烟气形态汞排放连续监测系统及其监测方法

摘要

本发明涉及一种烟气形态汞排放连续监测系统及其监测方法。监测系统包括通过管路依次相连的取样装置、反应器、气水分离装置和汞测量装置，反应器经第一蠕动泵和装有二价汞吸附溶液的第一容器相连，反应器又经第二蠕动泵和装有二价汞还原溶液的第二容器相连，取样装置、第一蠕动泵、第二蠕动泵及汞测量装置分别和控制电路电连接。监测方法为，先将二价汞吸附溶液抽到反应器中，吸收烟气中的二价汞，由汞测量装置测出烟气中零价汞的浓度，再将二价汞还原溶液抽到反应器中，将二价汞还原为零价汞，此时汞测量装置测出的即为原烟气中二价汞的浓度。本发明结构简单，避免污染环境，可靠性高，实现在线自动化连续监测，提高工作效率及测量精度。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种对烟气中汞含量的测量系统，尤其涉及一种测试方便、可靠性高且测试环保的烟气形态汞排放连续监测系统及其监测方法。

背景技术

汞，尤其是甲基汞具有极大的毒性，对人和动物会造成极大的危害，对神经系统会造成不可逆的损害。零价汞在大气中的停留时间长达0.5～2年，还可以在大气中远距离迁移，从而造成全球性的汞污染。

煤炭是我国的主要能源，燃煤的年耗量巨大。煤炭燃烧后排出的烟气中汞的形态主要以气相二价汞及气相零价汞的形式排出。各形态的汞有其独特的物理化学性质，因此，它们的排放、传播、沉积特性及捕捉方法是不同的。测试烟气中汞的浓度可以随时了解企业燃煤烟气汞排放情况，为探索燃煤烟气汞控制技术以及制定法规限制汞污染排放提供可靠的资料，从而减小汞污染对人类健康和地球生态环境造成的影响。

测试燃煤烟气中的汞浓度，国外采用的经典方法是安大略法，安大略法烟气汞测试系统主要由依次相连的取样管、烟尘过滤器和八个吸收瓶构成，八个吸收瓶置于冰浴中，其中前面三个吸收瓶中装有氯化钾溶液，用于吸收二价汞，第四个吸收瓶中装有硝酸和过氧化氢，用于吸收零价汞，第五、第六和第七个吸收瓶中均装有高锰酸钾硫酸溶液，也用于吸收零价汞，最后一个吸收瓶中装有变色硅胶，用于吸收烟气中的水蒸汽。取样结束后，还要将各个吸收瓶中的吸收液样品进行消解，然后用氯化亚锡的盐酸溶液进行还原，最后分别测定样品中的汞浓度。因此，这种测试方法存在以下不足：八个吸收瓶需要消耗大量化学试剂，成本较高；使用大量有毒、有害、强腐蚀性的化学试剂，污染环境；系统结构复杂，易发生泄漏等故障，可靠性低；样品采集量较多、较大，测试过程只能手工操作，不能在线自动化连续监测，工作效率较低，也影响测量精确度。

发明内容

本发明主要解决原有烟气汞排放浓度测量系统结构复杂、易发生泄漏、可靠性低的技术问题；提供一种烟气形态汞排放连续监测系统，其结构简单，不易发生泄漏，提高监测的可靠性。

本发明同时解决原有烟气汞排放浓度测量方法需采集大量的样品，测试过程只能手工操作，不能在线自动化连续监测，工作效率低，也影响测量精确度的技术问题；提供一种烟气形态汞排放连续监测系统及其监测方法，其样品采集量少，采集及测试过程完全自动化，实现烟气汞排放浓度在线自动化连续监测，工作效率高，也提高测量精确度。

