專利名稱：一種煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污染物排放監(jiān)測領域，尤其涉及一種煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)和方法。
背景技術：
隨著全球工業(yè)化進程的飛速發(fā)展，環(huán)境污染和生態(tài)破壞日益嚴重。汞是有劇毒性的微量元素，具有揮發(fā)性和累積性。如果汞直接或通過大氣沉降進入水體，它將以毒性更大的形態(tài)-甲基汞在魚和動物組織中累積。甲基汞和二甲基汞也可富集于藻類、魚類和其它水生生物中。生物累積導致處在食物鏈頂端的食肉動物體內(nèi)的汞濃度數(shù)千倍甚至數(shù)百萬倍于水中的汞濃度，從而在整個食物鏈中富集。長期吃大量從同一汞污染區(qū)域捕獲的魚的人汞中毒的風險最大。尤其對于育齡婦女風險更大，因為胎兒的神經(jīng)系統(tǒng)對汞更敏感，比成人更容易受到汞的危害。另外汞在空氣中傳輸擴散，最后沉降到水和土壤中，從而對環(huán)境和人體健康構成極大隱患。因此自2011年起，煙氣中汞含量的監(jiān)測也被提上日程并迅速制定了相關的政策規(guī)范和實施要求。目前，對煙氣中汞濃度的監(jiān)測多是利用富集的方法通過抽氣系統(tǒng)將煙氣抽出煙道，然后利用富集材料，如金絲、活性炭等將煙氣中的汞捕捉富集，一定時間以后停止抽氣并記錄總抽氣煙氣體積。隨后通過加熱富集材料的方式將捕捉到的汞釋放出來，由載氣將釋放出來的汞帶入到汞分析儀進行檢測并輸出結果。參見圖1所示，實施上述富集方法的監(jiān)測系統(tǒng)在工作時主要有兩個階段，一是汞富集階段，二是汞監(jiān)測階段。在汞富集階段，系統(tǒng)控制切換三通閥6在系統(tǒng)的控制下使圖中左側和下側氣路導通，在采樣泵11的驅動下，按照流量控制器10設置的采樣流量，煙道1 中的煙氣通過采樣探頭2傳輸?shù)讲蓸庸芫€中。在采樣探頭2內(nèi)裝有粉塵過濾器，過濾后的煙氣達到三通閥3，此三通閥3的作用為切換工作和標定模式。然后煙氣進入到催化反應器 4中，在催化反應器4內(nèi)煙氣中的氧化態(tài)汞被催化還原為元素態(tài)汞，然后氣體經(jīng)過冷凝器5 除濕后被汞富集單元8富集；在汞檢測階段，在富集階段到設定時間后，富集單元8中的富集材料上吸附了足夠多的汞，然后通過系統(tǒng)控制切換三通閥6使圖中右側氣路和下側氣路導通，并對富集單元8進行加熱，使富集材料吸附的汞釋放出來在載氣7的帶動下通入汞分析儀9進行檢測?？梢?，現(xiàn)有技術的富集監(jiān)測方式明顯存在不足之處捕捉煙氣中的汞時需要一定的時間，通常需要幾分鐘到幾十分鐘，而在加熱富集材料使汞全部釋放出來也需要一定的時間，所以該方式不能做到真正的實時連續(xù)監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種煙氣汞排放系統(tǒng)和方法，以解決現(xiàn)有技術中不能實時連續(xù)監(jiān)測的問題，使其監(jiān)測速度快、檢測時間短，真正意義上實現(xiàn)實時連續(xù)監(jiān)測。為此，本發(fā)明解決技術問題的具體方案為
一種煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)，包括采樣裝置、預處理裝置和汞監(jiān)測裝置，其中所述采樣裝置，用于在系統(tǒng)工作時采集煙氣；所述預處理裝置，包括催化反應器，所述催化反應器用于將煙氣中的氧化態(tài)汞轉化為元素態(tài)汞；所述汞監(jiān)測裝置，包括紫外光源、測量池、汞分析器，其中所述測量池，用于所述預處理后的煙氣對紫外光線進行吸收；所述汞分析器，用于記錄所述吸收的吸收度并根據(jù)所述吸收度計算汞的濃度。一種煙氣汞排放監(jiān)測方法，包括以下步驟1)采集煙道中的煙氣；2)將所述采集到的煙氣進行預處理，使所述煙氣中氧化態(tài)的汞轉化為元素態(tài)的萊；3)監(jiān)測所述經(jīng)過預處理的煙氣對紫外光線的吸收并記錄其吸收度；4)根據(jù)所述記錄的對紫外光的吸收度計算煙氣中汞的濃度。與現(xiàn)有技術的富集檢測方式相比，本發(fā)明帶來的主要有益效果是本發(fā)明利用紫外吸收光譜直接檢測煙氣中的汞含量，不需要進行汞富集，故其測量速度快、測量時間短， 真正意義上做到了實時連續(xù)監(jiān)測。