本发明专利技术公开了一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，包括内管(2)，所述内管(2)内设有一级台阶挡板(7)将其分为取样段和烟气通道段；第一高温滤芯(4)与第一内芯短管(3)之间为颗粒物收集室；第二高温滤芯(6)与第二内芯短管(5)之间为气相重金属吸附室，所述气相重金属吸附室灌注有吸附剂颗粒；所述烟气通道段尾端与输气管(13)固定连接，所述输气管(13)上设有抽气泵(11)，且其出气端与在线检测烟气成分的设备连接，在燃煤燃气重金属吸附的同时实现烟气成分一体化分析。本发明专利技术还公开了一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置的使用方法，解决重金属取样过程容易反应难题，具有较高重复性。
Integrated sampling device and method for heavy metal adsorption and flue gas component analysis of coal-fired flue gas
【技术实现步骤摘要】
燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置及方法
本专利技术属于燃煤装置
，更具体地，涉及一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置及方法。
技术介绍
煤炭在我国一次能源消费中占主导地位，2017年煤炭消费约占中国一次能源消费总量的69％，尤其是在火力发电领域，燃煤发电占90％。煤中元素根据浓度可分为大量元素C、H、O、N、S等，其浓度大于1000ppm；微量元素Si、Al、Ca、Mg、K、Na、Fe、Mn、Ti、F、Cl、Br、I等，其浓度为100-1000ppm；痕量元素As、Se、Pb等，其浓度低于100ppm。煤中重金属包括砷(As)、镉(Cd)、锰(Mn)、钴(Co)、铅(Pb)、汞(Hg)、硒(Se)、铬(Cr)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、铁(Fe)、锑(Sb)等，这些元素的含量较低，但由于燃煤电厂巨大的煤耗量，造成的排放量亦十分巨大。随着环保要求的提高，国内社会对重金属等污染物排放限制也提上日程。但国内现行的火电厂大气污染物排放标准仅对Hg的排放进行了明确的限定，而对其他痕量元素的排放限制还处于空白阶段。对比国外实施的先进标准以及国内严峻的环保压力，相关标准的制定亟需完成。目前对火电厂重金属的迁徙、转化、释放、吸附的研究包括采用实验室装置研究和电厂取样研究，电厂取样装置多为取样管和间接取样。取样管取样是将开有气孔的不锈钢管放入锅炉烟气通道内，通过采样管末端抽气泵将烟气抽出，烟气经溶液浸洗，重金属溶于溶液。新型的取样管增加了保温装置和烟气冷却系统，成本高昂，仅一根取样管就价值上万元，且适用试验条件苛刻，难以满足锅炉现场试验的要求。且传统取样管装置简陋，采用化学溶液完全吸收，吸收溶液多为强酸，需消耗大量化学试剂，溶液更换操作复杂且容易造成二次污染和危害操作人员健康，新型采样装置设置保温和冷却系统，成本高昂，对实验操作有较高要求，装置应用于高温环境是个难题，此外新型装置复杂，一旦遇到颗粒物堵塞，装置的修复将严重耽误试验进程；间接取样包括对底灰、脱硫石膏、静电除尘器等区域分别取样，工作量大，实施较困难，此外无论是传统取样管和改良后的新型取样管还是间接取样，其目标都是将烟气中重金属尽可能全部取出，而不能对不同存在形态的重金属进行分离。实际上，燃煤烟气中重金属部分以气相存在于烟气中，部分固存于颗粒物中，气相和富集于细小颗粒物的重金属难以被除尘设备捕获，对环境危害较大，因此研究重金属在不同温度下的存在形式，对理解真实燃煤锅炉内重金属的迁徙转化规律至关重要，为重金属治理方案和标准的提出提供更加可靠的指导。采用现有试验取样装置研究Pb、As、Se等重金属，电厂实际高温条件下的稳定反应、取样过程中重金属和取样器反应及冷凝到取样器上的重金属影响试验结果以及对气相、固相重金属在高温条件下的分离是个难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，通过一级台阶挡板将内管分为取样段和烟气通道段，其中，烟气通道段内采用交错设置的高温滤芯和内芯短管实现烟气中颗粒物与气相重金属的分离，同时取样段内的吸附剂直接实现对烟气重金属的吸附取样；烟气通道段通过输气管依次与抽气泵和烟气在线分析设备连接，实现在重金属取样的同时完成烟气的组分分析。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，包括内管，所述内管内设有一级台阶挡板将其分为取样段和烟气通道段；其中，所述一级台阶挡板至所述取样段顶部依次交错设有第二高温滤芯、第二内芯短管、第一高温滤芯以及第一内芯短管，且所述第一高温滤芯与所述第一内芯短管之间为颗粒物收集室，用于吸附燃煤烟气颗粒物；所述第二高温滤芯与所述第二内芯短管之间为气相重金属吸附室，所述气相重金属吸附室灌注有吸附剂颗粒，用于吸附烟气中气相重金属；所述烟气通道段位于所述取样段尾部，且所述烟气通道段尾端与输气管固定连接，所述输气管上设有抽气泵，且所述抽气泵出气端与在线检测烟气成分的设备连接，在燃煤燃气重金属吸附的同时实现烟气成分一体化分析。进一步地，所述烟气通道段外壁设有外管，且所述外管尾部设有分别冷却水入口和冷却水出口，所述冷却水入口与循环水泵连接。进一步地，所述外管和所述内管之间设有与其平行且顶部具有开口的分隔管，所述内管与所述分隔管之间形成第一换热冷却水通道，所述分隔管与所述外管之间形成第二冷换热冷却水通道。进一步地，所述内管和所述分隔管之间，以及所述分隔管与所述外管之间设有若干换热器翅片。进一步地，所述冷却水入口设于所述第一冷却水通道底部，所述冷却水入口设于所述第二换热冷却水通道底部。