CN113405865B - 一种燃煤烟气砷采样的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃煤烟气砷采样的装置，包括，取样组件，包括取样枪、设置在取样枪后端的壳体以及与取样枪相连的调压件；过滤组件，包括设置与调压泵相连的法兰盘、设置在法兰盘内的玻璃罩以及设置在玻璃罩上的通气管，所述壳体外设有与法兰盘相连的吸收瓶；以及，加热组件，所述加热组件设置在壳体内，可以应用在燃煤电厂和实验室的烟气砷采样测试中，该装置结构简单，易于拆装，还可以收集气态与固态砷的化合物，以便于准确测量烟气中砷含量，对污染物控制实验的进行有着十分重要的作用。
Description
技术领域
本发明涉及烟气砷检测的技术领域，尤其涉及一种燃煤烟气砷采样的装置。
背景技术
煤中的砷虽为痕量元素，但我国现阶段能源结构中煤仍占主要地位，2018年已经占到世界耗煤的50.5％，2019年中国的煤炭产量超过了37.455亿吨，再次接近全球煤炭总产量的一半；我国正处于新能源体系建立的阶段，这意味着在2020-2035年这一阶段燃煤仍是能源结构的重要组成部分；虽然我国对燃煤烟气的深度净化采取了诸多措施，但是燃煤的巨大消耗还是砷排放的重要排放源。
燃煤产生的As(Ⅲ)会对大气、水体、土壤造成严重污染，砷对农作物产生毒害作用最低浓度为3mg/L，对水生生物的毒性亦很大。砷和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体，造成危害。
烟气中脱除As的主要方法是将高毒性的As(Ⅲ)氧化为易于脱除的As(Ⅴ)，因此对不同价态As的转移特性的研究是控制砷排放的重要途径。
因此针对上述我国现阶段燃煤资源的特点与环保需求，进行燃煤污染物控制，是实现煤炭资源与环境协调的必要手段；而实现砷污染控制，就必须要有合理的采样与检测方法，采样的精确性与抗干扰性将直接影响着检测的数据精确与否。燃煤烟气中砷主要有三价和五价两种存在形式，现在的采样方式存在的主要问题是不能有效分离这两种价态的砷，而能够对这两种价态砷分别采样的分步萃取法过于繁琐。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有燃煤烟气砷采样的装置存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种燃煤烟气砷采样的装置。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种燃煤烟气砷采样的装置，包括，取样组件，包括取样枪、设置在取样枪后端的壳体以及与取样枪相连的调压件；过滤组件，包括设置与调压泵相连的法兰盘、设置在法兰盘内的玻璃罩以及设置在玻璃罩上的通气管，所述壳体外设有与法兰盘相连的吸收瓶；以及，加热组件，所述加热组件设置在壳体内。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：所述加热组件包括设置在壳体内的加热板、设置在加热板上的加热管路以及设置在加热管路内的加热电阻丝，所述壳体内设有温度感受器，所述壳体内设有卸温件。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：所述卸温件包括开设在壳体上的卸温孔、设置在卸温孔内的抽风扇以及滑移连接在卸温孔上的开关板，其中，所述开关板上设置有滑道，所述滑道前端设置有弯折道，所述壳体上设置有第一滑道和第二滑道，所述第一滑道设置在远离卸温孔处，所述第一滑道和第二滑道靠近卸温孔一端均设置有辅助弯道，所述开关板上设有与第一滑道和第二滑道配合的配合件。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：所述配合件包括设置在开关板上的第一卡板、设置在开关板上的第二卡板以及均设置在第一卡板和第二卡板上的滑块，所述第一卡板与第一滑道对应，所述第二卡板与第二滑道配合，所述滑块上设置有转动轮，
