多程气液相吸收式痕量元素采集系统的制作方法

1.本实用新型涉及烟气中痕量元素监测分析技术领域，具体涉及一种多程气液相吸收式痕量元素采集系统。


背景技术：

2.煤炭燃烧过程中会产生硫氧化物sox、氮氧化物nox，粉尘、痕量元素等大气污染物，造成严重的环境污染问题，大量文献报道：烟气污染物中以亚微米颗粒形式存在的痕量元素排放物具有较大威胁性，痕量元素如汞，砷，铬和铅等在体内富集之后可能会导致器官和组织的病变，对人类的健康和生态环境造成极大危害；
3.汞（hg）对人体神经系统的破坏作用，长期暴露于含汞环境容易出现心理性肌肉运动技能衰退等症状，元素态汞可在全球范围内迁移转化，对整个地球生态环境造成威胁，砷（as）是一种蓄积性的元素，砷可以危害神经细胞，与酶系统巯基相结合造成脑神经和周围神经损伤，使细胞代谢失调，长期慢性中毒可致癌，铬（cr）的六价态是有害的，长期接触还可能引发呼吸道发炎，引起侵皮肤损害甚至诱发肺癌，铅（pb）元素可以损害人体的神经行为、认知功能、造血系统，生殖发育和骨骼等各类器官，另外过量的铅会引起的不可逆转的智力损害；
4.目前，烟气中汞、砷、铅等痕量元素浓度检测采用美国机械材料协会和美国环保署推荐的方法，该法采用一系列撞击瓶（7组）进行化学溶剂吸收，再将吸收后溶液分析化验，计算得到烟气痕量元素浓度，但该方法存在一些严重缺陷：1、撞击瓶内液气接触反应时间短，易造成痕量元素逃逸，给测试结果带来负偏差；2、多组撞击瓶存在密封不严，极易漏风，影响测试结果准确性；3、采样烟气垂直通过滤膜实现飞灰的脱除，导致痕量元素在滤膜上富集和滤膜堵塞，影响测试的准确性和采样系统稳定性。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种多程气液相吸收式痕量元素采集系统，该结构简便、设计合理，实现了飞灰颗粒高效分离，提高了气液相反应速率，有效避免测试数据负偏差，同时采样系统漏气率低，能够有效保证烟气中汞等痕量元素监测分析的准确性。
6.上述的目的通过以下的技术方案实现：
7.一种多程气液相吸收式痕量元素采集系统，其组成包括：采样头，所述的采样头上固定有皮托管的一端，所述的皮托管另一端安装有压差计，所述的采样头通过连接管路与加速管连接，所述的连接管路外部包裹伴热层，所述的加速管贴壁沿切线伸入到飞灰分离器内，所述的飞灰分离器上方安装有分离筒，所述的分离筒底部安装有滤膜，所述的分离筒底部上方通过连接管与冲击管连接，所述的冲击管安装在混合反应器内，所述的混合反应器内依次安装有一级混合罩、二级混合罩、一级混合盘、二级混合盘、三级混合盘。
8.所述的多程气液相吸收式痕量元素采集系统，所述的混合反应器上方通过连接管与干燥箱一端连接，所述的干燥箱另一端依次连接压强计、温度计、流量计、真空泵，所述的
真空泵与排空管连接，所述的干燥箱内部依次安装有3个隔板，所述的隔板平行布置，所述的混合反应器下方连接有放液阀，液面设置在所述的三级混合盘上方。
9.有益效果：
10.1.本实用新型是一种多程气液相吸收式痕量元素采集系统，该结构实现了飞灰颗粒的高效分离，解决了滤膜堵塞导致的痕量元素在滤膜富集问题，同时提高采样过程的可靠性，实现了烟气中气态痕量元素和颗粒态痕量元素的同时采集，气液相多程长时间充分接触反应，解决了烟气痕量元素逃逸问题，提高了测试结果的准确性。
[0011] 2.本实用新型的系统操作简便，设计精巧，有效消除了密封不严缺陷，因而是一种简便、高效的多程气液相吸收式烟气中痕量元素系统，为开展痕量元素的研究提供了便利条件和基础，相比现有系统和方法具备功能全、成本低、准确度高等优点。
