一种垃圾焚烧烟气中汞的采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种垃圾焚烧烟气中汞的采集装置。


背景技术：

2.汞作为危害最大的重金属之一，由于难降解及生物富集性，由其所引起的污染日益受到关注。据统计2016年我国生活垃圾焚烧汞输入量为59.78吨，2010—2016年生活垃圾焚烧过程的汞输入量增长了3.66倍，因此垃圾焚烧是汞污染的另一个主要来源。垃圾焚烧炉烟气中粉尘、水分、hcl、sox和nox含量高，烟气为高温、高湿、高腐蚀，烟气检测的工况条件恶劣。
3.在烟气中汞以3种形态存在，即元素汞hg0、氧化汞hg
2
和颗粒态汞hg
p
。hg0和hg
2
统称气态汞，以气态形式存在于烟气中，hg0不溶于水且极易挥发，但hg0可被催化氧化为hg
2
。hg
2
可溶于水，也易于被颗粒物所吸附，易于捕集和控制；hg
2
加热至800℃左右可还原为hg0。hg
p
绝大部分可被滤膜过滤器收集。
4.美国环保署公认的汞采样标准方法是用溶液吸收瓶法进行采集，该法对测试技术和人员素质要求较高，对气体样品的采集分析要求苛刻，对试剂的纯度要求高，同时高湿的烟气会造成稀释效应，气体流量也容易受到吸附溶液中粉尘的影响；试剂种类繁多，采集及前期准备工作繁琐，吸收液需现用现配不易携带和保存；采集时间长，要求至少采集2h，仪器分析繁琐，分析结果滞后，需要3～5d才能得到分析结果。
5.在我国使用较多的主要采用活性炭管采集汞，但活性炭容易吸附其他杂质，只能用于净化后空气；烟气中的so2、nox会抑制活性炭对汞的捕获，而且汞容易穿透，装置检测重复性差。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够适用于高温、高湿、高腐蚀的烟气，准确检测烟气中各形态的汞含量且能简单重复使用的垃圾焚烧烟气中汞的采集装置。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种垃圾焚烧烟气中汞的采集装置，包括恒温取样枪和恒温吸附瓶箱，所述恒温取样枪的取样头伸入烟道内，所述恒温取样枪内设置有恒温过滤器，所述恒温取样枪的末端连通恒温吸附瓶箱，所述恒温吸附瓶箱内沿烟气流动方向依次连通有装有粘土矿物类固体吸附剂的第一瓶体和装有固体酸吸附剂的第二瓶体，所述第一瓶体和第二瓶体包括放置腔，所述放置腔包括上腔和下腔，所述上腔的下端套设有扣环，所述下腔的上端套设有一圈卡扣，所述卡扣与扣环互相卡接，上腔与下腔固定配合形成完整的放置腔；所述第一瓶体和第二瓶体分别并列设置有两组。
8.进一步地，所述取样头包括连通管和取样支管，所述连通管与恒温取样枪前端连通，所述连通管包括三个延伸端，所述延伸端连接有多个取样支管，多个所述取样支管的前端设置有取样口。
9.进一步地，所述连通管的三个延伸端延伸呈三角锥形结构。
10.进一步地，所述取样支管以所在的延伸端为水平面具有大于30度的倾斜夹角。
11.进一步地，所述恒温取样枪的内部采用聚四氟乙烯涂膜。
12.进一步地，所述恒温过滤器包括滤膜，所述滤膜为特氟龙滤膜。
13.进一步地，所述恒温取样枪、恒温过滤器和恒温吸附瓶箱的加热温度不低于烟气温度。
14.进一步地，所述第二瓶体内的固体酸吸附剂的固体酸的载体为分子筛。
15.本实用新型的有益效果在于：利用恒温取样枪内的恒温过滤器对烟气中的颗粒态汞分离，其后通过恒温吸附瓶箱内有粘土矿物类固体吸附剂的第一瓶体和装有固体酸吸附剂的第二瓶体分别进行氧化汞的吸附和元素汞的氧化吸附，实现简单的采集操作；通过设置上腔的扣环和下腔的卡扣实现放置腔内容物的快捷取放；设置两组第一瓶体和第二瓶体，两组同时平行采样，确保检测结果的可靠性。
附图说明
16.图1为本实用新型具体实施方式的垃圾焚烧烟气中汞的采集装置的结构示意图；
17.图2为本实用新型具体实施方式的垃圾焚烧烟气中汞的采集装置的取样头的结构示意图；