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現(xiàn)有技術中煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)工裝圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)結構圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)工裝圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的雙光束雙氣室方式的汞監(jiān)測裝置原理圖；圖5是本發(fā)明實施例提供的煙氣汞排放監(jiān)測方法流程圖；圖6是本發(fā)明實施例提供的另一煙氣汞排放監(jiān)測方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。目前，采用富集方式對煙氣中汞濃度進行監(jiān)測時，由于捕捉煙氣中的汞需要一定的時間，此時間通常為幾分鐘到幾十分鐘，而在加熱富集材料使汞全部釋放出來也需要一定的時間，故此方式不能做到真正的實時連續(xù)監(jiān)測。為此，本發(fā)明提供了一種煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)和方法，以能夠真正意義上實現(xiàn)對煙氣汞排放的實時連續(xù)監(jiān)測。圖2即示出了上述煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)的結構，其可包括采樣裝置100、預處理裝置200和汞監(jiān)測裝置300，其中上述采樣裝置100，用于在系統(tǒng)工作時采集煙氣；上述預處理裝置200，包括催化反應器210，其中上述催化反應器210用于將煙氣中的氧化態(tài)汞轉化為元素態(tài)汞；上述汞監(jiān)測裝置300，包括紫外光源310、測量池320、汞分析器330，其中上述紫外光源310用于發(fā)出紫外光線；上述測量池320用于其內(nèi)的預處理后的煙氣對上述入射的紫外光線進行吸收以造成光能衰減；上述汞分析器330，用于記錄上述對紫外光線進行吸收的吸收度并根據(jù)上述吸收度計算汞的濃度?？梢?，由于本發(fā)明利用紫外吸收光譜直接檢測煙氣中的汞含量，不需要進行汞富集，故其測量速度快、測量時間短，真正意義上做到了實時連續(xù)監(jiān)測。本發(fā)明其他實施例中，上述采樣裝置100具體可包括用于作為采樣驅動的采樣泵；用于探入煙道并對煙氣進行采集的采樣探頭；與采樣探頭相連，用于輸送采集到的煙氣的伴熱管線。本發(fā)明其他實施例中，上述煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)還可包括用于切換工作狀態(tài)與標定狀態(tài)的第一三通閥。本發(fā)明其他實施例中，上述煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)還可包括用于切換測量煙氣中氧化態(tài)汞含量和煙氣中元素汞含量的第二三通閥。本發(fā)明其他實施例中，上述煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)還可包括用于對監(jiān)測結果進行顯示的顯示單元。本發(fā)明其他實施例中，上述預處理裝置200還可包括用于去除經(jīng)還原后的煙氣中水蒸氣的除濕器。本發(fā)明其他實施例中，上述預處理裝置200還可包括用于當除濕后的氣體中濕度大于設定閾值時，發(fā)出報警信號的煙氣濕度報警器。本發(fā)明其他實施例中，上述預處理裝置200可包括用于過濾去除水蒸氣后的煙氣的過濾器。本發(fā)明其他實施例中，汞分析器330具體可包括光電傳感器，其用于接收光能衰減導致的光能變化，并將所述光能變化的光信號轉化為電信號；第一中央處理器，其用于對所述電信號代表的吸收度進行計算，得到監(jiān)測結果。