所述壳体内设置有驱动气缸，所述滑动内滑移连接有滑动块，所述驱动气缸与滑动块相连。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：所述调压件包括调压泵以及设置在调压泵上的调压管，所述调压管与壳体和取样枪相连，所述调压管两端转动连接有连接环，所述连接环上设置有卡杆，所述取样枪和壳体上设置有与连接环配合的配合环，所述配合环上设置有与卡杆配合卡口。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：所述调压件包括与取样枪相连的连通管、滑移连接在连接管内的阻塞球以及设置在阻塞球后端的连接杆，所述阻塞球与取样枪相连，所述连接杆上设置有第一卡齿，所述连通管内转动连接有转杆，所述转杆前端设有与第一卡齿配合的第二卡齿，所述连通管转动轮连接有转动辊，所述转动辊上设置有阻碍块，
其中，所述转杆端部设置有转轮，所述阻碍块上开设有与转轮配合的圆弧面，所述转杆的转轴上设有扭簧。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：所述取样枪内转动连接有扇叶，所述转杆上向外伸出有转杆，所述转杆上设置有驱动绳，所述取样枪外侧设有辅助轮，所述驱动绳绕过辅助轮后与扇叶相连，所述驱动绳上设有卡块，所述取样枪外设有配合块，所述配合块和卡块之间设有弹性件。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：所述吸收瓶外设有冰浴桶，所述吸收瓶内存有氢氧化钠溶液。
作为本发明所述燃煤烟气砷采样的装置的一种优选方案，其中：两个所述玻璃罩之间设有石英限位滤膜。
本发明的有益效果：本发明提供一种燃煤烟气砷采样的装置，可以应用在燃煤电厂和实验室的烟气砷采样测试中，该装置结构简单，易于拆装，还可以收集气态与固态砷的化合物，以便于准确测量烟气中砷含量，对污染物控制实验的进行有着十分重要的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明燃煤烟气砷采样的装置的整体结构示意图。
图2为本发明燃煤烟气砷采样的装置所述的过滤组件结构示意图。
图3为本发明燃煤烟气砷采样的装置所述的卸温件结构示意图。
图4为本发明燃煤烟气砷采样的装置所述的实施例4的调压件结构示意图。
图5为本发明燃煤烟气砷采样的装置所述的调压件其余结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1，一种燃煤烟气砷采样的装置，包括，取样组件100，包括取样枪102、设置在取样枪102后端的壳体101以及与取样枪102相连的调压件103；过滤组件200，包括设置与调压件103相连的法兰盘201、设置在法兰盘201内的玻璃罩202以及设置在玻璃罩202上的通气管203，壳体101外设有与法兰盘201相连的吸收瓶204；以及，加热组件300，加热组件300设置在壳体101内，吸收瓶204外设有冰浴桶607，吸收瓶204内存有氢氧化钠溶液，两个玻璃罩202之间设有石英限位滤膜。
具体的，本发明主体结构包括取样组件100，在本实施例中，取样组件100包括取样枪102，取样枪102是长管形设置，取样枪102还包含有一管道，该管道用于通入氮气，上述条件可以避免气相砷凝结成颗粒态砷，取样枪102前端可与流速计、测温装置相连接，测量取样枪102中烟气流速与温度，在取样枪102的后端还连接有壳体101，壳体101是主要的采样处理部分，然后在取样枪102和壳体101之间设有调压件103，由于烟气需要进入过滤组件200，采用调压键来增加烟气进入过滤组件200时的流速，保持其流速一致。
样枪与电厂中WESP或ESP等除尘装置相连接，且在取样枪102入口处装有温度检测器与流速检测器，可以获得烟气的温度与流量。
进一步的，在本实施例中，过滤组件200包括两块法兰盘201、两块带通气管203的玻璃罩202和一个石英纤维滤膜组成，与泵相接通，可以实现烟气组分颗粒态与气态的分离，在壳体101内还设置有加热组件300，同时在壳体101外设有与法兰盘201相连的吸收瓶204，吸收瓶204外设有冰浴桶607，吸收瓶204内存有氢氧化钠溶液，两个玻璃罩202之间设有石英限位滤膜。
