CN209764663U - 一种用于烟气中有害物质的检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于烟气中有害物质的检测***，该检测***包括烟气采样单元、空气吹扫单元、三氧化硫检测单元、可凝结颗粒物捕集单元、汞检测单元、第一自动采样仪、第二自动采样仪和数控装置；烟气采样单元、三氧化硫检测单元、可凝结颗粒物补集单元、汞检测单元和第一自动采样仪依次连通，空气吹扫单元与烟气采样单元的烟气出口连通，第二自动采样仪通过第一干燥瓶与可凝结颗粒物检测单元的烟气出口连通；数控装置分别与烟气采样单元、空气吹扫单元、三氧化硫检测单元、可凝结颗粒物捕集单元、汞检测单元、第一自动采样仪和第二自动采样仪电连接。上述检测***操作便捷、适用性强，应用范围广，可对烟气中多种有害物质进行检测。

Description

一种用于烟气中有害物质的检测***

技术领域

本实用新型涉及烟气排放控制技术领域，尤其涉及一种用于烟气中有害物质的检测***。

背景技术

当前我国在传统煤烟型污染控制上取得了较大成果，以典型的燃煤电厂污染物的控制手段为例，通过SCR脱硝、静电或袋式除尘和湿法脱硫等烟气污染治理设施实现了对燃煤烟气中NOx、烟尘和SO₂的超低排放。然而，在上述三种传统燃煤烟气污染物得到有效控制的情况下，区域内空气重污染现象依然突出，制约社会经济的可持续发展，威胁公众身体健康。因此上述三种污染物外，燃煤排放的可凝结颗粒物、重金属汞、SO₃等引发的污染越来越受到重视，成为新的研究热点。

燃煤排放的颗粒物可分为直接以固态形式排放的可过滤颗粒物(filterableparticulate matter，FPM)和可凝结颗粒物(Condensable Particulate Matter，CPM)。根据美国国家环境保护局(EPA)的定义，CPM是指在烟道中以气态形式存在，排放至大气立即冷凝形成的固态或液态颗粒物的物质。从形态上看，CPM主要由气态物质凝聚而成，粒径一般小于1μm，属于微细颗粒物，以气溶胶的形式存在于环境空气中。由于CPM上通常富集各种重金属(如Se、As、Pb、Cr等)和PAHs(多环芳烃)等污染物，多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大。

根据美国Louis A.Corio团队对美国18家燃煤烟气颗粒物排放结果的分析，烟气颗粒物中CPM占总颗粒物量平均值为49％，FPM占总颗粒物量平均值为51％。这意味着燃煤烟气中CPM排放量基本与FPM处于相同水平，而且其在PM10和PM2.5的排放总量中所占份额更大，不容忽视。然而，目前常规的颗粒物检测方法只适用于FPM的捕集，不能代表燃煤颗粒物的真实排放情况。可以看出准确检测CPM排放量对完整测算燃煤源向环境排放的颗粒物，对真正实现颗粒物减排有着重大意义。

燃煤排放的SO₃主要来源于两方面:一方面是燃煤过程中约0.5～1.5％的硫份会被氧化成SO₃，另一方面是在SCR脱硝过程中，在催化剂的作用下烟气中约1～2％左右的SO₂转化为SO₃。对于燃烧中高硫煤而言，SCR出口处烟气中的SO₃浓度可达100～200mg/m³。SO₃与SCR过程逃逸氨反应后生成的硫酸氢铵(ABS)不仅影响催化剂本身的催化活性，且容易粘附在后续空气预热器换热面上，引起设备的腐蚀与堵塞。此外，从烟囱入口排放到大气的SO₃经过复杂的物理化学作用，形成“蓝烟”等环境污染现象。