利用上述煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)對煙氣進行監(jiān)測時，具體可采用單光束單氣室的方式，為了更加詳細地描述此種方式，本發(fā)明實施例提供了該方式下的煙氣汞監(jiān)測系統(tǒng)工裝圖，參見圖3，上述煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)的具體工作流程為步驟A、煙道1中的煙氣在采樣泵12的驅動下，通過加熱采樣探頭2進入到伴熱管線3中，進而通過伴熱管線3傳輸?shù)饺ㄩy4，由系統(tǒng)控制該三通閥的工作途徑后，采樣煙氣進而通過三通閥5后進入到催化反應器6中；其中，采樣探頭為防止煙氣中的汞、水蒸氣及酸性氣體凝結造成的汞損失和部件腐蝕等現(xiàn)象，其采用加熱探頭，加熱溫度為180度，當然，在本發(fā)明其他實施例中，探頭的加熱溫度也可設置為其他的溫度，如205度等，只要能在煙氣酸露點以上防止煙氣成分凝結及汞吸附即可；采樣探頭內(nèi)的采樣管材料采用361惰性不銹鋼并在表面涂有PFA，用來減少汞吸附造成的損失；加熱探頭具有反吹單元，用來保護探頭內(nèi)部的粉塵過濾器，防止過濾器堵塞；采樣管線采用伴熱管線，其材料為PTFE特氟龍，也可以選用其他材料，如石英，只要能防止汞吸附即可；三通閥A和B采用電加熱三通閥，閥體加熱溫度為180度，當然同樣該溫度可設置為在煙氣酸露點以上的其他溫度，三通閥A用于切換工作狀態(tài)與標定狀態(tài)，三通閥B用來切換測量煙氣氧化態(tài)汞含量和測量煙氣中元素汞含量。步驟B、在催化反應器6中煙氣中的氧化態(tài)汞被還原為元素態(tài)的汞。之后通過冷凝器7去除掉煙氣中的水蒸氣，再通過過濾器8對上述煙氣進行過濾；催化反應器中催化劑材料為亞硫酸鈉和碳酸鈣的混合物，催化劑載體為活性氧化鋁，催化劑用來將煙氣中的氧化態(tài)汞轉化為元素態(tài)的汞，當然，催化劑材料也可以選用其他材料，只要能與煙氣中的氧化態(tài)汞起催化還原反應將其換為元素態(tài)汞即可，也可以不采用催化劑而直接將煙氣加熱到800度以上高溫的方式進行轉化；去除煙氣中水分的制冷器也可采用其他方式，如用壓縮機除濕。步驟C、上述經(jīng)過過濾的煙氣進入到測量池9中，此時紫外光源11發(fā)出紫外光線， 并通過狹縫入射到測量池9中，在測量池9中上述煙氣中的汞對上述紫外光線進行吸收以致造成了光能衰減；上述由于紫外光線被吸收造成的光能衰減被光電傳感器10接收，進而光電傳感器10將接收到的光信號轉化為電信號并輸出到中央處理器，中央處理器根據(jù)上述電信號進行計算最終得出煙氣中汞的含量。本發(fā)明其他實施例中，上述紫外光線也可通過其他方式入射至測量池中，如光纖傳輸?shù)姆绞健Ｒ驘煔庵谐谧贤夤庾V有很強的吸收，還存在其他的成分同樣對汞有很強的吸收，如NO、SO2、NH3等，因此這類氣體對紫外光線的吸收將與汞吸收發(fā)生部分重疊，嚴重時會湮沒汞吸收信號。采用這種單光束的監(jiān)測方式容易受到上述幾種氣體的干擾，抗干擾能力差。針對上述情況，本發(fā)明其他實施例中，還可采用雙光束雙氣室的監(jiān)測方式。對應于此種方式，上述汞監(jiān)測裝置300還可包括汞吸收單元和參考池，其中，上述汞吸收單元用于接收經(jīng)過上述測量池的煙氣，并對其進行汞吸收，以致處理后的煙氣中不再含有汞成分；上述參考池，用于接收上述經(jīng)過汞吸收單元的煙氣和接收上述入射的紫外光線，使上述煙氣中的其他能吸收紫外光線的氣體，如NO、SO2, NH3等，吸收紫外光線，以造成光能衰減。相應地，雙光束雙氣室方式下，上述汞分析器330包括第一光電傳感器，用于接收所述測量池中的光能衰減導致的光能變化，并將光信號轉化為電信號；第二光電傳感器， 用于接收所述參考池中的光能衰減導致的光能變化，并將光信號轉化為電信號；第二中央處理器，用于接收所述第一光電傳感器和第二光電傳感器輸出的電信號，并對兩個電信號代表的吸收度進行差分處理，進而根據(jù)差分結果計算出汞濃度。圖4即示出了雙光束雙氣室方式下汞監(jiān)測裝置300的原理紫外光源1發(fā)出的光線經(jīng)過兩個分離的狹縫后同時進入了測量池3和參考池7，被池中的氣體吸收后，所產(chǎn)生的光能變化由分別對應的光電傳感器吸收并輸出電信號，如圖中粗線箭頭所示，氣體中的汞會吸收紫外光源的能量造成光能衰減，根據(jù)朗伯比爾定律，衰減的程度與汞濃度成比例關系且滿足朗伯比爾吸收公式。