本发明又解决原有烟气汞排放浓度测量方法需要消耗大量有毒、有害、强腐蚀性的化学试剂，既污染环境，又成本较高的技术问题；提供一种烟气形态汞排放连续监测系统及其监测方法，其只需使用少量化学试剂，而且所用化学试剂无毒、无害，既不会污染环境，又降低成本。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的烟气形态汞排放连续监测系统，包括取样装置、反应器、气水分离装置、汞测量装置、第一容器、第二容器和控制电路，取样装置通过管路和反应器相连，反应器再通过管路和气水分离装置相连，气水分离装置再通过管路和汞测量装置相连，第一容器经第一蠕动泵和所述的反应器相连，第二容器经第二蠕动泵和所述的反应器相连，第一容器内装有二价汞吸附溶液，第二容器内装有二价汞还原溶液，所述的取样装置、第一蠕动泵、第二蠕动泵及汞测量装置分别和所述的控制电路电连接。气水分离装置是个密封容器。监测时，通过第一蠕动泵把第一容器中的二价汞吸附溶液抽到反应器中，取样装置从被测烟道中采集烟气，采集到的烟气进入反应器，反应器中的二价汞吸附溶液吸收烟气中的二价汞，然后没有了二价汞的烟气再进入气水分离装置，除去水蒸汽后再进入汞测量装置，由汞测量装置测出烟气中零价汞的浓度。接着通过第二蠕动泵把第二容器中的二价汞还原溶液抽到反应器中，将留在反应器中的二价汞还原为零价汞，带有零价汞的气体再进入气水分离装置，除去水蒸汽后再进入汞测量装置，由汞测量装置测出该气体中零价汞的浓度，这个浓度即为原烟气中二价汞的浓度。这样，被测烟道中排放的烟气中的零价汞和二价汞的浓度都得到了监测。因为汞测量装置只能测定零价汞，所以必须将烟气中的二价汞还原成零价汞，才能测定。本监测系统只用到一个反应器和一个气水分离装置，结构简单，减少了泄漏发生的可能性，提高可靠性，制造成本低，运行成本更低。取样装置、第一蠕动泵、第二蠕动泵及汞测量装置均受控制电路的自动控制，什么时候启动、什么时候停止，控制电路中已编好工作时序，因此整个测试过程不用手工操作，全由系统自动完成，实现在线自动化连续监测，而且对烟气取样一次，汞测量装置前后只需对两个样品进行测量，就能测出烟气中形态汞的浓度，大大提高工作效率，也提高测量精确度。

作为优选，所述的烟气形态汞排放连续监测系统包括一个制冷装置，所述的反应器和气水分离装置设置于制冷装置中。制冷装置一般采用半导体制冷装置，当然也可采用其他制冷设备，如也可将反应器和气水分离装置放置于冰浴中。稳定烟气及反应器中化学试剂的化学性能，有利于气水分离装置除去烟气中的水蒸汽，使汞测量装置的测量数据更可靠、更精确。

作为优选，装在所述的第一容器内的二价汞吸附溶液为氯化钾溶液，装在所述的第二容器内的二价汞还原溶液为由PH调节剂和还原剂组成的复合还原溶液。本技术方案只用到两种化学试剂，大大减少化学试剂的使用量少，降低成本，而且所用化学试剂无毒、无害，也不具有强腐蚀性，因此，不会污染环境，测试过程环保。

作为优选，所述的烟气形态汞排放连续监测系统包括废液桶、第三蠕动泵和第四蠕动泵，所述的反应器经第三蠕动泵和废液桶相连，所述的气水分离装置经第四蠕动泵和废液桶相连，第三蠕动泵、第四蠕动泵分别和所述的控制电路电连接。零价汞测量好后，气水分离装置中的废液由第四蠕动泵抽到废液桶中，清空气水分离装置，提高气水分离装置下一次除去水蒸汽的效果；二价汞测量好后，反应器中的废液由第三蠕动泵抽到废液桶中，气水分离装置中的废液由第四蠕动泵抽到废液桶中，清空反应器及气水分离装置，提高下一次测量的精确性。

作为优选，所述的取样装置包括取样探头、烟尘过滤器和抽气装置，取样探头和烟尘过滤器相连，烟尘过滤器通过伴热管路和所述的反应器的进气口相连，反应器的出气口通过管路和所述的气水分离装置的进气口相连，气水分离装置的出气口通过管路和所述的汞测量装置的进气口相连，汞测量装置的出气口和所述的抽气装置相连。取样探头、烟尘过滤器、反应器、气水分离装置和汞测量装置依次相连构成气体流经通道，抽气装置抽气，被测烟道中的烟气进入取样探头，经烟尘过滤器滤去烟气中的灰尘，流经伴热管路，进入反应器中。抽气装置受控制电路控制，取样方便，由系统自动完成。

作为优选，所述的抽气装置包括射流装置和空压机，空压机和射流装置相连，射流装置再和所述的汞测量装置的出气口相连，所述的射流装置、空压机分别和所述的控制电路电连接。空压机产生压缩空气，提供反吹气源，在射流装置的配合工作下，产生抽力，将被测烟道中的烟气抽到取样探头中。射流装置可采用加热射流装置。