18.图3为本实用新型具体实施方式的垃圾焚烧烟气中汞的采集装置的第一瓶体和第二瓶体的结构示意图。
19.标号说明：
20.1、恒温取样枪；2、恒温吸附瓶箱；3、采样控制器；4、采样抽气泵；5、除湿装置；6、第一瓶体；7、第二瓶体；8、恒温过滤器；9、取样头；10、连通管；11、取样支管；12、延伸端；13、固定端；14、第一支架；15、第一移动件；16、第二支架；17、第二移动件；18、调节环；19、连接件；20、进气管；21、放置腔；22、出气管；23、上腔；24、扣环；25、下腔；26、卡扣；27、多孔玻板。
具体实施方式
21.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
22.请参照图1至图3，一种垃圾焚烧烟气汞的采集装置，包括恒温取样枪1和恒温吸附瓶箱2，所述恒温取样枪1的取样头伸入烟道内，所述恒温取样枪1内设置有恒温过滤器8，所述恒温取样枪1的末端连通恒温吸附瓶箱2，所述恒温吸附瓶箱2内沿烟气流动方向依次连通有装有粘土矿物类固体吸附剂的第一瓶体6和装有固体酸吸附剂的第二瓶体7，所述第一瓶体6和第二瓶体7包括放置腔21，所述放置腔21包括上腔23和下腔25，所述上腔23的下端套设有扣环24，所述下腔25的上端套设有一圈卡扣26，所述卡扣26与扣环24互相卡接，上腔23与下腔25固定配合形成完整的放置腔21；所述第一瓶体6和第二瓶体7分别并列设置有两组。
23.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：利用恒温取样枪1内的恒温过滤器8对烟气中的颗粒态汞分离，其后通过恒温吸附瓶箱2内有粘土矿物类固体吸附剂的第一瓶体6和装有固体酸吸附剂的第二瓶体7分别进行氧化汞的吸附和元素汞的氧化吸附，实现简
单的采集操作；通过设置上腔23的扣环24和下腔25的卡扣26实现放置腔21内容物的快捷取放；同时设置两组第一瓶体6和第二瓶体7，两组同时平行采样，确保检测结果的可靠性。
24.进一步地，所述取样头9包括连通管10和取样支管11，所述连通管10与恒温取样枪1前端连通，所述连通管10包括三个延伸端12，所述延伸端12连接有多个取样支管11，多个所述取样支管11的前端设置有取样口。
25.从上述描述可知，设置具有三个延伸端12的连通管10和多个取样支管11，通过多个取样口将烟道划分成多个检测区域，将各取样口的烟气收集混合后进行检测，检测结果充分代表烟道内各个位置的气体成分，结果真实可靠同时加大取样量，节省取样时间。
26.进一步地，所述连通管10的三个延伸端12延伸呈三角锥形结构。
27.从上述描述可知，三角锥形的空间结构使得连通管10能够覆盖更多的烟道空间，使得后续的采样更加可靠。
28.进一步地，所述取样支管11以所在的延伸端12为水平面具有大于30度的倾斜夹角。
29.从上述描述可知，取样支管11的大于30度的倾斜夹角使得取样支管11能够覆盖更多的烟道空间，采样数据更加真实可靠。
30.进一步地，所述恒温取样枪1的内部采用聚四氟乙烯涂膜。
31.从上述描述可知，聚四氟乙烯耐高温，抗湿性、高耐腐蚀、高耐磨损、表面不粘性，适用于高温、高湿、高腐蚀的烟气检测环境。
32.进一步地，所述恒温过滤器8包括滤膜，所述滤膜为特氟龙滤膜。
33.从上述描述可知，特氟龙滤膜具有化学稳定性和惰性，适用于化学腐蚀性强、强酸和强碱环境；同时也具有疏水特性，可滤除气体中的水份，适用于垃圾焚烧烟气的检测。
34.进一步地，所述恒温取样枪1、恒温过滤器8和恒温吸附瓶箱2的加热温度不低于烟气温度。
35.从上述描述可知，恒温取样枪1和恒温过滤器8保持的加热温度是为了防止水汽及汞冷凝；恒温吸附瓶箱2保持的加热温度是为了加速粘土矿物类固体吸附剂和固体酸吸附剂对汞的采集。
36.进一步地，所述第二瓶体7内的固体酸的固体酸的载体为分子筛。
37.从上述描述可知，分子筛具有较大的比表面积、开放的三维孔道结构和优良的水热稳定性，能经受苛刻的再生条件。