值得说明的是，所用石英纤维滤膜孔径为1μm，保持所述烟气温度维持在220-240℃之间，保证烟气中的气态砷不会颗粒态凝结，然后利用冰浴桶607可以对收集液进行冰浴处理，在收集过程中维持收集瓶中的温度保持在20-50℃，本发明实施例中，至少要收集烟气1000L以上的烟气，如果烟气量过少，而且收集后溶液还要经过添加其他试剂，可能会导致收集液中砷含量过小，达不到检测限。
以下说明是对测量方法的一些理论补充：
关于氢氧化钠溶液的使用；烟气通常都经过脱硫、脱氮的处理，取样枪102所收集的烟气含硫量十分低，而二氧化硫对砷的测量存在干扰，因此排除二氧化硫干扰是选用氢氧化钠的原因之一；另一方面，氢氧化钠可以与砷的化合物反应，而不改变其价态。
具体采样过程：
采用氢氧化钠溶液作为收集液与不同含砷烟气组分所产生的具体反应如下：
As2O3+6NaOH＝2Na3AsO3+3H2O
As2O5+2NaOH＝Na2As2O6+H2O
H3AsO4+3NaOH＝3H2O+Na3AsO4
H3AsO3+3NaOH＝Na3AsO3+3H2O
以实验室模拟烟气***进行5-10次测试，烟气入口处砷浓度采用ICP-OES检测出浓度为149.5μg/m3,烟气出口温度为65℃，模拟实验整体误差为±5％，烟气流量设置为1.2L/min,对溶解于氢氧化钠中的样品进行浓硫酸消解处理后，采用ICP-OES进行检测，所得采用该装置采样砷浓度为111.4μg/m3,采样效率达到74.5％。
操作过程：将所以述装置烟气采样枪与除尘装置相连接，更进一步地，由取样枪102的氮气管道2输入一定流速的氮气；调压泵103a工作使得烟气现有流速与在除尘装置中的流速一致；更进一步地，烟气进入过滤装置，加热组件300开始工作并保持温度在220-240℃，粒径大于1μm的颗粒会积聚在玻璃罩202上；剩余的烟气进入氢氧化钠溶液中，烟气组分中小于1μm的颗粒物将被氢氧化钠溶液收集；更进一步地，剩余尾气会被活性炭所处理。
实施例2
参照图1-3，该实施例不同于第一个实施例的是：加热组件300包括设置在壳体101内的加热板301、设置在加热板301上的加热管路302以及设置在加热管路302内的加热电阻丝，壳体101内设有温度感受器303，壳体101内设有卸温件304，卸温件304包括开设在壳体101上的卸温孔305、设置在卸温孔305内的抽风扇以及滑移连接在卸温孔305上的开关板306，其中，开关板306上设置有滑道307，滑道307前端设置有弯折道308，壳体101上设置有第一滑道400和第二滑道401，第一滑道400设置在远离卸温孔305处，第一滑道400和第二滑道401靠近卸温孔305一端均设置有辅助弯道，开关板306上设有与第一滑道400和第二滑道401配合的配合件403，配合件403包括设置在开关板306上的第一卡板403a、设置在开关板306上的第二卡板403b以及均设置在第一卡板403a和第二卡板403b上的滑块403c，第一卡板403a与第一滑道400对应，第二卡板403b与第二滑道401配合，滑块403c上设置有转动轮，壳体101内设置有驱动气缸，滑动内滑移连接有滑动块，驱动气缸与滑动块相连。
具体的，在本实施例中，加热组件300包括设置在壳体101内的加热板301，在加热板301上还设置有加热管路302，加热管路302位于过滤组件200下方，在加热管路302内部还设置有加热电阻丝，并且通电后实现加热，进而对整个壳体101内部进行加热。
然后在壳体101内设置有温度感受器303，并且在壳体101内设置有卸温件304，卸温件304包括开设在壳体101上的卸温孔305，卸温孔305形状为方形，然后在卸温孔305内还设置有抽风扇，然后为了能够在进行卸温时打开卸温孔305，在卸温孔305内设置有开关板306，在开关板306下端设置有滑道307，并且在滑道307的远离卸温孔305一端设置有弯折道308，同时为了滑移，在壳体101上开设置有第一滑道400和第二滑道401，第一滑道400设置在远离卸温孔305处，且在第一滑道400和第二滑道401靠近卸温孔305一端均设置有辅助弯道，然后在开关板306上设置有与第一滑道400和第二滑道401的配合件403。
