[发明专利]适用于对烟气中低挥发性痕量元素取样监测的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及燃煤电厂环保及污染物排放监测技术领域，特别涉及一种适用于对烟气中低挥发性痕量元素进行取样监测的装置及方法。

背景技术

煤炭的元素构成复杂，除了与燃烧直接相关的碳、氢、氧等元素之外，还含有硅、铝、氮、硫、重金属(例如汞、铬、铅、硒、砷等)等诸多元素。这些元素在燃烧过程中发生化学反应，转化为烟气、飞灰、灰渣等不同介质的元素构成，转化的产物对于人体健康、环境污染的效应也不尽相同。其中，烟气中的污染物由于危害大、影响范围广、排放后难以处理，因此是燃煤电厂污染物控制的重点。

随着燃煤电厂超低排放控制工作的推进，粉尘、氮氧化物、二氧化硫等常规污染物已经得到了有效的控制。因此近年来，燃煤电厂的有害痕量元素排放愈来愈受到社会的广泛关注。这主要是由于虽然有害痕量元素的含量普遍很低，但是其生物毒性很高，对于人体健康、环境污染的影响突出。而掌握燃煤电厂有害痕量元素的排放特性、阐明生产过程中有害痕量元素的迁移规律，是实现大气有害痕量元素排放控制的基础，而实现不同烟道位置、不同烟气条件下有害痕量元素及形态的准确监测，则是以上工作的前提。

对于烟气中痕量元素的测量，汞的研究较多，测试方法也较为成熟。但是，烟气中其他痕量元素测量方法的研发则明显滞后，目前国内外的标准方法只有液体吸收法，典型的，如美国EPA Method 29，该方法的原理是：燃煤烟气经过过滤装置去除烟气中的颗粒物之后进入到以硝酸/双氧水、酸性高锰酸钾为吸收液的一系列吸收瓶当中，烟气中的痕量元素被吸收液捕集，然后通过仪器对溶液中的痕量元素浓度进行分析，即可换算得到烟气中的痕量元素浓度。但是，该方法存在操作复杂、对测试人员和过程控制的要求高、容易产生操作误差等问题。

烟气中汞浓度的测量方法中，有一种吸附炭管法，是采用管中的活性炭对烟气中的汞进行吸附，然后进行分析测定，而为了保证测量结果的可靠，需同时采用两只活性炭管进行取样，此外还有其它的质量控制措施。与液体吸收法相比较，吸附炭管法的主要优势在于操作简便，测量结果的准确性更有保障。

但是，吸附碳管法测汞时，要求在除尘器后的微尘条件下进行测试，其核心是防止颗粒物中的汞对测量结果的影响，此时颗粒物中的汞与总汞相比极少，可以保证测量结果的准确。而进行其他痕量元素的测量时，由于其他痕量元素的挥发性往往较低，即使在除尘后，也有很大一部分存在在颗粒物当中，会影响测量结果。而在除尘前的高灰条件下，更是无法采用吸附碳管法对痕量元素进行取样监测。

因此，如何实现吸附炭管法在不同烟气条件下准确进行低挥发性痕量元素排放的取样监测，对掌握燃煤电厂或其它固定源的痕量元素的排放特性和迁移规律，继而进行痕量元素的控制，具有非常重要的意义。所述的不同烟气条件，典型的包括：SCR脱硝前后烟道的高温(300～400℃)高灰烟气，空预器后、除尘器前的低温(100～150℃)高灰烟气，除尘器后的低温低灰烟气。

发明内容

为了实现吸附炭管法在不同烟气条件下能准确进行低挥发性痕量元素的取样监测，本发明在现有EPA 30B方法的基础上，设计了前端采样装置，并针对高温高灰、低温高灰、低温低灰的不同特点，采用了不同的方案，从而提出了一种适用于对烟气中低挥发性痕量元素取样监测的装置及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于对烟气中低挥发性痕量元素取样监测的装置，在高温高灰条件下，在采样枪1的前端安装有高温高灰采样头10，在低温高灰条件下，在采样枪1的前端安装有低温高灰采样头18，在低温低灰条件下，在采样枪1的前端安装有低温低灰采样头22；在采样枪1的前段内安装有活性炭管2，利用高温高灰采样头10、低温高灰采样头18、低温低灰采样头22对采样烟气进行除尘，并调节烟气温度，使得温度满足测量条件且无尘的烟气通过活性炭管2，满足痕量元素的取样条件；

所述高温高灰采样头10的入口设有过滤罩7和多孔板9，在过滤罩7和多孔板9之间装有高温滤膜8，用于过滤飞灰；当采样烟气温度降至满足测量条件时，利用活性炭管2对烟气中的痕量元素吸附取样；

所述低温高灰采样头18的前端侧方设有进行取样的采样口17，低温高灰采样头18内中段，设有多级粗灰挡板19，利用惯性对粗灰进行过滤；低温高灰采样头18内后段，设有多孔板21，并在多孔板21上装有低温滤膜20，用于过滤细灰；无尘的烟气通过活性炭管2采样。