[发明专利]一种壁挂式烟气中重金属元素在线分析装置及其分析方法

说明书

技术领域

本发明属于重金属元素定量分析技术领域，特别涉及一种壁挂式固定污染源烟气中总汞(包括气态汞及颗粒态汞)及其他重金属元素的在线分析仪及其分析方法。

背景技术

随着经济的快速发展，来自燃煤、工业和垃圾焚烧的排放源的污染物增长速度急剧加快，大气污染问题日益突出，尤其是重金属的污染。研究表明，As、Cd、Hg、Pb、Se等元素对环境的危害最为严重，Zn、Ni、Sn、Cu、Be等25种重金属元素属于环境敏感性元素，在浓度很低的情况下，也会对水体、大气、土壤等生态环境造成污染，更为严重的是，这些元素还会危害人类的身体健康。美国环境保护协会指出，燃烧装置排放的大气污染物中，以亚微米量级颗粒形式存在的重金属污染物具有最大的威胁性，几乎是造成所有癌症的原因。

目前，烟气重金属元素在线分析仪一般包括采样单元、富集单元、分析检测单元和控制单元。现场安装应用首先需要解决的难题是如何快速准确采样，一般的采样单元都是经由采样探头、伴热管线进入到分析仪中，管线长度依采样管口和分析小屋的距离不同而存在差异，一般会在10m～40m左右。这种采样方式存在如下问题：

1)存在颗粒物采集过程的损失，管路越长，损失越大，同时管线铺设的弯度不同，损失率各异；

2)较长的管路使在线监测存在不同程度的滞后；

3)污染源中颗粒物的采样必须采取等速采样原则，管路阻力大，对采样泵的流量大小、长期稳定性等要求较高。

从重金属元素在线分析方面，现有技术的问题主要是对总汞的分析难以实现。汞元素具有挥发性，在烟囱、管道中都保持在气态状态，也同时存在于颗粒物中，而且含量都比较低，如何高效、同时富集气态汞和颗粒态汞是解决总汞分析的关键。

此外，烟气重金属元素在线分析还要考虑烟气状态的标准化校正问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单、采样损失率小、准确性高、可靠性高、方便、低成本、模块化的壁挂式固定污染源烟气中总汞等重金属元素在线分析仪及其分析方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种壁挂式烟气中重金属元素在线分析装置，包括壁挂单元、采样和富集样品单元、分析检测单元和控制单元，所述分析检测单元、控制单元和部分采样和富集样品单元集成在分析仪3的壳体内；

-壁挂单元，设置在分析仪3的壳体外侧，用于将分析仪3固定于现场采样口，和/或为防护罩提供固定安装位置；

-采样和富集样品单元，包括采样探头2、采样管4、采样滤膜5、滤膜驱动部件和采样泵11；

采样管4能够上下移动，其入端与伸入烟气中的采样探头2气密连接；当采样管4向下移动贴紧采样滤膜5时，采样探头2、采样管4、采样滤膜5和气体管路12共同形成可控制的、密闭的采样气路；滤膜驱动部件将富集有烟气中颗粒物和气态总汞样品的采样滤膜5传送至分析检测单元；

-分析检测单元，采用X射线荧光光谱技术对采样滤膜5上富集的样品进行激发和元素的特征峰信号采集；

-控制单元，实现在线监测过程的时序控制、采样流量、光管激发和采集信号，同时对元素特征谱进行解谱、矫正、积分以实现待测元素的定量分析。

所述采样管4包括上采样管41和下采样管42；能够调节高度的上采样管41的入端与垂直于烟气方向、水平布置的采样探头2气密连接，采样探头2的采样管口与烟气方向相对；下采样管42的出端气密连接有一段设置有采样泵11的气体管路12，采样滤膜5布置在上采样管41和下采样管42之间。

所述滤膜驱动部件为设置在采样滤膜5两端的喂带轮6和收带轮7。

所述采样管4的入端与被测烟气之间采样管线的长度为0.5～3米。

所述采样探头2和采样管4外侧设置有可加热的套筒，通过加热套筒的方式来避免烟道气在管路中的冷凝现象。

所述采样滤膜5为碘化活性碳纤维膜，满足较高的颗粒物的拦截效率和对气态汞的采集效率。

采样泵11的最大流量大于烟道气的排放流量，以实现采样过程的等速采样。

所述分析装置进一步包括烟气温压流监测器1，烟气温压流监测器1实时采集的烟道气中的温度、压力和流速并实时反馈给控制单元。

所述分析检测单元包括X射线光管8和SDD探测器9；X射线光管8发射X射线激发采样滤膜5上富集的样品；SDD探测器9采集样品中元素的特征峰信号。