汞監(jiān)控器的制造方法
【專利說明】汞監(jiān)控器
[0001]要求保護(hù)的發(fā)明涉及自動測量汞濃度的分析系統(tǒng)，并且可以用于監(jiān)控工業(yè)和生活污水以及燃燒氣體。
[0002]目前已知的是德國水星儀器的測汞儀PA-2汞工藝分析儀[I]，其被設(shè)計(jì)用于連續(xù)測量致力于焚燒垃圾的企業(yè)、熱電廠、處理設(shè)施等的工業(yè)污水中的汞濃度。汞監(jiān)控器包含:樣品制備模塊，其中利用相應(yīng)試劑發(fā)生樣品的初步氧化；還原模塊，其中在添加還原劑的情況下使汞還原為原子狀態(tài)；氣體交換單元，其中汞元素從液體樣品釋放并進(jìn)入載體氣體；以及分析容器，其中載體氣體輸送汞元素，并且其中用原子吸收法限定所釋放的汞的量。
[0003]模擬的缺陷是:需要執(zhí)行前期工作來選擇使樣品氧化的方法(依賴于樣品基質(zhì)以及汞在樣品中的存在形式)；高度要求在樣品制備和將汞還原為原子狀態(tài)兩者中使用的反應(yīng)物的純度；以及短周期的監(jiān)控器無人操作，這分別由來自還原性溶液和來自樣品的還原劑和硬鹽的沉淀導(dǎo)致。此外，需要頻繁地填充，直到補(bǔ)償耗盡的反應(yīng)物。
[0004]已知用于監(jiān)控汞排放的裝置[2]，其包含:輸入單元，所述輸入單元用于分析氣體樣品；熱霧化器，其中所有的汞化合物離解汞元素的生成；分析容器，所述分析容器能夠被加熱而以相當(dāng)?shù)碾x解產(chǎn)物和基質(zhì)組分來降低汞元素的氧化率；原子吸收光譜儀，所述原子吸收光譜儀允許測量汞元素并且顯著降低基質(zhì)的影響。
[0005]模擬的缺陷是:短周期的監(jiān)控器無人操作，這由分析容器窗口的污染導(dǎo)致；無法使用監(jiān)控工業(yè)用水的裝置，這是因?yàn)榘诠I(yè)用水中的高濃度溶解鹽沉淀在輸入樣品單元和熱霧化器的壁上，還造成阻塞氣體通道。
[0006]德國Sick公司的燃燒氣體MERCEM300Z測汞儀的汞監(jiān)控器[3]是最接近的技術(shù)，其由取樣探頭、氣體管線、樣品輸入單元、熱霧化器、能夠被加熱的分析容器、原子吸收光譜儀和吸出栗組成。燃燒氣體用取樣探頭攝取并被運(yùn)送到監(jiān)控器的輸入部分。其它氣體通入熱霧化器中，其中與其在燃燒氣體中的存在形式無關(guān)的所有汞轉(zhuǎn)化為元素形式；并且進(jìn)入分析容器，其中借助原子吸收光譜儀限定汞濃度。以排出器的形式制造吸出栗附接至分析容器出口。熱霧化器和分析容器的溫度為1000°C。
[0007]原型的缺陷是:短周期的監(jiān)控器無人操作，這由分析容器窗口的污染導(dǎo)致。燃燒氣體具有相當(dāng)復(fù)雜的成分-被釋放并形成于礦物燃料燃燒的各種氣體(C02、SO2、NO、NOxj蒸汽、HC1、HF等)，以及煙霧顆粒。腐蝕性氣體與煙霧顆粒和取樣系統(tǒng)元件的相互作用造成揮發(fā)性化合物的生成，因?yàn)闅怏w溫度約為1000°C，而外側(cè)的窗口的溫度低得多，所以揮發(fā)性化合物沉淀在分析容器的窗口上。窗口的污染造成顯著降低原子吸收光譜儀的探測輻射的強(qiáng)度，結(jié)果造成分析特點(diǎn)的劣化，甚至造成無法進(jìn)行測量。出于同樣的原因，不可能使用該原型來限定汞在各種企業(yè)的工業(yè)用水(包含高百分比濃度的金屬的氯化物和硫酸鹽(硬鹽)的水)中的含量，并且蒸發(fā)和霧化造成這些鹽的蒸汽的形成，這些鹽的蒸汽將沉淀在分析容器窗口上。
[0008]所提出的發(fā)明的任務(wù)是改進(jìn)監(jiān)控器的消費(fèi)特點(diǎn)、增加所述監(jiān)控器的無人操作時(shí)間以及確保所述監(jiān)控器的長期運(yùn)作。
