專利名稱：一種總氣態(tài)汞煙氣采樣槍及其采樣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測采樣設(shè)備，具體涉及一種用于煙氣中總氣態(tài)汞的采集的采樣槍及采樣系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
向大氣排放汞的主要來源之一是燃煤，每年由于煤燃燒造成的汞污染物排放占人類活動所釋放汞的較大部分。對煤燃燒后排放的尾部氣體檢測治理是有效降低燃煤過程釋放汞量的措施，這就必須對尾部氣體進行采樣，檢測其中的汞濃度。根據(jù)不同的濃度選擇適當(dāng)?shù)闹卫泶胧Ｔ跓煔庵泄饕腥N形式元素汞、二價汞和顆粒物態(tài)汞。由于汞具有零價和二價等不同形態(tài)，其組態(tài)又會因溫度或催化劑等因素的不同而發(fā)生改變，因此對汞污染物的檢測是一件有難度的事情。目前針對煙氣中汞采樣的方法主要有安大略煙道氣體濕法取樣方法、吸附劑捕捉汞方法以及汞連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)等幾種不同方法，其中吸附劑捕捉汞方法，特別是基于EPA Method 30B標(biāo)準(zhǔn)的吸附管法(30B方法)，因其操作方便、便于攜帶、精度高等優(yōu)點，既可以作為參比方法對安裝在燃煤鍋爐的Hg CEMS和Hg STMS的相對準(zhǔn)確度進行檢測審核，也可作為標(biāo)準(zhǔn)方法對燃煤鍋爐排放的Hg進行常規(guī)檢測。目前，汞污染物排放的檢測，我國目前主要采用美國EPA的相關(guān)方法，本發(fā)明主要就是依據(jù)EPA Method 30B的標(biāo)準(zhǔn)流程，并加以完善改進，在確保相同的檢測精度的同時， 簡化了現(xiàn)場測試的操作步驟，提高采樣的成功率。U. S. EPA Method 30B是以適當(dāng)?shù)牧髁繌臒煹阑蚬艿劳ㄟ^插入煙道或管道的配對吸附管抽取已知體積的煙氣，將富集在吸附管上的汞與采樣體積作為排放氣體汞濃度的計算參數(shù)。目前參考30B方法的汞采樣系統(tǒng)，都是遵照30B流程將吸附管安裝在探桿前端，插入煙道或管道中，而吸附管一般采用玻璃材質(zhì)，屬于易碎品，在插入煙道或管道中容易出現(xiàn)碰碎而導(dǎo)致采樣失??；且每次采樣結(jié)束需要更換采樣探桿前端的吸附管，給現(xiàn)場采樣帶來較大的工作量，降低了采樣效率。附圖中圖1為目前30B方法采樣槍前端局部放大示意圖，其中可明顯看到為保護吸附管而凸出與采樣槍前端的探針。圖2為吸附管安裝后使用狀態(tài)局部放大示意圖，可以看到，吸附管實際實用中，明顯超出探針部分，原采樣槍對吸附管的保護作用有限，容易造成玻璃吸附管碎裂等，進而導(dǎo)致采樣失敗。

發(fā)明內(nèi)容
為了減少現(xiàn)場工作的負擔(dān)，保證采樣吸附管采樣成功率，本發(fā)明設(shè)計了總氣態(tài)汞煙氣采樣槍及其采樣系統(tǒng)，將吸附管安裝在采樣槍后端。有效防止玻璃管移動過程的碰碎情況，并方便了更換玻璃管的操作，針對一個點的采樣工作，不需要再將探桿從采樣孔拔出，直接在后端更換吸附管。本發(fā)明的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，包括采樣槍體，采樣槍體一端有進氣口，另一端設(shè)置煙氣出口，吸附管固定器設(shè)置在采樣槍后端近煙氣出口位置。采樣槍體內(nèi)壁為PFA、FEP、 PTFE任意一種材料或覆有硅涂層。采樣槍體上設(shè)置加熱層。采樣槍體內(nèi)吸附管固定器對應(yīng)位置設(shè)置吸附腔溫度傳感器；加熱層對應(yīng)位置設(shè)置加熱線溫度傳感器。槍體吸附管固定器對應(yīng)位置設(shè)置換樣開口、換樣蓋，換樣蓋在作業(yè)狀態(tài)下與采樣槍氣密連接。