在本实施例中，配合件403包括设置在开关板306上的第一卡板403a，第一卡板403a与第一滑道400对应，在开关板306的远离卸温孔305一端设置有第二卡板403b，第二卡板403b与第二滑道401对应，并且在第一卡板403a和第二卡板403b上均设置有滑块403c，在滑块403c上设置有转动轮，在壳体101内设置有驱动气缸，滑动内滑移连接有滑动块，驱动气缸与滑动块相连。
其余结构与实施例1相同。
实施例3
参照图1，该实施例不同于以上实施例的是：调压件103包括调压泵103a以及设置在调压泵103a上的调压管，调压管与壳体101和取样枪102相连，调压管两端转动连接有连接环，连接环上设置有卡杆，取样枪102和壳体101上设置有与连接环配合的配合环，配合环上设置有与卡杆配合卡口。
具体的，在本实施例中，调压件103为调压泵103a，在调压泵103a上设置有调压管，调压管与壳体101和取样枪102相连，调压管两端转动连接有连接环，并且为了方便连接，在调压管两端转动连接有连接环，连接环上设置有卡杆，取样枪102和壳体101上设置有与连接环配合的配合环，配合环上设置有与卡杆配合卡口。
其余结构与实施例1相同。
实施例4
参照图4和图5，该实施例不同于以上实施例的是：调压件103包括与取样枪102相连的连通管500、滑移连接在连接管内的阻塞球501以及设置在阻塞球501后端的连接杆502，阻塞球501与取样枪102相连，连接杆502上设置有第一卡齿503，连通管500内转动连接有转杆504，转杆504前端设有与第一卡齿503配合的第二卡齿505，连通管500转动轮连接有转动辊506，转动辊506上设置有阻碍块507，其中，转杆504端部设置有转轮508，阻碍块507上开设有与转轮508配合的圆弧面509，转杆504的转轴上设有扭簧509a，取样枪102内转动连接有扇叶600，转杆504上向外伸出有转动杆601，转动杆601上设置有驱动绳602，取样枪102内外设有辅助轮603，驱动绳602绕过辅助轮603后与扇叶600相连，驱动绳602上设有卡块604，取样枪102外设有配合块605，配合块605和卡块604之间设有弹性件606。
具体的，调压件103包括与取样枪102相连的连通管500，在连通管500内还滑移连接有阻塞球501，并且在阻塞球501后端连接有连接杆502，连接杆502水平伸出，并且放置在阻塞球501内，同时在连通管500内还转动连接有转杆504，转杆504的转动平面水平设置，同时在连接杆502上设置有第一卡齿503，在转杆504前端设有与第一卡齿503配合的第二卡齿505，在连通管500转动轮连接有转动辊506，转动辊506的转动平面竖直设置，并且在转动辊506上设置有阻碍块507，其中，同时转杆601504端部设置有转轮508，转轮508的转动平面水平设置，并且转动的侧壁与转轮508的侧壁抵接，并且在阻碍块507上开设有与转轮508配合的圆弧面509，圆弧面509向转轮508内部方向伸出，进而当转轮508在移动时，会抵接到圆弧面509，进而会使得转杆504转动，然后使得前端带动阻塞球501的前后位移。
进一步的，在转杆504的转轴上设有扭簧509a，并且取样枪102内转动连接有扇叶600，转杆504上向外伸出有转动杆601，转动杆601上设置有驱动绳602，取样枪102外侧设有辅助轮603，驱动绳602绕过辅助轮603后与扇叶600相连，驱动绳602上设有卡块604，取样枪102外设有配合块605，配合块605和卡块604之间设有弹性件606，进而在扇叶600由驱动绳602进行转动后，在转动后带动扇叶600的转动，并且此时阻塞球501也阻塞住取样枪102，扇叶600会对内部的烟气实现加速，进而在阻塞球501移动开后，被阻塞的部分烟气会保证压力和流速稳定的向外喷出。
其余结构与实施例2相同。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种燃煤烟气砷采样的装置，其特征在于：包括，