[0009]所設(shè)定的任務(wù)由一種汞監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)，所述汞監(jiān)控器包括輸入樣品單元、熱霧化器、能夠被加熱的分析容器、氣體收集器單元和吸出栗，所述分析容器包含兩個窗口、至少一個輸入氣體端口以及至少兩個輸出氣體端口，所述兩個窗口是透明的并且用于汞的共振輻射，所述分析容器(至少)經(jīng)由所述兩個窗口中的一個窗口與原子吸收光譜儀光學(xué)耦合；所述至少一個輸入氣體端口位于所述分析容器的中央部分中，并且所述至少兩個輸出氣體端口中的每個均位于輸入氣體端口和相應(yīng)的窗口之間，其中所述樣品輸入單元與注射栗聯(lián)接，所述注射栗能夠?qū)⒈环治龅臉悠芬氲剿鰺犰F化器中，并且所述分析容器具有定位在其兩端中的開口，所述開口位于所述窗口和最近的所述輸出氣體端口之間，氣體可經(jīng)由所述開口被供給。
[0010]本發(fā)明的實(shí)質(zhì)在于，保護(hù)氣流產(chǎn)生于分析容器的所述窗口和被分析氣體之間，防止到達(dá)所述分析容器中的熱的被分析氣體與所述窗口的冷表面直接接觸。由于這個事實(shí)，存在于所述被分析氣體中的高揮發(fā)性化合物蒸汽不會凝結(jié)在所述分析容器的所述窗口上，并且所述窗口的用于所述原子吸收分析儀的探測輻射的傳輸系數(shù)保持在工作范圍內(nèi)持續(xù)很長一段時(shí)間。
[0011]所述汞監(jiān)控器還包含噴霧器及其保持器，在所述保持器的內(nèi)壁與所述噴霧器本身之間產(chǎn)生空腔，所述空腔與所述熱霧化器的內(nèi)部空腔連接，所述保持器本身包含將所產(chǎn)生的所述空腔與載體氣體供給部件連接的端口。所述噴霧器包含噴嘴、液體輸入端口以及氣體輸入端口，所述氣體輸入端口借助于氣體液體連通件與所述載體氣體供給部件。所述載體氣體供給部件包含具有三個端口的混合器；在所述三個端口中，第一端口連接到載體氣體源，第二端口連接到水供給部件，并且第三端口連接到所述噴霧器的所述第二端口。
[0012]此外，所述氣體收集器單元借助氣體液體連通件與所述分析容器的輸出端口連接，并且包括氣體液體分離器和液體收集貯存器。
[0013]最后，所述分析容器經(jīng)由第一窗口與所述光譜儀光學(xué)連接并且經(jīng)由第二窗口與回射器連接，所述回射器被分配的方式是，所述光譜儀的已經(jīng)經(jīng)由所述第一窗口通向所述第二窗口的探測輻射應(yīng)該經(jīng)由所述第二窗口返回且經(jīng)由所述第一窗口返回到所述光譜儀。
[0014]在所要求保護(hù)的汞監(jiān)控器中使用所述噴霧器允許為所述霧化器消除機(jī)械式水樣品供給部件，這允許增加供給裝置的可靠性，以及輸入氣溶膠形式的樣品，該氣溶膠減少了沉淀在霧化器壁上的鹽的量。水供給到噴霧器壓縮空氣管中允許降低直接沉淀在它的噴嘴中的鹽的量。在所述分析容器之后安裝所述氣體液體分離器允許從輸出氣流中去除水蒸汽，從而消除水在吸出栗中的凝結(jié)并且為其提供正常的操作模式。使用使穿過所述分析容器的輻射進(jìn)入回射器上、返回到所述分析容器中然后通向光電探測器的光學(xué)方案允許在分析容器的相同線性尺寸上使分析的靈敏度加倍。此外，這樣的方案提供了緊湊的光譜儀結(jié)構(gòu)，這增加了整個光譜儀的工作穩(wěn)定性。
[0015]要求保護(hù)的發(fā)明的實(shí)質(zhì)由下圖例示:
[0016]圖1是汞監(jiān)控器的流程圖。
[0017]圖2是具有噴霧器和氣體供給部件的輸入單元的流程圖。
[0018]圖3是氣體收集器單元的流程圖。
[0019]圖4是分析容器窗口的保護(hù)方案。
[0020]圖5是吸出栗的流量的靈敏度依賴的圖形。
[0021]圖6是熱霧化器中的噴水氣溶膠的模型的照片。
[0022]圖7是分析容器窗口的照片，其中A是具有保護(hù)氣流時(shí)操作14天之后的照片，B是沒有保護(hù)氣流時(shí)操作8小時(shí)之內(nèi)的照片。