进一步地，所述内管的顶端设有保护盖，所述保护盖上设有若干烟气流通开孔，另一端外壁设有螺纹，与所述内管的内螺纹相匹配。进一步地，所述一级台阶挡板至所述保护盖盖帽密合处底端的距离大于两个高温滤芯厚度和两个内芯短管高度之和。进一步地，所述输气管上还设有气体流量计。进一步地，所述第一高温滤芯和所述第二高温滤芯分别由氧化铝、氧化硅、高温陶瓷、合金、玻璃纤维材料中一种或几种制备。按照本专利技术的另一个方面，提供一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置的使用方法，应用于所述的一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，包括如下步骤：S1：取样前，选择相应材料的内芯短管和高温滤芯并依次安装于所述内管，在依次安装完所述第二高温滤芯和第二内芯短管后，在所述气相重金属吸附室内填充吸附剂颗粒，再依次安装所述第一高温滤芯和第一内芯短管，拧紧保护盖；S2：连接循环水管路，打开循环水泵；循环水经冷却水入口进入，由冷却水出口流出；S3：取样时，将所述取样段伸入烟气管道，打开抽气泵，并由气体流量计计量流经烟气体积，将所述抽气泵的出气端与在线检测烟气成分的设备相连，在重金属取样同时，完成烟气组分分析；S4：待吸附反应1-60min后，取出取样装置，待冷却后，打开所述保护盖，分别收集所述第一内芯短管内的颗粒物以及所述第二内芯短管内的吸附剂颗粒，以用于后续进一步分析测试，使用过的内芯短管和高温滤芯用去离子水和稀酸清洗并烘干备用。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，通过一级台阶挡板将内管分为取样段和烟气通道段，其中，烟气通道段内采用交错设置的高温滤芯和内芯短管实现烟气中颗粒物与气相重金属的分离，同时取样段内的吸附剂直接实现对烟气重金属的吸附取样；烟气通道段通过输气管依次与抽气泵和烟气在线分析设备连接，实现在重金属取样的同时完成烟气的组分分析。(2)本专利技术的燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，外管与内管之间存在对流换热冷却水通道，冷却水在烟气通道段外冷却吸附后的烟气，保证了流量计和抽气泵的安全，且不影响吸附反应温度。且在换热器翅片的作用下，冷却水在通道中流通的过程中，能够得到缓冲，使冷却本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，其特征在于，包括内管(2)，所述内管(2)内设有一级台阶挡板(7)将其分为取样段和烟气通道段；其中，/n所述一级台阶挡板(7)至所述取样段顶部依次交错设有第二高温滤芯(6)、第二内芯短管(5)、第一高温滤芯(4)以及第一内芯短管(3)，且所述第一高温滤芯(4)与所述第一内芯短管(3)之间为颗粒物收集室，用于吸附燃煤烟气颗粒物；所述第二高温滤芯(6)与所述第二内芯短管(5)之间为气相重金属吸附室，所述气相重金属吸附室灌注有吸附剂颗粒，用于吸附烟气中气相重金属；/n所述烟气通道段位于所述取样段尾部，且所述烟气通道段尾端与输气管(13)固定连接，所述输气管(13)上设有抽气泵(11)，且所述抽气泵(11)出气端与在线检测烟气成分的设备连接，在燃煤燃气重金属吸附的同时实现烟气成分一体化分析。/n
【技术特征摘要】
1.一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，其特征在于，包括内管(2)，所述内管(2)内设有一级台阶挡板(7)将其分为取样段和烟气通道段；其中，
所述一级台阶挡板(7)至所述取样段顶部依次交错设有第二高温滤芯(6)、第二内芯短管(5)、第一高温滤芯(4)以及第一内芯短管(3)，且所述第一高温滤芯(4)与所述第一内芯短管(3)之间为颗粒物收集室，用于吸附燃煤烟气颗粒物；所述第二高温滤芯(6)与所述第二内芯短管(5)之间为气相重金属吸附室，所述气相重金属吸附室灌注有吸附剂颗粒，用于吸附烟气中气相重金属；
所述烟气通道段位于所述取样段尾部，且所述烟气通道段尾端与输气管(13)固定连接，所述输气管(13)上设有抽气泵(11)，且所述抽气泵(11)出气端与在线检测烟气成分的设备连接，在燃煤燃气重金属吸附的同时实现烟气成分一体化分析。
2.根据权利要求1所述的一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，其特征在于，所述烟气通道段外壁设有外管(8)，且所述外管(8)尾部设有分别冷却水入口(11)和冷却水出口(10)，所述冷却水入口(11)与循环水泵(12)连接。
3.根据权利要求2所述的一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，其特征在于，所述外管(8)和所述内管(2)之间设有与其平行且顶部具有开口的分隔管，所述内管(2)与所述分隔管之间形成第一换热冷却水通道，所述分隔管与所述外管(8)之间形成第二冷换热冷却水通道。
4.根据权利要求3所述的一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，其特征在于，所述内管(2)和所述分隔管之间，以及所述分隔管与所述外管(8)之间设有若干换热器翅片(9)。
5.根据权利要求3或4所述的一种燃煤烟气重金属吸附与烟气组分分析一体取样装置，其特征在于，所述冷却水入口(11)设于所述第一冷却水通道底部，所述冷却水入口(10)设于所述第二换热冷却水通道底部。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种燃煤烟气重金属吸...
【专利技术属性】
技术研发人员：余圣辉，张成，何梓谦，袁昌乐，许豪，马仑，谭鹏，方庆艳，陈刚，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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