取样组件(100)，包括取样枪(102)、设置在取样枪(102)后端的壳体(101)以及与取样枪(102)相连的调压件(103)；
过滤组件(200)，包括设置与调压泵(103a)相连的法兰盘(201)、设置在法兰盘(201)内的玻璃罩(202)以及设置在玻璃罩(202)上的通气管(203)，所述壳体(101)外设有与法兰盘(201)相连的吸收瓶(204)；以及，
加热组件(300)，所述加热组件(300)设置在壳体(101)内，所述加热组件(300)包括设置在壳体(101)内的加热板(301)、设置在加热板(301)上的加热管路(302)以及设置在加热管路(302)内的加热电阻丝，所述壳体(101)内设有温度感受器(303)，所述壳体(101)内设有卸温件(304)，所述卸温件(304)包括开设在壳体(101)上的卸温孔(305)、设置在卸温孔(305)内的抽风扇以及滑移连接在卸温孔(305)上的开关板(306)，
其中，所述开关板(306)上设置有滑道(307)，所述滑道(307)前端设置有弯折道(308)，所述壳体(101)上设置有第一滑道(400)和第二滑道(401)，所述第一滑道(400)设置在远离卸温孔(305)处，所述第一滑道(400)和第二滑道(401)靠近卸温孔(305)一端均设置有辅助弯道，所述开关板(306)上设有与第一滑道(400)和第二滑道(401)配合的配合件(403)。
2.如权利要求1所述的燃煤烟气砷采样的装置，其特征在于：所述配合件(403)包括设置在开关板(306)上的第一卡板(403a)、设置在开关板(306)上的第二卡板(403b)以及均设置在第一卡板(403a)和第二卡板(403b)上的滑块(403c)，所述第一卡板(403a)与第一滑道(400)对应，所述第二卡板(403b)与第二滑道(401)配合，所述滑块(403c)上设置有转动轮，
所述壳体(101)内设置有驱动气缸，所述滑道(307)内滑移连接有滑动块，所述驱动气缸与滑动块相连。
3.如权利要求1或2所述的燃煤烟气砷采样的装置，其特征在于：所述调压件(103)包括调压泵(103a)以及设置在调压泵(103a)上的调压管，所述调压管与壳体(101)和取样枪(102)相连，所述调压管两端转动连接有连接环，所述连接环上设置有卡杆，所述取样枪(102)和壳体(101)上设置有与连接环配合的配合环，所述配合环上设置有与卡杆配合卡口。
4.如权利要求1所述的燃煤烟气砷采样的装置，其特征在于：所述调压件(103)包括与取样枪(102)相连的连通管(500)、滑移连接在连接管内的阻塞球(501)以及设置在阻塞球(501)后端的连接杆(502)，所述阻塞球(501)与取样枪(102)相连，所述连接杆(502)上设置有第一卡齿(503)，所述连通管(500)内转动连接有转杆(504)，所述转杆(504)前端设有与第一卡齿(503)配合的第二卡齿(505)，所述连通管(500)转动轮连接有转动辊(506)，所述转动辊(506)上设置有阻碍块(507)，
其中，所述转杆(504)端部设置有转轮(508)，所述阻碍块(507)上开设有与转轮(508)配合的圆弧面(509)，所述转杆(504)的转轴上设有扭簧(509a)。
5.如权利要求4所述的燃煤烟气砷采样的装置，其特征在于：所述取样枪(102)内转动连接有扇叶(600)，所述转杆(504)上向外伸出有转动杆(601)，所述转动杆(601)上设置有驱动绳(602)，所述取样枪(102)外侧设有辅助轮(603)，所述驱动绳(602)绕过辅助轮(603)后与扇叶(600)相连，所述驱动绳(602)上设有卡块(604)，所述取样枪(102)外设有配合块(605)，所述配合块(605)和卡块(604)之间设有弹性件(606)。
6.如权利要求1所述的燃煤烟气砷采样的装置，其特征在于：所述吸收瓶(204)外设有冰浴桶(607)，所述吸收瓶(204)内存有氢氧化钠溶液。
7.如权利要求1所述的燃煤烟气砷采样的装置，其特征在于：两个所述玻璃罩(202)之间设有石英限位滤膜。
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