一种带缩放喷管的不同价态汞同时捕集取样系统和方法

技术领域

本发明属于燃煤烟气中重金属汞的捕集取样领域，具体涉及一种带缩放喷管的不同价态汞同时捕集取样系统和方法。

背景技术

现如今燃煤锅炉燃烧产生的烟气对环境破坏很大，此外重金属汞的排放也日益严峻。汞跟随烟气排放到环境后会以多种方式沉积下来，在人们饮水、饮食等过程中进入人体内，从而对人体造成极大伤害。因此如何控制汞的排放显得至关重要。而控制汞的排放，实现对汞的浓度形态精确测量是重要前提。目前燃煤烟气中的汞主要分为三种形态：元素态汞、氧化态汞和颗粒态汞。

目前来说，现有的汞捕集取样装置，大部分都是直接捕集烟气，使烟气保持原有速度在管内流动，流动速度慢，采样耗费时间长，在一定时间内汞的捕集不完全，使得汞捕集测量精度低，影响到实际烟气中汞的捕集取样测量工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带缩放喷管的不同价态汞同时捕集取样系统和方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种带缩放喷管的不同价态汞同时捕集取样系统，包括依次连接的取样子系统，烟气加速子系统，颗粒态汞捕集取样子系统，烟气加速子系统，氧化汞和元素汞捕集取样子系统；

所述颗粒态汞捕集取样子系统包括过滤器和实际烟气环境模拟装置。

进一步的，取样子系统包括依次连接的石英玻璃取样头，内衬石英玻璃取样枪和石英玻璃取样枪。

进一步的，颗粒态汞捕集取样子系统前后连接的烟气加速子系统的结构相同，为缩放喷管，缩放喷管由依次连接的渐缩段，喉口段和渐扩段组成。

进一步的，渐缩段长度为8-15mm，喉口段长度为2-5mm，渐扩段长度为8-15mm。

进一步的，实际烟气环境模拟装置包括滤桶和滤桶加热箱，所述过滤器设置在滤桶内部，所述滤桶加热箱附在滤桶上使得滤桶中的温度与实际烟气温度一致。

进一步的，滤桶内壁铺设一层保温棉；取样头用石英或硼硅酸盐玻璃制造；缩放喷管用石英或硼硅酸盐玻璃制造。

进一步的，氧化汞和元素汞捕集取样子系统通过取样试剂瓶组收集氧化汞和元素汞。

进一步的，试剂瓶组包括依次连接的去离子水、汞吸收液、氯化汞吸收液、硝酸溶液、盐酸羟胺溶液、硼氢化钠溶液和标准溶液。

进一步的，所用汞吸收液，临用前，将3.2g/L高锰酸钾溶液与10％(体积分数)硫酸溶液等体积混合；

所用氯化汞吸收液为0.5mol/L硫酸溶液；

所用硝酸溶液的体积分数为5％；

所用盐酸羟胺溶液为200g/L；

所用硼氢化钠溶液为1g硼氢化钠和0.5g氢氧化钠溶于100mL水中；

所用标准溶液为用汞吸收液稀释的汞标准溶液成0.050μg/mL汞标准吸收液。

一种利用上述的系统进行不同价态汞同时捕集取样的方法，包括如下步骤：

步骤(1)：通过取样子系统使一定量的烟气进入系统；

步骤(2)：通过缩放喷管Ⅰ提高烟气采集速率，使烟气在管内流动速度加快，烟气进入滤桶内的过滤器收集颗粒态汞；

步骤(3)：再一次通过缩放喷管加快烟气流速，从而进入吸收瓶组，通过汞吸收液和氯化汞吸收液等吸收液对元素态汞和氧化态汞进行收集，同时使得烟气在短时间内多次被吸收液吸收，使吸收瓶组将汞完全捕集。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明在颗粒态汞捕集取样子系统的前后连接缩放喷管，缩放喷管的渐缩段可以加快烟气在导管中的速度，通过喉口段进行缓冲，不改变烟气性质，通过渐扩段进一步加快烟气在管中的速度，进而大大缩短采样时间，提高汞捕集效率，提高汞捕集测量精度。