采樣槍體外配裝安裝法蘭7，采樣槍后端設(shè)置采樣槍握持部5，所述的吸附管固定器3為卡槽結(jié)構(gòu)，采樣槍吸附管固定器3位置之后部分為所述的換樣蓋。采樣槍體外配裝安裝法蘭7，采樣槍內(nèi)包括前限位器8、后限位器9，后限位器9位于采樣槍后端的換樣蓋上，采樣槍前端對接位置10和采樣槍后端對接位置11設(shè)置相互配合的內(nèi)外螺紋或磨砂接口。將本發(fā)明應(yīng)用于30B方法時，可以將吸附管固定器平行設(shè)置兩個，即可達到雙路平行采樣的目的。采樣槍后依次連接冷凝器、干燥裝置，干燥裝置與采樣控制臺連接；采樣控制臺內(nèi)依次設(shè)置采樣泵、流量計，隔離閥與單向閥串聯(lián)后并聯(lián)連接在采樣泵兩端。采樣控制臺內(nèi)隔離閥前設(shè)置真空壓力傳感器。本發(fā)明具有以下明顯的效果
1)保護采樣用吸附管；現(xiàn)場操作時，現(xiàn)有普通采用30B方法的氣體采樣器，吸附管裝在探桿前端的，會有部分裸露出來，極易碰到硬物而損毀，導(dǎo)致采樣失敗，而本發(fā)明將采集總氣態(tài)汞的玻璃吸附管后置于采樣槍體內(nèi)部，可起到有效保護采樣管的作用，避免了玻璃吸附管因碰管壁等情況導(dǎo)致的破碎。2)有效減少了現(xiàn)場的工作量；30B的方法采樣過程中，如需更換吸附管，需將采樣槍取出后進行更換，而采用本發(fā)明的采樣槍，可直接打開采樣槍后部進行更換作業(yè)，更加方便快捷，提高現(xiàn)場采樣效率。3)提高采樣重復(fù)性；在針對同一管道的分時多次采樣或同一較粗管道不同采樣點的多次采樣時，可以在固定采樣槍后，不再變更槍管位置即可更換吸附管，從而確保不同次的采樣作業(yè)是在煙道內(nèi)部同一采樣點進行的作業(yè)，提高采樣重復(fù)性。4)穩(wěn)定流經(jīng)吸附管氣流，提高采樣精度；普通30B方法采樣時，吸附管和煙道內(nèi)煙氣流動方向呈90°夾角，而采用本發(fā)明的采樣槍，煙氣在進入吸附管前流經(jīng)采樣槍槍管部分，由于采樣槍槍管與吸附管固定器位置的配合設(shè)置，改變煙氣流動方向使其與吸附管放置方向一致，從而穩(wěn)定流經(jīng)吸附管的氣流，提高采樣精度。5)吸附管后置后，在惡劣環(huán)境中使用，例如沒有除塵裝置的煙道中，可在采樣槍前加裝除塵過濾設(shè)備，提高采樣槍使用的適應(yīng)性。6 )槍管內(nèi)壁采用特殊材料制成，避免煙氣中氣態(tài)汞在采樣槍管內(nèi)壁的吸附對采樣結(jié)果帶來的不利影響，打破了吸附管必須放在采樣槍前段的慣例。7 )在采樣槍體上設(shè)置加熱層，可保持煙氣在采樣槍體內(nèi)部時的溫度，最大程度模擬煙道環(huán)境，通過加熱層、采樣槍體、吸附管三者相互間平行設(shè)置的位置關(guān)系，從而使得煙氣流速、穩(wěn)定性、煙氣溫度均能夠符合吸附管最佳工作狀態(tài)所需的工況條件。8)采用本發(fā)明采樣槍的采樣系統(tǒng)，可大大提高采樣效率，按照單個樣品采樣20分鐘計算，完成一個采樣口的單次采樣即可節(jié)約大約5分鐘的換樣時間，相當(dāng)于將單個采樣時間縮短約20%。


圖1為目前30B方法采樣槍前端局部放大示意圖。圖2為吸附管安裝后使用狀態(tài)局部放大示意圖。圖3為采用本發(fā)明技術(shù)方案實施例1示意圖。圖4為采用本發(fā)明技術(shù)方案實施例2示意圖。圖5為本發(fā)明采樣系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行闡述 實施例1
