。
[0033]3)本实用新型所提供的基于饱和原理的汞在线监测装置，通过采用低温等离子发生器使元素汞蒸气氧化产生二价汞标准气体，避免现有技术中采用二价汞盐溶液挥发产生二价汞蒸气所带来的溶液更换对操作人员产生的危害以及溶液本身挥发存在偏差的问题。
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本实用新型【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
[0035]图1为一种汞在线监测装置的示意图。
[0036]附图标记说明:
[0037]1-汞校准系统；11-第一载气装置；12-第一流量计；13-第五流量计；14-第二载气装置；15-第三流量计；16-元素汞发生器(基于饱和原理)；17-第二流量计；18-等离子气源装置;19-第四流量计；110-气体预混室；111-二价汞发生器;112-高频高压交流电源发生装置;2-汞分析仪;3-汞富集和解吸附系统;4-形态转化系统;5-预处理系统;6-采样系统;7-控制系统;8-数据采集系统。
【具体实施方式】
[0038]下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0039]结合图1，本实用新型所提供的基于饱和原理的汞在线监测装置，包括用以对含汞和二价汞的气体(如烟气)进行采集、预处理、汞形态转化、汞富集和解吸附以及汞分析的汞监测系统，与所述汞监测系统相连通的汞校准系统I，用以定期对所述汞监测系统进行系统误差标定，所述汞校准系统I包括元素汞标准气体发生系统，所述元素汞标准气体发生系统包括通过管路顺次连接的第一载气装置11和产生汞气体的元素汞发生器16，还包括二价汞标准气体发生系统，其包括通过管路顺次连接的等离子气源装置18、气体预混室110和产生二价汞气体的二价汞发生器111，所述气体预混室110还与所述元素汞发生器16的含汞气体出口相连接，用以将等离子气源与元素汞发生器16产生的含汞气体混合，所述二价汞发生器111设置有高频高压交流电源发生装置112，用以产生等离子体将汞气体氧化为二价汞气体;所述元素汞发生器16，包括蒸发室，用以封闭并蒸发液态汞，以及设置于所述蒸发室外部的控温装置，用以控制所述蒸发室内部的温度。
[0040]上述基于饱和原理的汞在线监测装置中，所述汞监测系统包括顺次连通的，
[0041]采样系统6，该采样系统6用以采集含汞和二价汞的气体。如采用加热探头，加热温度为180度-200度，保证烟气在酸露点以上，防止烟气成分凝结及汞吸附即可;烟气接触的金属部件采用哈氏合金，其他所有部件采用316L不锈钢并镀有特殊涂层(氧化锆、PFA等)，用来减少汞吸附造成的损失;加热探头具有反吹单元，用来保护探头内部的粉尘过滤器，防止过滤器堵塞飞灰；
[0042]预处理系统5，其用以对含汞和二价汞的气体进行除尘，如滤芯(多孔烧结钛)或滤膜(材质为PTFE特氟龙)对烟气进一步进行过滤；
[0043]形态转化系统4，其用以将二价汞气体还原为汞气体，如裂解炉；
[0044]汞富集和解吸附系统3，其用以富集元素汞，并将富集的元素汞加热解吸附通过载气带出，如金富集；
[0045]汞分析仪2，其用以对元素汞进行定量分析，其中所述采样系统6还分别与所述汞校准系统产生的汞和二价汞气体及检测对象(如烟囱)相连通。
[0046]在上述实施方式的基础上，还包括控制系统，所述控制系统分别与汞校准系统1、采样系统6、预处理系统5、形态转化系统4、汞富集和解吸附系统3和汞分析仪2相连接，用以对相应的系统实现控制，如:控制系统可采用现有技术中的流量控制模块控制流量、温度控制模块控制温度、电磁阀控制管路的开合等。
[0047]在上述实施方式的基础上，还包括与所述控制系统相连接的数据采集系统，用以对所述控制系统中的数据进行采集及传输，其包括数据采集仪、数据发送及接收模块。
[0048]在上述实施方式的基础上，还包括第二载气装置14，用以调节元素汞发生器16产生的含萊气体的浓度。
[0049]在上述实施方式的基础上，所述元素汞发生器16的含汞气体出口设置有含汞气体输出管路，所述气体预混室110与所述含汞气体输出管路相连接，用以向所述气体预混室110内输送含汞气体，实现等离子气源与含汞气体的混合。