本发明的烟气形态汞排放连续监测系统的监测方法，包括以下步骤：

a. 在所述的控制电路的控制下，所述的第一蠕动泵启动，将装在所述的第一容器中的二价汞吸附溶液注入所述的反应器；

b. 在所述的控制电路的控制下，所述的取样装置采集被测烟道中的烟气并将烟气输送给所述的反应器，在反应器中烟气中的二价汞被反应器中的二价汞吸附溶液吸收，被吸收了二价汞的烟气再进入所述的气水分离装置，气水分离装置将烟气中的水蒸汽除去，除去了水蒸汽的烟气再进入所述的汞测量装置，由汞测量装置测量出烟气中零价汞的浓度；

c. 在所述的控制电路的控制下，所述的第二蠕动泵启动，将装在所述的第二容器中的二价汞还原溶液注入所述的反应器，在反应器中被二价汞吸附溶液吸收的二价汞被还原成零价汞，带有零价汞的气体再进入所述的气水分离装置，气水分离装置将该气体中的水蒸汽除去，除去了水蒸汽的气体再进入所述的汞测量装置，由汞测量装置测量出该气体中零价汞的浓度，这个零价汞的浓度即为原烟气中二价汞的浓度。

本技术方案中，取样装置、第一蠕动泵、第二蠕动泵及汞测量装置均受控制电路的自动控制，什么时候启动、什么时候停止，控制电路中已编好工作时序，因此整个测试过程不用手工操作，全由系统自动完成，实现在线自动化连续监测，而且样品采样量很少，大大提高工作效率，也提高测量精确度。测量所用化学试剂也很少，有效降低成本。

作为优选，所述的烟气形态汞排放连续监测系统包括废液桶、第三蠕动泵和第四蠕动泵，所述的反应器经第三蠕动泵和废液桶相连，所述的气水分离装置经第四蠕动泵和废液桶相连，第三蠕动泵、第四蠕动泵分别和所述的控制电路电连接；所述的监测方法中，在步骤b和步骤c之间还有一个步骤b1，步骤c后还有一个步骤d；步骤b1为：在所述的控制电路的控制下，所述的第四蠕动泵启动，将所述的气水分离装置中的废液排入所述的废液桶中；步骤d为：在所述的控制电路的控制下，所述的第三蠕动泵和第四蠕动泵启动，通过第三蠕动泵将所述的反应器中的废液排入所述的废液桶中，通过第四蠕动泵将所述的气水分离装置中的废液排入所述的废液桶中。零价汞测量好后，气水分离装置中的废液由第四蠕动泵抽到废液桶中，清空气水分离装置，提高气水分离装置下一次除去水蒸汽的效果；二价汞测量好后，反应器中的废液由第三蠕动泵抽到废液桶中，气水分离装置中的废液由第四蠕动泵抽到废液桶中，清空反应器及气水分离装置，提高下一次测量的精确性。

作为优选，所述的取样装置包括取样探头、烟尘过滤器和射流装置、空压机，取样探头和烟尘过滤器相连，烟尘过滤器通过伴热管路和所述的反应器的进气口相连，反应器的出气口通过管路和所述的气水分离装置的进气口相连，气水分离装置的出气口通过管路和所述的汞测量装置相的进气口相连，汞测量装置的出气口和射流装置相连，射流装置再和空压机相连，所述的射流装置、空压机分别和所述的控制电路电连接；在所述的步骤b中，所述的取样装置的取样采集方法为：受所述的控制电路控制，所述的空压机产生压缩空气，所述的射流装置启动，产生抽力，经过由取样探头、烟尘过滤器、反应器、气水分离装置和汞测量装置依次相连构成的气体流经通道，将被测烟道中的烟气抽到所述的取样探头中，采集到的烟气再流经所述的烟尘过滤器进入所述的反应器。空压机产生压缩空气，提供反吹气源，在射流装置的配合工作下，产生抽力，将被测烟道中的烟气抽到取样探头中，采集到的烟气经烟尘过滤器滤去烟气中的灰尘，流经伴热管路，进入反应器中。采样方便，采样也完全自动化。

本发明的有益效果是：1）监测系统结构简单，只需一个反应器和一个气水分离装置，减少了器件故障发生泄漏的可能性，提高可靠性；2）每次监测只需使用极少量的无毒、无害、无腐蚀性的化学试剂，避免对环境造成的污染；3）制造成本低，运行成本更低；4）每次监测样品采样量很少，采集及测量全部实现在线自动化运行，摆脱了手工操作，大大提高工作效率，也提高测量精确度。