經(jīng)過預處理后的煙氣氣體由氣體進口處首先進入到測量池3， 然后經(jīng)過汞吸收單元被其中的汞吸附劑吸收掉氣體中的汞后進入到參考池7中，如圖中細線箭頭所示。PLC計算經(jīng)過兩個氣體后的差分信號來計算汞濃度。這種監(jiān)測方式可以大大提高抗干擾能力，煙氣中除汞以外的其他氣體成分會在測量池中和參考池中同時存在，從而作為背景信號被差分除掉。上述系統(tǒng)中，上述紫外光源經(jīng)由兩個狹縫產(chǎn)生兩束光，一束入射至測量池，一束入射至參考池，本發(fā)明其他實施例中，兩束光也可以由其他方式產(chǎn)生，比如采用半反半透鏡， 相應的，兩束光也可以由光纖傳輸至測量池與參考池，采用光纖傳輸可以不用兩個狹縫或半反半透鏡；上述汞吸收劑為碘活性炭，當然，汞吸收材料也可選用其他材料，如金絲或金膜，只要能吸收煙氣中的汞即可。由于雙光束雙氣室方式與單光束單氣室方式各自所對應的監(jiān)測系統(tǒng)的采樣裝置 100與預處理裝置200是完全相同的，故雙光束雙氣室方式中只對系統(tǒng)中的汞監(jiān)測裝置300 進行了詳細描述，其他部分可以參照單光束單氣室方式的實施例的相應內(nèi)容，不再贅述。對應于上述單光束單氣室的監(jiān)測系統(tǒng)本發(fā)明實施例還公開了一種煙氣汞排放監(jiān)測方法，參見圖5所示流程圖，上述方法具體為從煙道中采集煙氣；對煙氣進行催化還原、 去除煙氣中的水蒸氣、對煙氣進行過濾；將經(jīng)過預處理的煙氣進行紫外光線吸收；接收光能變化并將其轉化為電信號；根據(jù)上述電信號計算煙氣中汞的濃度。對應于上述雙光束雙氣室的監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明實施例還公開了一種雙光束雙氣室監(jiān)測方法，請參見圖6。由于其與單光束單氣室方式的方法在采集和預處理階段均相同，參見上述方法即可，不再贅述，這里僅指出其不同之處在煙氣進行紫外光線吸收的基礎山， 同時對經(jīng)過汞吸收之后的煙氣也進行紫外光線的吸收，對兩個光能變化轉化后的電信號做差分處理，從而將背景信號，如NO、SO2, NH3等造成的干擾被查分去除。本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對于實施例公開的方法而言，由于其與實施例公開的系統(tǒng)相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見系統(tǒng)部分說明即可。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括采樣裝置、預處理裝置和汞監(jiān)測裝置，其中所述采樣裝置，用于在系統(tǒng)工作時采集煙氣；所述預處理裝置，包括催化反應器，所述催化反應器用于將煙氣中的氧化態(tài)汞轉化為元素態(tài)萊；所述汞監(jiān)測裝置，包括紫外光源、測量池、汞分析器，其中所述測量池，用于使其內(nèi)的預處理后的煙氣對紫外光源發(fā)出的紫外光線進行吸收；所述汞分析器，用于記錄吸收度并根據(jù)所述吸收度計算汞的濃度。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣裝置具體包括 采樣泵，用于作為采樣驅動；采樣探頭，用于探入煙道，對煙氣進行采集； 伴熱管線，與采樣探頭相連，用于輸送采集到的煙氣。
3.根據(jù)權利要求1述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于切換工作狀態(tài)與標定狀態(tài)的第一三通閥。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括第二三通閥，其用于切換測量煙氣中氧化態(tài)汞含量和煙氣中元素汞含量。
5.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理裝置還包括除濕器，其用于去除經(jīng)還原后的煙氣中的水蒸氣。
6.據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理裝置還包括煙氣濕度報警器，其用于當除濕后的氣體中濕度大于設定閾值時，發(fā)出報警信號。
7.據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預處理裝置還包括過濾器，其用于過濾去除水蒸氣后的煙氣。