38.参照图1至图3，本实用新型的实施例一为：
39.一种垃圾焚烧烟气中汞的采集装置，包括恒温取样枪1、恒温吸附瓶箱2、采样控制器3与采样抽气泵4，所述恒温取样枪1的取样头9伸入烟道内，所述恒温取样枪1的内部采用聚四氟乙烯涂膜，聚四氟乙烯耐高温，抗湿性、高耐腐蚀、高耐磨损、表面不粘性，适用于高温、高湿、高腐蚀的烟气检测环境。
40.所述恒温取样枪1内设置有恒温过滤器8，所述恒温过滤器8包括滤膜，所述滤膜为特氟龙滤膜，特氟龙滤膜具有化学稳定性和惰性，适用于化学腐蚀性强、强酸和强碱环境；同时也具有疏水特性，可滤除气体中的水份，适用于垃圾焚烧烟气的检测。
41.所述恒温取样枪1的末端连通恒温吸附瓶箱2，所述恒温吸附瓶箱2的末端连通除湿装置5，所述恒温吸附瓶箱内沿烟气流动方向依次连通有装有粘土矿物类固体吸附剂的
第一瓶体6和装有固体酸吸附剂的第二瓶体7，所述除湿装置5连通采样控制器3，所述采样控制器3连通并控制采样抽气泵4。
42.所述取样头1包括连通管10和取样支管11，所述连通管10与恒温取样枪1前端连通，所述连通管10包括三个延伸端12，所述延伸端12连接有多个取样支管11，多个所述取样支管11的前端设置有取样口，所述取样口呈网格分布在烟道内。
43.所述连通管10的三个延伸端12延伸呈三角锥形结构。
44.所述取样支管11以所在的延伸端12为水平面具有大于30度的倾斜夹角。
45.所述连通管10为可闭合结构，便于外出携带和存放。具体地，所述延伸端12具有弹性，能够相对连通管10侧向偏移一定角度；所述取样头9还包括固定端13、第一支架14、第一移动件15、第二支架16和第二移动件17，所述固定端13设置在三个延伸端12之间并沿取样头9长度方向延伸，所述第一支架14有三个，分别对应三个延伸端12，所述第一支架14一端铰接于固定端13，另一端铰接在第一移动件15上，所述延伸端12朝向固定端13一侧设置有沿其长度方向的第一移动槽，所述第一移动件15可移动地设置在第一移动槽内；所述第二支架16有三个，分别对应第一支架14，所述第二支架16一端铰接于第一支架14上，另一端铰接于第二移动件17上，所述固定端13沿其长度方向设置有第二移动槽，所述第二移动件17可移动地设置在第二移动槽内。
46.所述取样头9的末端套设有沿取样头9长度方向可移动地调节环18，所述调节环18与第二移动件17之间连接有连接件19。
47.所述连接件19相对调节环18可沿调节环18内壁移动，所述取样头9的一侧沿其长度方向设置有齿牙槽，所述调节环18一侧内壁设置有对应齿牙槽的齿牙。当调节环18沿取样头9长度方向移动到合适位置，转动调节环18，使得齿牙侧向嵌入齿牙槽，完成调节环18的固定，进而展开三个延伸端12；反之调节环18沿取样头9长度方向的相反方向移动到合适位置，三个延伸端12会被第一支架14拉回靠近固定端13，实现收缩。
48.在图3中为了直观地展现连通管10的闭合结构，将两个第二支架16同时铰接在一个第二移动件上17；实际上整个第二移动件17可以是一个套设在固定端13上的环形结构，组成三角锥形的三个延伸端12与第二移动件17的周面之间分别连接有三个第二支架16，对应的连接件19可以分别从三个延伸端12之间的间隔处与第二移动件17连接。
49.工作时，所述恒温取样枪1、恒温过滤器8和恒温吸附瓶箱2的加热温度不低于烟气温度。
50.所述恒温吸附瓶箱2内设置有两个第一瓶体6和两个第二瓶体7，每个第一瓶体6和第二瓶体7串联成一组采样，两组同时平行采样。
51.所述第一瓶体6和第二瓶体7均设计成u型多孔玻板27结构，其便于盛放去离子水浸湿粘土矿物类固体吸附剂，也利于烟气中汞的吸附。具体地，所述第一瓶体6和第二瓶体7包括进气管20、放置腔21和出气管22，所述进气管20与放置腔21并列设置，所述进气管20下端弯折并延伸至放置腔21下端，所述出气管22与放置腔21的上端相连通；所述放置腔21的下端设置有多孔玻板27，所述放置腔21内用于放置粘土矿物类固体吸附剂或固体酸吸附剂。