附图说明

图1是本发明烟气形态汞排放连续监测系统的一种系统连接结构框图。

图中1.反应器，2.气水分离装置，3.汞测量装置，4.第一容器，5.第二容器，6.第一蠕动泵，7.第二蠕动泵，8.制冷装置，9.废液桶，10.第三蠕动泵，11.第四蠕动泵，12.取样探头，13.烟尘过滤器，14.伴热管路，15.射流装置，16. 空压机，17.被测烟道。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的烟气形态汞排放连续监测系统，如图1所示，包括由取样探头12、烟尘过滤器13、射流装置15和空压机16构成的取样装置及反应器1、气水分离装置2、汞测量装置3、制冷装置8、第一容器4、第二容器5、废液桶9、第一蠕动泵6、第二蠕动泵7、第三蠕动泵10、第四蠕动泵11和控制电路。取样探头12安装在被测烟道17中，取样探头12和烟尘过滤器13相连，烟尘过滤器13通过伴热管路14和反应器1的进气口相连，反应器1的出气口通过管路和气水分离装置2的进气口相连，气水分离装置2的出气口通过管路和汞测量装置3的进气口相连，汞测量装置3的出气口和射流装置15相连，射流装置15和空压机16相连。取样探头12、烟尘过滤器13、反应器1、气水分离装置2和汞测量装置3依次相连构成烟气流经通道。反应器1和气水分离装置2设置于制冷装置8中，该制冷装置为半导体制冷装置。第一容器4通过管路和第一蠕动泵6的进口相连，第一蠕动泵6的出口通过管路和位于反应器1底部的开口相连，第二容器5通过管路和第二蠕动泵7的进口相连，第二蠕动泵7的出口通过管路也和位于反应器1底部的开口相连。第一容器4内装有二价汞吸附溶液，该二价汞吸附溶液为氯化钾溶液，第二容器5内装有二价汞还原溶液，该二价汞还原溶液为由PH调节剂和还原剂组成的复合还原溶液。废液桶9中伸入有一根废液排入管，位于反应器1底部的开口还通过管路和第三蠕动泵10的进口相连，第三蠕动泵10的出口通过管路和废液排入管相连。气水分离装置2的底部也有一个开口，这个开口通过管路和第四蠕动泵11的进口相连，第四蠕动泵11的出口和废液排入管相连。射流装置15、空压机16、第一蠕动泵6、第二蠕动泵7、第三蠕动泵10、第四蠕动泵11及汞测量装置3分别通过电缆和控制电路相连。

上述烟气形态汞排放连续监测系统的监测方法，包括以下步骤：

a.在控制电路的控制下，第一蠕动泵6启动，将装在第一容器4中的氯化钾溶液（二价汞吸附溶液）注入反应器1；

b.在控制电路的控制下，空压机16产生压缩空气，射流装置15启动，产生抽力，经过由取样探头12、烟尘过滤器13、反应器1、气水分离装置2和汞测量装置3依次相连构成的气体流经通道，将被测烟道中的烟气抽到取样探头12中，采集到的烟气再流经烟尘过滤器13进入反应器1，在反应器1中，烟气中的二价汞被反应器1中的氯化钾溶液吸收，被吸收了二价汞的烟气再进入气水分离装置2，气水分离装置2将烟气中的水蒸汽除去，除去了水蒸汽的烟气再进入汞测量装置3，由汞测量装置3测量出烟气中零价汞的浓度；

b1.在控制电路的控制下，第四蠕动泵11启动，将气水分离装置2中的废液排入废液桶9中； 

c.在控制电路的控制下，第二蠕动泵7启动，将装在第二容器5中的复合还原溶液（二价汞还原溶液）注入反应器1，在反应器1中，被氯化钾溶液吸收的二价汞被还原成零价汞，带有零价汞的气体再进入气水分离装置2，气水分离装置2将该气体中的水蒸汽除去，除去了水蒸汽的气体再进入汞测量装置3，由汞测量装置3测量出该气体中零价汞的浓度，这个零价汞的浓度即为原烟气中二价汞的浓度；

d.在控制电路的控制下，第三蠕动泵10和第四蠕动泵11启动，通过第三蠕动泵10将反应器1中的废液排入废液桶9中，通过第四蠕动泵11将气水分离装置2中的废液排入废液桶9中。

至此，完成一次烟气形态汞排放监测，重复步骤a～步骤d，可对被测烟道中的烟气形态汞排放进行连续监测。