[0012] 3.本实用新型采用依次连接的采样头、加速管、飞灰分离器、分离筒、冲击管、混合反应器、干燥箱、流量计和真空泵，其中加速管较其前管路直径变小，且贴壁沿切线伸入飞灰分离器内部，冲击管出口收缩为锥形，混合反应器内部从下至上设有一级混合罩、二级混合罩、一级混合盘、二级混合盘和三级混合盘，烟气中痕量元素充分与吸收液混合反应，被采集下来，能够大幅减小烟气中痕量元素采集过程引入的误差，具有功能全、成本低、操作简便的优点，为开展痕量元素的研究提供了便利条件和基础。
[0013]
附图说明：
[0014]
附图1是本实用新型的结构示意图。
[0015]
附图2是附图1中的飞灰分离器俯视图。
[0016]
附图3是附图1中的三级混合盘俯视图。
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附图4是附图1中的二级混合盘俯视图。
[0018]
附图5是附图1中的一级混合盘俯视图。
[0019]
附图6是附图1中的二级混合罩俯视图。
[0020]
附图7是附图1中的一级混合罩俯视图。
[0021]
其中：1、采样头，2、皮托管，3、伴热层，4-压差计，5、加速管，6、飞灰分离器，7、滤膜，8、分离筒， 9、冲击管，10、一级混合罩， 11、二级混合罩，12、一级混合盘，13、二级混合盘， 14、三级混合盘， 15、液面，16、放液阀，17、混合反应器，18、干燥箱，19、隔板，20、压强计，21、温度计，22、流量计，23、真空泵， 24、排空管。
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具体实施方式：
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实施例1：
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一种多程气液相吸收式痕量元素采集系统，其组成包括：采样头1，所述的采样头上固定有皮托管2的一端，所述的皮托管另一端安装有压差计4，所述的采样头通过连接管路与加速管5连接，所述的连接管路外部包裹伴热层3，所述的加速管贴壁沿切线伸入到飞灰分离器6内，所述的飞灰分离器上方安装有分离筒8，所述的分离筒底部安装有滤膜7，所述的分离筒底部上方通过连接管与冲击管9连接，所述的冲击管安装在混合反应器17内，所述的混合反应器内依次安装有一级混合罩10、二级混合罩11、一级混合盘12、二级混合盘13、三级混合盘14。
[0025]
实施例2：
[0026]
根据实施例1所述的多程气液相吸收式痕量元素采集系统，所述的混合反应器上
方通过连接管与干燥箱18一端连接，所述的干燥箱另一端依次连接压强计20、温度计21、流量计22、真空泵23，所述的真空泵与排空管24连接，所述的干燥箱内部依次安装有3个隔板19，所述的隔板平行布置，所述的混合反应器下方连接有放液阀16，液面15设置在所述的三级混合盘上部。
[0027]
所述的加速管较其前管路直径变小，且贴壁沿切线伸入分离器内部，所述的分离筒下部套有可拆卸筒状滤膜，所述的混合反应器装有5％（v/v）hno3和10％（v/v）h2o2吸收液，所述的冲击管出口收缩为锥形，所述的混合反应器内部从下至上设有一级混合罩、二级混合罩、一级混合盘、二级混合盘和三级混合盘，所述的混合反应器底部设有放液阀；
[0028]
所述的采样头正对烟气流向为标准圆形口，圆形口边缘为薄边，厚度不大于0.5mm；
[0029]
所述的伴热层连有温控系统，可设定伴热温度；
[0030]
所述的皮托管连接金属膜片式压力计，实时监测烟气动、静压强数值；
[0031]
所述的压差计将动、静压强数值计算出烟气流速，反馈信号至流量计；
[0032]
所述的流量计可以根据反馈信号调整成等速采样，也可以设定成固定速度采集样品；
[0033]
所述的流量计包括控制装置和计算系统，控制装置接收前面管路反馈的温度和压强信号，同时接收压差计反馈的烟气动、静压差信号，计算系统可换算出标准状态下瞬时流量计和累计流量计；