圖3為本發(fā)明技術(shù)方案的其中一個具體實施例，如圖3所示，總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，包括采樣槍體，采樣槍一端有進氣口 1，另一端設(shè)置煙氣出口 2，吸附管固定器3設(shè)置在采樣槍后端近煙氣出口位置，所述的吸附管固定器3為設(shè)置在采樣槍槍管內(nèi)壁、凸起形成的卡槽， 吸附管固定器3為耐高溫橡膠材料(本實施例采用硅橡膠)制成，吸附管由卡槽后部插入固定。為便于吸附管的更換，可在采樣槍后部設(shè)置成可拆卸或可打開結(jié)構(gòu)，并與采樣槍槍體氣密連接，即采樣槍吸附管固定器3位置之后部分整體為所述的換樣蓋，換樣蓋對應(yīng)采樣槍體位置為換樣開口，吸附管可由換樣開口推入卡槽即可，換樣方便快捷。為便于操作，還包括一個采樣槍握持部5，采樣槍體上設(shè)置加熱層4。采樣時采樣槍通過設(shè)置在煙道壁6的采樣孔伸入煙氣管道內(nèi)，吸附管放置在卡槽中，采樣管一端與煙氣出口連接，依次連接冷凝器、干燥裝置后，采樣管末端與采樣控制臺連接，即可完成采樣準(zhǔn)備工作，可使用采樣槍開始作業(yè)。在開設(shè)了專用采樣口或者采樣口位置設(shè)置的對裝法蘭的采樣煙道，可在采樣槍上配裝安裝法蘭7，與煙道采樣口的對裝法蘭對接安裝，可更好固定采樣槍。實施例2
圖4為本發(fā)明技術(shù)方案的另一個具體實施例，圖4為采樣槍呈換樣時的拆卸狀態(tài)示意圖，換樣開口呈打開狀態(tài)；采樣槍結(jié)構(gòu)同實施例1基本相同，實施例2中，吸附管固定器改為設(shè)置在吸附管位置前后兩端的限位器，包括設(shè)置在采樣槍前端的前限位器8，設(shè)置在采樣槍后部的后限位器9，此時采樣槍后部整體為換樣蓋，采樣槍前端對接位置10和采樣槍后端對接位置11為相互配合密封結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置為對應(yīng)配合的內(nèi)外螺紋或磨砂接口，達到氣密連接即可。本發(fā)明所述的吸附管固定器，包括但不限于上述兩種實施方式，例如收束式V型槽等，均為環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域采樣用品常用固定方式，達到能夠固定吸附管位置、使其相對采樣槍穩(wěn)定放置功能的固定方式均可使用；又例如換樣蓋，僅為說明達到工作狀態(tài)下封閉換樣開口位置即可，可設(shè)置在采樣槍側(cè)面，覆蓋采樣槍側(cè)面，或作為采樣槍整體的后半部分，本發(fā)明中的名稱僅起表述作用，并不限定必須為蓋狀結(jié)構(gòu)，對于采樣槍對應(yīng)的換樣位置起氣密作用的結(jié)構(gòu)很多，在此不一一贅述。采用本發(fā)明技術(shù)方案的采樣槍，通過采樣槍槍體內(nèi)部的槍管和采樣用的吸附管
5的位置配合設(shè)計，避免了以往采樣槍中吸附管前置造成的煙氣流動方向與吸附管內(nèi)氣流方向相互垂直的技術(shù)缺陷，采用本方案的采樣系統(tǒng)，不論煙道情況如何，在采樣位置選擇上，確保滿足GB16157-1996《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》中 4. 2. 1. 1 “采樣位置應(yīng)設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于6倍直徑和距上述部件上游方向不小于3倍直徑處?！钡囊?guī)定，通過穩(wěn)定采樣氣流以達到更好的采樣精度和采樣效^ ο為減少汞蒸氣在采樣槍槍體內(nèi)壁上的吸附，本發(fā)明采樣槍槍體內(nèi)壁選用PFA、FEP、 PTFE任意一種材料或在槍體內(nèi)壁上覆有防吸附涂層，達到更好的采樣效果；PFA為四氟乙烯一全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，又稱過氟烷基化物、可溶性聚四氟乙烯；FEP為氟化乙烯丙烯共聚物；PTFE中文名稱為聚四氟乙烯；防吸附涂層主要為解決汞蒸氣在采樣槍內(nèi)壁的吸附對采樣結(jié)果帶來不利影響的問題，可采用硅涂層，或者采用上述的PFA、FEP、PTFE材料制成的涂層。