8.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汞分析器包括光電傳感器，用于接收光能衰減導致的光能變化，并將所述光能變化的光信號轉化為電信號；第一中央處理器，用于對所述電信號代表的吸收度進行計算，得到監(jiān)測結果。
9.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汞監(jiān)測裝置還包括 汞吸收單元，用于接收經(jīng)過所述測量池的煙氣，并對所述煙氣進行汞吸收； 參考池，用于使其內(nèi)的經(jīng)過汞吸收的煙氣對紫外光線進行吸收。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汞分析器包括第一光電傳感器，用于接收所述測量池中的光能衰減導致的光能變化，并將光信號轉化為電信號；第二光電傳感器，用于接收所述參考池中的光能衰減導致的光能變化，并將光信號轉化為電信號；第二中央處理器，用于接收所述第一光電傳感器和第二光電傳感器輸出的電信號，并對兩個電信號代表的吸收度進行差分處理，進而根據(jù)差分結果計算出汞濃度。
11.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于顯示監(jiān)測結果的顯示單元。
12.—種煙氣汞排放監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟 1)采集煙道中的煙氣；2)將所述采集到的煙氣進行預處理，使所述煙氣中氧化態(tài)汞還原為元素態(tài)汞；3)使經(jīng)過預處理的煙氣對紫外光線進行吸收；4)記錄吸收度并根據(jù)所述吸收度計算煙氣中汞的濃度。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟 將被還原為元素態(tài)汞的煙氣中的水蒸氣除去。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，還包括如下步驟 對除水蒸氣后的煙氣進行過濾。
15.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述步驟4)具體包括 接收光能衰減導致的光能變化，并將所述光能變化的光信號轉化為電信號； 對所述電信號代表的吸收度進行計算，得到監(jiān)測結果。
16.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括 對經(jīng)過所述測量池的煙氣進行汞吸收；使經(jīng)過汞吸收的煙氣對紫外光線進行吸收。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述步驟4)具體包括 接收所述測量池中的光能衰減導致的光能變化，并將光信號轉化為電信號； 接收所述參考池中的光能衰減導致的光能變化，并將光信號轉化為電信號；接收所述第一光電傳感器和第二光電傳感器輸出的電信號，并對兩個電信號代表的吸收度進行差分處理，進而根據(jù)差分結果計算出汞濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煙氣汞排放監(jiān)測系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括采樣裝置、預處理裝置和汞監(jiān)測裝置，其中所述采樣裝置，用于在系統(tǒng)工作時采集煙氣；所述預處理裝置，包括催化反應器，所述催化反應器用于將煙氣中的氧化態(tài)汞轉化為元素態(tài)汞；所述汞監(jiān)測裝置，包括紫外光源、測量池、汞分析器，其中所述測量池，用于所述預處理后的煙氣對紫外光線進行吸收；所述汞分析器，用于記錄所述吸收的吸收度并根據(jù)所述吸收度計算汞的濃度。由于本發(fā)明利用紫外吸收光譜直接監(jiān)測煙氣中的汞含量，不需要汞富集單元，測量速度快，真正意義上做到了實時連續(xù)監(jiān)測。
文檔編號G01N1/14GK102564986SQ20111045750
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權日2011年12月30日
發(fā)明者崔厚欣 申請人:北京雪迪龍科技股份有限公司