[0050]在上述实施方式的基础上，所述第二载气装置14与所述含汞气体输出管路相连接，沿气体流动方向，所述第二载气装置14与所述含汞气体输出管路的连接点设置于所述气体预混室110与所述含汞气体输出管路连接点的前方。
[0051]在上述实施方式的基础上，所述第二载气装置14与所述含汞气体输出管路相连接，沿气体流动方向，所述第二载气装置14与所述含汞气体输出管路的连接点设置于所述气体预混室110与所述含汞气体输出管路连接点的前方，且所述元素汞发生器16的后方。
[0052]在上述实施方式的基础上，所述形态转化系统4还并联设置有旁路气体输送管道，用以将从预处理系统5中出来的气体直接经其进入汞富集和解吸附系统3中。
[0053]在上述实施方式的基础上，所述旁路气体输送管道的两端分别通过电磁阀与进出所述形态转化系统4的管路实现连接。
[0054]在上述实施方式的基础上，所述形态转化系统4为热解炉。
[0055]在上述实施方式的基础上，所述二价汞发生器111设置含二价汞气体出口；所述含汞气体出口和所述二价汞气体出口均分别通过管道与所述采样系统6连通。
[0056]作为可选择的实施方式，所述二价汞发生器111为低温等离子发生器，所述低温等离子发生器采用介质阻挡放电生成低温等离子体，其基本原理是在两个电极之间插入绝缘介质，在电极上施加足够高的交流电压时，电极间的气体被击穿，形成介质阻挡放电，使电极间的气体充分电离，产生等离子体，其中，高频高压交流电源将220V交流电源通过高频升压器升压生成高频高压电流输出(一般输出电压峰值在0-20KV之间可调，重复频率在0-30kHZ之间可调)。
[0057]进一步地，所述元素汞发生器16中的蒸发室的内壁设置有镀层，用以减少蒸发室的内壁对Hg的吸附量;所述元素汞发生器16中的控温装置可采用电加热及半导体制冷技术控制所述蒸发室内的温度。
[0058]在上述实施方式的基础上，还包括调节气体流量的流量计，所述流量计设置在第一载气装置11和所述元素汞发生器16相连接的管路上，即第一流量计12;或所述第二载气装置14与所述含汞气体输出管路相连接的管路上，即第三流量计15;或所述气体预混室110与所述含汞气体输出管路相连接的管路上，即第二流量计17;或等离子气源装置18和气体预混室110相连接的管路上，即第四流量计19;或含汞气体输出管路上，即第五流量计13，或所述二价汞气体出口与所述采样系统相连接的管路上。
[0059]进一步地，所述气体预混室110中的腔体外壁可为玻璃或者不锈钢，腔体内可设置有用以产生扰流的固定隔板。
[0060]在上述实施方式的基础上，所述气体预混室110与所述含汞气体输出管路通过三通阀门实现连接，沿气体流动方向，所述第二载气装置14与所述含汞气体输出管路的连接点设置于所述三通阀门的前方。
[0061]作为可选择的实施方式，所述流量计为质量流量计或体积流量计，为了更为精准，通常采用质量流量计。
[0062]具体地，等离子气源装置可采用02、HC1、C12SH20的气瓶，当然也可采用这些气体的发生装置。
[0063]在上述实施方式的基础上，第一载气装置和第二载气装置中的载气为惰性气体，如:N2、Ar 等。
[0064]在上述实施方式的基础上，等离子气源装置中的气体为可以产生等离子的气体，如:02、!1(:1、(:12或!120等。
[0065]结合图1，通过汞监测系统，汞校准系统，实现了汞的在线监测，而且通过汞校准系统I实现定期对所述汞监测系统进行系统误差标定，汞校准系统I通过将第一载气装置11中的惰性气体(如:N2、Ar等)进入元素汞发生器16中，带走其中的元素汞蒸气，带走的元素汞蒸气分为两部分，一部分作为元素汞标准气体，另一部分进入气体预混室110中，与来自等离子气源装置18中的气体(如:02、HC1、C12或H2O等)在气体预混室110中混合均匀后，一同进入低温等离子发生器中，通过低温等离子发生器使其中的元素汞蒸气完全转变成二价汞蒸气，整个过程中通过控制流量、元素汞发生器16的温度以及低温等离子发生器的相关参数(如高频高压交流电源)，同时得到了元素汞标准气体和二价汞标准气体，同时采用同一个汞源，避免采用不同的汞源所带来的汞源不一致需要进行两次溯源传递的问题(如:需要对不同汞源的性质进行分别测定等)，简化了操作步骤；同时也通过在形态转化系统4两端设置旁路气体输送管道，并且所述旁路气体输送管道的两端分别通过电磁阀与进出所述形态转化系统4的管路实现连接，该设置通过控制电磁阀实现含汞和二价汞气体通过形态转化系统4，或者不通过形态转化系统4，当通过形态转化系统4时，含汞和二价汞气体中的二价汞被转化为元素汞，在汞富集和解吸附系统富集3后，通过加热解吸附，被载气送入汞分析仪，测得全汞的浓度；当不通过形态转化系统4时，进入汞富集和解吸附系统3中富集后，加热解吸附，通过载气送入汞分析仪2，此时测试的为元素汞浓度，两者之间的差值为二价汞的浓度，从而分别实现全汞及形态汞的监测。