[0034]
所述的加速管较其前管路直径变小，烟气流速增加，加速管贴壁沿切线伸入分离器内部；
[0035]
所述的分离筒下部套有可拆卸筒状滤膜，滤膜经高温加热采用石英材质；
[0036]
所述的冲击管出口收缩为锥形，冲击管出口烟气流速大幅增加；
[0037]
所述的一级混合罩呈圆形杯子状，二级混合罩呈倒扣圆形杯状；
[0038]
所述的一级混合盘和三级混合盘为圆环带状，二级混合盘为圆盘形；
[0039]
所述的干燥箱内部装有干燥过的吸水变色硅胶粒。
[0040]
实施例3：
[0041]
根据实施例1-2所述的多程气液相吸收式痕量元素采集系统的采集方法，该方法包括如下步骤：
[0042]
步骤1：向混合反应器加入5％hno3和10％h2o2吸收液，液面至三级混合盘上部20mm，干燥箱内填装干燥后的吸水变色硅胶粒；
[0043]
步骤2：橡胶棒堵塞采样头，开启真空泵进行系统抽真空，压强计真空度为50kpa时关闭真空泵，观察5分钟，压力不降，系统泄漏率不大于3%，系统气密性合格；否则，对采样系统进行泄漏性检查，泄漏率合格方可进行下一步骤；
[0044]
步骤3：将采样头伸入烟道目标采样处，采样头圆口逆着烟气流向，开启伴热层，设定加热温度与烟气温度一致；
[0045]
步骤4：开启真空泵，根据压差计反馈信号，调整流量计，烟气流速采样；
[0046]
步骤5：烟气中的飞灰颗粒在飞灰分离器切割分离下来，无尘烟气进入混合反应器，在一级混合罩、二级混合罩、一级混合盘、二级混合盘和三级混合盘之间发生充分气液相吸收反应，烟气中的痕量元素进入5％hno3和10％h2o2吸收液；
[0047]
步骤6：气液相充分吸收反应后，烟气离开混合反应器，进入干燥箱烟气穿过三道隔板，隔离的吸水变色硅胶粒，烟气中的水分被分离出来；
[0048]
步骤7：烟气温度参数和压强参数在压强计和温度计累计采集，根据采样过程积分的温度参数和压强参数，结合流量计累计体积，折算标准大气压下，273.15k温度下累计采样体积，采集标准体积v为1-2nm3；
[0049]
步骤8：从烟道取出采样头，关闭真空泵，关闭伴热层，停止样品采集；
[0050]
步骤9：开启真空泵进行系统抽真空，橡胶棒堵塞采样头，进行采样后系统气密性复查；
[0051]
步骤10：打开放液阀收集吸收液，放空混合反应器吸收液后，用去离子水冲洗混合反应器三次，将收集的吸收液和冲洗液一起定容至q，同时收集飞灰分离器内飞灰样品，并称重得质量为m；
[0052]
步骤11：吸收液采用电感耦合等离子质谱法分析，某痕量元素分析结果为a，飞灰样品消解后，采用电感耦合等离子质谱法或电感耦合等离子发射光谱法分析，某痕量元素分析结果为b ，烟气中颗粒态某痕量元素浓度为aq/v, 烟气中气态某痕量元素浓度为bm/v。
[0053]
本技术根据采样需求和现场条件，设定伴热层温度和烟温一致，防止烟气温度变化导致痕量元素形态变化，将采样头置于烟道目标采样气体处，皮托管将采样头处的烟气压差数值反馈给流量计，流量计将计算得出的烟气流速，流量计的控制装置通过调整流量保证等速采样；
[0054]
烟气样品在加速管内流速加大，沿飞灰分离器壁切线旋转，烟气中的飞灰颗粒在离心力作用下，撞壁落到飞灰分离器底部，逃逸的飞灰在滤膜被捕集下来，从而实现飞灰颗粒高效分离，同时收集的飞灰可用于分析颗粒态痕量元素；
[0055]
冲击管出口烟气加速撞击破裂成小气泡，与5％（v/v）hno3和10％（v/v）h2o2吸收液发生气液反应，烟气小气泡在一级混合罩升至二级混合罩内，经过一二级混合罩间隙，从二级混合罩下部沿混合反应器壁上升，通过一级混合盘圆孔和二级混合器边缘，再通过三级混合盘圆孔，气液相多程长时间充分接触，实现烟气中的气态痕量元素的采集。