[0023]其流程圖呈現(xiàn)在圖1中的汞監(jiān)控器包含:注射栗單元1、樣品輸入單元2、熱霧化器
3、具有窗口 5并且具有輸入氣體端口 6和輸出氣體端口 7的分析容器4、氣體收集器單元
8、吸出栗9(下文中被稱為回流栗)以及原子吸收光譜儀10。分析容器的案例在窗口和輸出端口之間具有開口 11。
[0024]注射栗單元I可以執(zhí)行如下(圖2)。以使其噴嘴被引導(dǎo)向熱霧化器3的內(nèi)部部分這樣的方式將噴霧器13安裝在噴霧器保持器12中，并且所有的組件都被安裝到樣品輸入單元2中。噴霧器14的液體端口連接到開關(guān)液體龍頭(未在圖中示出)，開關(guān)液體龍頭替代地將噴霧器的指定端口與蒸餾水貯存器、標(biāo)準(zhǔn)溶液和待分析樣品連接。噴霧器15的氣體端口連接到混合器17的第一端口 16，混合器17的第二端口 18連接到水供給部件19，并且混合器17的第三端口 20連接到載體氣體供給部件21。載體氣體還經(jīng)由保持器端口 22被供給到噴霧器和噴霧器保持器之間的空腔。
[0025]當(dāng)確定燃燒氣體中的汞含量時(shí)，注射栗單元I可以制成隔膜栗的形式，隔膜栗將被分析氣體從取樣線(未在圖中示出)直接供給到熱霧化器3。
[0026]熱霧化器3可以執(zhí)行為石英管，其一端密封地附接至樣品輸入單元2，并且第二端密封地附接至分析容器4的輸入端口 6。石英管被安裝成與噴霧器13及其保持器12同軸，并且石英管的內(nèi)徑不小于噴霧器保持器12的內(nèi)徑。將石英管內(nèi)側(cè)的溫度維持在600-700°C范圍內(nèi)的加熱器被安裝在石英管的外側(cè)。整個熱霧化器被放置到金屬保護(hù)外殼中。
[0027]分析容器4可以制成柱體的形式，使輸入端口 6密封地焊接到中間部分，并且兩個帶框窗口 5被安裝在其對接端上。輸出端口 7在接近窗口的那兩側(cè)被安裝在窗口 5和輸入端口 6之間。為了形成保護(hù)氣流，開口 11被設(shè)置在窗口 5和輸出端口 7之間，或者空氣可以經(jīng)過其進(jìn)入分析容器的額外的輸入端口被安裝在窗口 5和輸出端口 7之間。把被分析氣體的溫度維持在600-750°C范圍內(nèi)的加熱器被安裝在分析容器的內(nèi)部部分中。
[0028]氣體收集器單元8可以進(jìn)行如下(圖3)。分析容器4的輸出端口 7借助過熱蒸汽連通件23連接到氣體液體分離器24，氣體液體分離器24可以制成回流制冷器的形式，冷卻的水在該回流制冷器的外部冷凝器套中流動，并且過熱蒸汽混合物進(jìn)入其內(nèi)部部分。分離器24的一端連接到液體收集貯存器25，在過熱蒸汽混合物冷卻之后，水進(jìn)入液體收集貯存器25。分離器24的第二端連接到執(zhí)行為隔膜栗的吸出栗9。
[0029]原子吸收光譜儀10可以制成具有直接塞曼效應(yīng)的汞原子吸收分析儀[4]，其特征在于高的測量選擇性。
[0030]讓我們考慮確定熱電廠的工藝水中汞的總含量的示例的汞監(jiān)控器操作。作為分析目標(biāo)的工藝水的細(xì)節(jié)在于，它包含被溶解的高濃度硬鹽(1- 5% )。待分析的水進(jìn)入連接到開關(guān)液體龍頭的輸入的罐。閥的其它輸入連接到蒸餾水貯存器，并且標(biāo)準(zhǔn)溶液有必要進(jìn)行監(jiān)控器的空白測量和校準(zhǔn)。
[0031]開關(guān)液體龍頭的輸出連接到噴霧器的液體端口。壓縮空氣源連接到噴霧器的氣體端口。例如借助穿過噴霧器的灰塵和油污過濾器由灰塵和油污蒸汽純化的壓縮空氣在氣體噴嘴的區(qū)域中產(chǎn)生抽真空(文氏管效應(yīng))，這造成從噴霧器的液體通道抽吸液體并使液體進(jìn)入氣體噴嘴。在氣體噴嘴中由快的空氣流實(shí)現(xiàn)了慢慢引入的液體，這造成水氣溶膠的形成