(2)本发明通过过滤器、化学吸收瓶组设计即可以同时捕集三种不同形态的汞。

(3)本发明在将过滤器设置在带有加热箱的滤桶内，使得取样环境与实际烟气环境接近，解决了取样环境和实际烟气环境不匹配的问题。

附图说明

图1是本发明的取样系统结构示意图。

图2是本发明的缩放喷管示意图。

附图标记说明：

1-取样头，2-内衬石英玻璃取样枪，3-石英玻璃取样枪，4-缩放喷管Ⅰ，5-滤桶加热箱，6-过滤器，7-滤桶，8-缩放喷管Ⅱ，9-氧化汞和元素汞捕集取样系统，41-渐缩段，42-喉口段，43-渐扩段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明公开了一种带缩放喷管的不同价态汞同时捕集取样装置。装置包括取样枪系统、颗粒汞捕集取样系统、氧化汞和元素汞捕集取样系统。本发明中的不同价态汞同时捕集装置通过取样枪系统对燃煤电厂的烟气进行取样；通过滤桶加热箱解决了取样环境和实际烟气环境不匹配的问题；通过缩放喷管解决了采样时间长，汞捕集时间长，烟气在管中流动速度低，捕汞效率低，汞捕集测量精度低的问题；通过颗粒态汞捕集系统和氧化以及元素态汞捕集系统，解决了无法同时捕集三种形态汞的问题，实现了烟气中汞的完全捕集。

结合图1，本发明提供的燃煤烟气中的不同价态汞同时吸附的装置，该装置包括取样枪系统、颗粒汞捕集取样系统、氧化汞和元素汞捕集取样系统。

其中取样枪系统由以下部分组成：石英玻璃取样头1、内衬石英玻璃取样枪2、后接石英玻璃取样枪3；颗粒态汞捕集取样系统由以下部分组成：缩放喷管4、滤桶加热箱5、过滤器6、滤桶7、后接缩放喷管8；氧化汞和元素汞捕集取样系统9。

内衬石英玻璃取样枪2前连着石英玻璃取样头1上，后接石英玻璃取样枪3，石英玻璃取样枪3后接缩放喷管4，滤桶加热箱5附在滤桶7上，滤桶7内放置有过滤器6。氧化汞和元素汞捕集取样系统9里放有取样试剂瓶组。

结合图2，本发明提供的燃煤烟气中的不同价态汞同时吸附的装置，缩放喷管3和缩放喷管8结构包括渐缩段1、喉口段2和渐扩段3。渐缩段1对采集的烟气进行加速，喉口段2对已加速的烟气进行缓冲，使烟气性质保持不变，渐扩段3再次对烟气进行加速，确保后续管中烟气的具有较高的流动速度。

取样头适合用石英或硼硅酸盐玻璃制造；

缩放喷管适合用石英或硼硅酸盐玻璃制造；

缩放喷管渐缩段长为10mm，内径由15mm渐变为7mm；

缩放喷管喉口段长为3mm；

缩放喷管渐扩段长为10mm，内径由7mm渐变为15mm；

本发明装置能在实际测量过程中通过取样枪系统使一定量的烟气进入装置，通过缩放喷管提高烟气采集速率，使烟气在管内流动速度加快，烟气进入滤桶内的过滤器收集颗粒态汞，再一次通过缩放喷管加快烟气流速，从而进入吸收瓶组，通过汞吸收液和氯化汞吸收液等吸收液对元素态汞和氧化态汞进行收集，同时使得烟气在短时间内多次被吸收液吸收，使吸收瓶组将汞完全捕集，此外可以提高汞捕集测量精度，并能同时捕集取样三种不同价态的汞，该装置和方法汞捕集效率良好，系统设备简单经济。