[0066]显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
【主权项】
1.一种基于饱和原理的汞在线监测装置，包括， 汞监测系统，与检测对象相连接； 汞校准系统(I)，与所述汞监测系统相连通，用以对所述汞监测系统进行系统误差标定； 其特征在于: 所述汞校准系统(I)包括元素汞标准气体发生系统，所述元素汞标准气体发生系统包括通过管路顺次连接的第一载气装置(11)和产生汞气体的元素汞发生器(16)，还包括二价汞标准气体发生系统，其包括通过管路顺次连接的等离子气源装置(18)、气体预混室(110)和产生二价汞气体的二价汞发生器(111)，所述气体预混室(110)还与所述元素汞发生器(16)的含汞气体出口相连接，用以将等离子气源与元素汞发生器(16)产生的含汞气体混合，所述二价汞发生器(111)设置有高频高压交流电源发生装置(112)，用以产生等离子体将汞气体氧化为二价汞气体； 所述元素汞发生器(16)，包括蒸发室，用以封闭并蒸发液态汞，以及设置于所述蒸发室外部的控温装置，用以控制所述蒸发室内部的温度。2.根据权利要求1所述的汞在线监测装置，其特征在于: 所述汞监测系统包括顺次连通的采样系统(6)、预处理系统(5)、形态转化系统(4)、汞富集和解吸附系统(3)和汞分析仪(2)，其中所述采样系统(6)还分别与所述汞校准系统(I)产生的汞和二价汞气体及检测对象相连通。3.根据权利要求2所述的汞在线监测装置，其特征在于:还包括控制系统，所述控制系统分别与汞校准系统(I)、采样系统(6)、预处理系统(5)、形态转化系统(4)、汞富集和解吸附系统(3)和汞分析仪(2)相连接，用以对相应的系统实现控制。4.根据权利要求3所述的汞在线监测装置，其特征在于:还包括与所述控制系统相连接的数据采集系统，用以对所述控制系统中的数据进行采集及传输。5.根据权利要求2或3所述的汞在线监测装置，其特征在于: 所述汞校准系统(I)还包括第二载气装置(14)，用以调节元素汞发生器(16)产生的含汞气体的浓度。6.根据权利要求2或3所述的汞在线监测装置，其特征在于:所述形态转化系统(4)还并联设置有旁路气体输送管道，用以将从预处理系统(5)中出来的气体直接经其进入汞富集和解吸附系统(3)中。7.根据权利要求5所述的汞在线监测装置，其特征在于:所述元素汞发生器(16)的含汞气体出口设置有含汞气体输出管路，所述气体预混室(110)与所述含汞气体输出管路相连接，用以向所述气体预混室(110)内输送含汞气体，实现等离子气源与含汞气体的混合。8.根据权利要求7所述的汞在线监测装置，其特征在于:所述第二载气装置(14)与所述含汞气体输出管路相连接，沿气体流动方向，所述第二载气装置(14)与所述含汞气体输出管路的连接点设置于所述气体预混室(110)与所述含汞气体输出管路连接点的前方。9.根据权利要求8所述的汞在线监测装置，其特征在于:所述二价汞发生器为低温等离子发生器； 所述元素汞发生器(16)中的蒸发室的内壁设置有镀层，用以减少蒸发室的内壁对Hg的吸附量。10.根据权利要求7所述的汞在线监测装置，其特征在于:还包括调节气体流量的流量计，所述流量计设置在第一载气装置(11)和所述元素汞发生器(I 6)相连接的管路上，或所述第二载气装置(14)与所述含汞气体输出管路相连接的管路上，或所述气体预混室(110)与所述含汞气体输出管路相连接的管路上，或等离子气源装置(18)和气体预混室(110)相连接的管路上，或含汞气体输出管路上，或所述二价汞发生器(I 11)的二价汞气体出口与所述采样系统相连接的管路上。
【文档编号】G01N33/00GK205643279SQ201620199854
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】徐波, 刘清侠, 陈锋, 刘秀如, 孙漪清, 赵勇, 翟燕萍, 许壮, 薛方明, 苏靖程, 李凌月
【申请人】中国华电集团科学技术研究总院有限公司