[发明专利]基于干法富集烟气中总汞的在线分析仪

说明书

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种基于干法富集烟气中总汞的在线分析仪及分析方法。

背景技术

汞及其化合物能够通过多种渠道进入环境，其排放主要分为自然源(火山喷发等)和人为源，其中人为源是最主要的汞污染源，而人为活动中燃料燃烧是最为重要的一方面。有研究表明，全球燃煤汞的排放量占总排放量的65％左右，根据中国煤炭平均含汞量0.188mg/kg计算，我国燃煤行业中大气汞排放的因子最高可达70％以上，而其中燃煤电厂的汞排放占大气汞排放总量的30％以上，居行业首位。汞及其化合物具有很强的生物毒性，可通过呼吸、皮肤接触、饮食等方式进入人体，进入生物体后很难被排出，对人体造成严重危害。因此针对烟气中的总汞进行在线监测具有重要意义。

目前主流的烟气汞在线分析仪主要针对的是气态汞(包括元素汞和离子汞)的测定，针对颗粒汞还无法测定，因此无法实现总汞的检测。针对气态汞的测定主要是通过金汞齐的富集方法，这种方法造价较高，并且富集后均需要高纯的载气吹扫，便于后面采用冷原子荧光或者冷原子吸收技术进行检测，并且无论是冷原子荧光还是冷原子吸收技术，都是直接针对元素态汞(Hg⁰)的检测，为了完成不同价态汞的测定，往往还需要进行汞价态的转换(Hg²⁺→Hg⁰)，一般采用的方法为热催化转化法和高温转化法，其中，热催化转化法是在200～400℃条件下，通过催化反应将离子态汞转化为元素态汞，由于采用了催化反应，使得转化温度相比高温转化温度要低，催化处理相对简单，不需要化学试剂，但是为了防止催化剂中毒需要配置备用转化系统，带来了仪器成本的上升，同时催化剂也存在寿命问题；高温转化法是在高温 (>800℃)条件下，离子汞会被还原成元素态汞，这种方法无需使用化学试剂和催化剂，在高温下转化方法可靠，但是对仪器以及管路的要求较高，同时高温存在安全隐患，并带来整体仪器能耗的上升。此外，上述在线分析方法均属于破坏性的检测，无法为后续实验室的数据验证保存样品。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于干法富集烟气中总汞的在线分析仪及分析方法，采用在线X射线荧光无损检测技术，能够针对烟气排放的总汞(包括气态汞和颗粒汞)进行在线分析，灵敏度、稳定性和重现性良好。

本发明的基于干法富集烟气中总汞的在线分析仪，采用在线X射线荧光分析技术，该分析仪包括吸附剂填装系统、样品富集系统、检测系统、滤膜传动系统以及控制采集系统，其中，吸附剂填装系统实现粉末吸附剂在滤膜表面的填装，能够将粉末吸附剂均匀牢固的填装于滤膜表面，形成针对气态汞的吸附层；吸附剂可采用高分子、活性炭、分子筛、硅胶等吸附改性材料，粉末尺寸可以从纳米尺度到毫米尺度。样品富集系统对样气中的总汞(包括气态汞和颗粒汞)进行富集，通过吸附剂的引入，结合滤膜，能够同时完成烟气中气态汞和颗粒汞的富集，实现烟气中总汞的全富集；检测系统对采集的样品进行在线无损检测，滤膜传动系统是将滤膜在各分系统之间的传送，控制采集系统实现上述各系统的协调运转以及各种数据的采集、处理和存储。

所述吸附剂填装系统包括：放置粉末吸附剂的试剂瓶1、空气压缩机2、第一电磁阀3、喷射装置4、第二电磁阀5、缓冲混合瓶6、第三电磁阀7、填装管升降电机 8、填装样品台9、烟气处理装置10、填装泵11。试剂瓶1中插有PTFE管，保证管的下端口被粉末吸附剂所填埋。试剂瓶1、第一电磁阀3、喷射装置4之间均有PTFE 软管连接。空气压缩机2、喷射装置4、第二电磁阀5、缓冲混合瓶6、第三电磁阀7 之间均采用PTFE管连接。填装管升降电机8通过夹住PTFE管外部控制其上下移动。填装样品台9、烟气处理装置10和填装泵11之间通过气管连接。该系统主要实现粉末吸附剂在滤膜表面的均匀填装。

所述样品富集传动系统包括：第四电磁阀12、采样管升降电机13、采样样品台 14、烟气处理装置10、流量控制器15、抽气泵16。第四电磁阀12前后均连接PTFE 管。采样管升降电机13通过夹住PTFE管外部控制其上下移动。采样样品台14、烟气处理装置10、流量控制器15、抽气泵16之间通过气管连接。通过吸附剂填装系统后的滤膜，通过调节可运转到采样样品台14上方，富集系统通过连续采集样气能够实现对总汞的富集；

所述检测系统包括：X射线光管17、光管高压电源18和X射线荧光检测器19、检测样品台20。X射线光管17与光管高压电源18通过高压电线连接。X射线荧光检测器19通过数据线与工控电脑30连接。