在使用在火電廠煙氣采樣時，可在采樣槍外加裝加熱層，用于保持煙氣進入采樣槍后到吸附管位置時的問題，所述的加熱層加熱溫度控制在80°C 150°C之間。針對不同污染物采樣可設(shè)定不同溫度，加熱層電源及溫度控制由采樣控制主機供給、設(shè)定。采樣槍體內(nèi)吸附管固定器對應(yīng)位置設(shè)置吸附腔溫度傳感器，加熱層對應(yīng)位置設(shè)置加熱線溫度傳感器； 兩個溫度傳感器分別與采樣控制主機連接，供采樣主機監(jiān)測工作狀態(tài)下吸附管位置煙氣溫度和加熱層當(dāng)前加熱溫度，以達到更好的溫度控制效果。槍體吸附管固定器對應(yīng)位置設(shè)置換樣開口。換樣開口可根據(jù)采樣槍具體結(jié)構(gòu)調(diào)整，換樣開口上包括一個換樣蓋。所述的換樣蓋以方便更換采樣吸附管以及能夠在工作狀態(tài)下對采樣槍進行密閉為目的，并不局限換樣蓋的樣式及結(jié)構(gòu)。所述的換樣蓋可以為整個采樣槍體的后部，例如，在圖4中，換樣蓋為采樣槍整體后部，所述的后限位器9、煙氣出口 2、采樣槍握持部5均設(shè)置在換樣蓋部分，換樣蓋采用螺紋、磨砂接口等氣密連接方式與采樣槍前端連接即可。實施例3
如圖5所示，采樣本發(fā)明采樣槍的采樣系統(tǒng)，在采樣槍后依次連接冷凝器、干燥裝置， 干燥裝置與采樣控制臺連接；采樣控制臺內(nèi)依次設(shè)置采樣泵、流量計，隔離閥與單向閥串聯(lián)后并聯(lián)連接在采樣泵兩端。采樣控制臺內(nèi)隔離閥前設(shè)置真空壓力傳感器；還可在系統(tǒng)內(nèi)加裝溫度傳感器。采樣系統(tǒng)主要部件按照30B標(biāo)準(zhǔn)配置調(diào)試。圖5中新增的附圖標(biāo)記對應(yīng)部件如下12、冷凝器；13、干燥裝置；14、隔離閥；15、 真空壓力傳感器；16、采樣泵；17、單向閥；18、流量計；19吸附腔溫度傳感器；20、加熱線溫度傳感器；21、溫度傳感器；22、吸附管；23、采樣控制臺。A為煙氣進氣口，B為系統(tǒng)排空口， 箭頭為煙氣流動方向。系統(tǒng)各部件主要功能如下
冷凝器經(jīng)加熱管線輸送進來的煙氣，冷凝器冷凝除水，脫除煙氣中大部分水分。干燥裝置采用干燥劑吸水的方式再次除水。隔離閥控制氣路通斷，采樣時打開隔離閥；氣密性檢查時分為兩種狀態(tài)1、靜態(tài)檢查將采樣槍和采樣系統(tǒng)連接完畢，用氣密性檢查帽堵住采樣槍進氣口，打開采樣泵抽氣路內(nèi)呈負壓后，關(guān)閉隔離閥，觀察真空壓力傳感器示數(shù)變化情況；2、動態(tài)檢查將采樣槍和采樣系統(tǒng)連接完畢，關(guān)閉單向閥支路，啟動采樣泵，此時在煙氣管路內(nèi)形成負壓，觀察流量計示數(shù)與負壓間的關(guān)系；氣密性檢查判定數(shù)據(jù)參照30B方法中的要求。真空壓力傳感器用于采樣前和采樣后的設(shè)備氣密性檢查，以及采樣過程中煙氣壓力的測量。采樣泵產(chǎn)生采樣動力將氣體抽入采樣系統(tǒng)。單向閥采樣氣路中采樣泵采用的是隔膜采樣泵，工作的理想狀態(tài)需要保持進出口兩端的壓力偏差不能太大，采用單向閥可以平衡采樣泵兩端的壓力，保護采樣泵，延長采樣泵的壽命。流量計實現(xiàn)采樣系統(tǒng)采樣流量控制和測量。吸附腔溫度傳感器吸附腔的溫度測量，用于吸附腔溫控器的溫度反饋控制。加熱線溫度傳感器加熱層的溫度測量，用于加熱層溫控器的溫度反饋控制。溫度傳感器測量采樣氣路，機箱部分中煙氣的溫度。采樣控制臺整合設(shè)置系統(tǒng)主要部件及傳感器連接，并配備系統(tǒng)電源供給、人機交互單元。