52.所述放置腔21包括上腔23和下腔25，所述上腔23的下端套设有扣环24，所述下腔25的上端套设有一圈卡扣26，所述卡扣26与扣环24互相卡接，上腔23与下腔25固定配合形
成完整的放置腔21。这样的快接设置在取放放置腔21的内容物时能够方便快捷。
53.所述第一瓶体6内的粘土矿物类固体吸附剂可选膨润土、凹凸棒石、水滑石、高岭石、蒙脱石、蛭石、沸石其中一种。粘土矿物具有丰富的表面活性基团，能够为重金属提供更多的吸附位点，具有较大的比表面积，微孔多，吸附能力强，同时储量丰富，价格低廉，能大大提高烟气中氧化汞的采集效率，降低采集成本，并且现场操作方便。
54.本实施例一的粘土矿物类固体吸附剂选用沸石。
55.在使用时，先对粘土矿物类固体吸附剂进行微波强化酸浸提纯工艺处理。
56.具体的工艺步骤如下：
57.将粘土矿物按3∶1液固质量比加入到浓度50％(质量分数)的硫酸溶液中；搅拌均匀后，放入微波炉中微波浸渍4h，微波输出功率为300w。然后用蒸馏水进行洗涤、过滤、干燥及冷却，最后研磨至180～220目(0.177～0.125mm)即可。
58.所述第二瓶体7内的固体酸吸附剂以分子筛为载体，二硫酸铵(nh4)2s2o8浸渍法研制而成。分子筛具有较大的比表面积、开放的三维孔道结构和优良的水热稳定性，能经受苛刻的再生条件。s2o
82
‑
/分子筛型固体酸具有更高的硫含量、更多的酸位，对hg0的捕集效率更高。
59.所述分子筛可选usy(含0.05％na2o)、hy(硅铝比为5)、hβ(硅铝比为50)、hzsm
‑
5(硅铝比为25)、mcm
‑
41其中一种。
60.所述固体酸的制备方法如下：
61.将60g分子筛置于200ml二硫酸铵溶液(1mol/l)中，室温条件下以转速为950r/min的搅拌速度搅拌1h。然后静置一段时间并移去上层清液，而后转移至坩埚中置于110℃的烘箱中烘干。在空气氛围下，干燥后的固体酸在550℃的马弗炉中焙烧3h，最后研磨均匀。
62.本实施例一的固体酸吸附剂的固体酸以usy(含0.05％na2o)分子筛为载体，二硫酸铵(nh4)2s2o8浸渍法研制而成。
63.以下对本装置的测定与现有测定方法进行比较：
64.分别采用hj 543
‑
2009《固定污染源废气汞的测定冷原子吸收分光光度法(暂行)》、hj 917
‑
2017《固定污染源废气气态汞的测定活性炭吸附/热裂解原子吸收分光光度法》和本实用新型同时采集垃圾焚烧炉除尘器出口烟气中的汞，测试工况均在锅炉达到满负荷条件下进行，并现场同步进行空白实验。
65.三种方法采集垃圾焚烧炉除尘器出口烟气中汞含量检测结果：hj 543
‑
2009法采集总汞含量为2.92μg/m3，hj 917
‑
2017采集气态总汞含量为8.75μg/m3，本方法采集颗粒态汞含量为0.08μg/m3、氧化汞含量为3.05μg/m3、元素汞含量为6.11μg/m3、总汞含量为9.24μg/m3、气态总汞含量为9.16μg/m3。实验证明本方法和装置对汞的采集率更高，检测结果更准确。
66.综上所述，本实用新型提供的一种垃圾焚烧烟气汞的采集装置，利用恒温取样枪内的恒温过滤器对烟气中的颗粒态汞分离，其后通过恒温吸附瓶箱内有粘土矿物类固体吸附剂的第一瓶体和装有固体酸吸附剂的第二瓶体分别进行氧化汞的吸附和元素汞的氧化吸附，实现简单的采集操作；设置一定结构的取样头能够覆盖更多的烟道空间，采样数据更加真实可靠；通过设置上腔的扣环和下腔的卡扣实现放置腔内容物的快捷取放；同时设置两组第一瓶体和第二瓶体，两组同时平行采样，确保检测结果的可靠性；采用聚四氟乙烯涂
膜和特氟龙滤膜，适用于高温、高湿、高腐蚀的烟气检测环境；对于装置内温度的调控，一方面防止水汽及汞冷凝，另一方面利于对汞的采集。
67.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。