采用本發(fā)明的采樣槍及采樣系統(tǒng)在上海某電廠進行了實際采樣實驗，數(shù)據(jù)如下 表1汞采樣數(shù)據(jù)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，包括采樣槍體，采樣槍體一端有進氣口，另一端設(shè)置煙氣出口，其特征在于吸附管固定器設(shè)置在采樣槍后端近煙氣出口位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，其特征在于采樣槍體內(nèi)壁為PFA、 FEP、PTFE任意一種材料或防吸附涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，其特征在于采樣槍體上設(shè)置加熱層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，其特征在于采樣槍體內(nèi)吸附管固定器對應(yīng)位置設(shè)置吸附腔溫度傳感器；加熱層對應(yīng)位置設(shè)置加熱線溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，其特征在于槍體吸附管固定器對應(yīng)位置設(shè)置換樣開口、換樣蓋，換樣蓋在作業(yè)狀態(tài)下與采樣槍氣密連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，其特征在于采樣槍體外配裝安裝法蘭(7)，采樣槍后端設(shè)置采樣槍握持部(5)，所述的吸附管固定器(3)為卡槽結(jié)構(gòu)，采樣槍吸附管固定器(3)位置之后部分為所述的換樣蓋。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，其特征在于采樣槍體外配裝安裝法蘭(7)，采樣槍內(nèi)包括前限位器(8)、后限位器(9)，后限位器(9)位于采樣槍后端的換樣蓋上，采樣槍前端對接位置(10)和采樣槍后端對接位置(11)設(shè)置相互配合的內(nèi)外螺紋或磨砂接口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍，其特征在于吸附管固定器平行設(shè)置兩個。
9.一種采用權(quán)利要求1所述的總氣態(tài)汞煙氣采樣槍的采樣系統(tǒng)，其特征在于采樣槍后依次連接冷凝器、干燥裝置，干燥裝置與采樣控制臺連接；采樣控制臺內(nèi)依次設(shè)置采樣泵、流量計，隔離閥與單向閥串聯(lián)后并聯(lián)連接在采樣泵兩端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的采樣系統(tǒng)，其特征在于采樣控制臺內(nèi)隔離閥前設(shè)置真空壓力傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種總氣態(tài)汞煙氣采樣槍及其采樣系統(tǒng)，屬于煙氣中總氣態(tài)汞的采集裝置領(lǐng)域。為了減少現(xiàn)場工作的負擔(dān)，保證采樣吸附管采樣成功率，本發(fā)明設(shè)計了新型汞采樣槍及其采樣系統(tǒng)，將吸附管安裝在采樣槍后端。采樣槍，包括采樣槍體，采樣槍體一端有進氣口，另一端設(shè)置煙氣出口，吸附管固定器設(shè)置在采樣槍后端近煙氣出口位置。本發(fā)明具有保護采樣用吸附管，有效減少了現(xiàn)場的工作量，提高采樣重復(fù)性，穩(wěn)定流經(jīng)吸附管氣流，提高采樣精度等優(yōu)勢。
文檔編號G01N1/22GK102519760SQ20111044745
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者劉德允, 章曙, 董拯, 陳瑩 申請人:南京埃森環(huán)境技術(shù)有限公司