燃煤烟气中的汞主要以气态零价汞(Hg⁰)、气态二价离子汞(Hg²⁺)和颗粒态汞(Hg^p)等三种形式存在，其中，零价汞(Hg⁰)约占烟气总汞含量的30％～80％。零价汞(Hg⁰)不溶于水，且挥发性极强，现有的除尘或脱硫设备很难捕获，几乎全部释放到大气中；二价汞(Hg²⁺)易溶于水，也易被烟气中的颗粒物吸附，所以现有的除尘和脱硫设备对二价汞(Hg²⁺)有一定的去除效率；颗粒态汞(Hg^p)则易被除尘设备捕集。因此，燃煤烟气中排放到大气中的汞主要由零价汞(Hg⁰)和少量二价汞(Hg²⁺)组成。

目前，国内大部分燃煤烟气是通过污染物超低排放技术实现污染物脱除的，由于其中湿法脱硫工艺的特点，通过湿法脱硫后排放的烟气呈现高湿度、低温、污染物浓度低等特点，对污染物检测水平提出了更高的要求，而且，我国现有的燃煤烟气污染物检测方法大多只对单一污染物进行检测(对颗粒物中CPM检测方法尚无相关规范标准)，对不同污染物的检测方法之间相互干扰考虑不足。因此，开发出一种能够同时检测燃煤烟气可凝结颗粒物、三氧化硫和重金属汞的***和方法显得十分必要和迫切。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述存在的至少一个问题，该目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型提供了一种用于烟气中有害物质的检测***，包括烟气采样单元、空气吹扫单元、三氧化硫检测单元、可凝结颗粒物捕集单元、汞检测单元、第一自动采样仪、第二自动采样仪和数控装置；

所述烟气采样单元、所述三氧化硫检测单元、所述可凝结颗粒物补集单元、所述汞检测单元和所述第一自动采样仪依次连通，所述空气吹扫单元与所述烟气采样单元的烟气出口连通，所述第二自动采样仪通过第一干燥瓶与所述可凝结颗粒物检测单元的烟气出口连通；

所述数控装置分别与所述烟气采样单元、所述空气吹扫单元、所述三氧化硫检测单元、所述可凝结颗粒物捕集单元、所述汞检测单元、所述第一自动采样仪和所述第二自动采样仪电连接。

优选地，所述烟气采样单元包括烟气采样枪、采样枪密封法兰、S型皮托管和内置石英滤膜的加热过滤器，所述烟气采样枪的采样端设置在烟道内，所述S型皮托管设置在所述采样端上，所述烟气采样枪通过所述采样枪密封法兰与所述烟道的外壁固接，所述加热过滤器设置在所述烟气采样枪的烟气出口，所述加热过滤器的烟气出口通过第一伴热管连接有第一三通阀，所述第一三通阀分别与所述三氧化硫检测单元和空气吹扫单元连通；

所述烟气采样枪包括石英玻璃管和不锈钢管，所述石英玻璃管套装在所述不锈钢管内。

优选地，所述空气吹扫单元包括依次连通的空压机、空气过滤器和空气加热器，所述空气加热器通过第一压缩空气管与所述第一三通阀连通，所述空气加热器通过第二压缩空气管与所述三氧化硫检测单元的烟气进口连通，所述第二压缩空气管上设置有第一阀。

优选地，所述三氧化硫检测单元包括第一烟气冷凝器、吸收液箱、吸收液泵、中间箱、冲洗水箱、冲洗水泵、缓冲液箱、缓冲液泵、显色剂溶液箱、显色剂溶液泵、输送泵和光度计；

所述第一烟气冷凝器包括第一蛇形冷凝管和第二蛇形冷凝管，所述第一蛇形冷凝管的一端连通具有第二阀的第二伴热管，所述第二蛇形冷凝管的一端连通具有第三阀的第三伴热管，所述第二伴热管和所述第三伴热管并联于所述第一三通阀的一个出口上，所述第一蛇形冷凝管的另一端设置有第四阀，所述第二蛇形冷凝管的另一端设置有第五阀，所述第四阀和所述第五阀分别接入具有第六阀的第四伴热管的入口端，所述可凝结颗粒物捕集单元的烟气进口与所述第四伴热管连通，且连通位置位于所述第六阀的前端；

所述吸收液箱通过所述吸收液泵分别与所述第一蛇形冷凝管的入口、所述第二蛇形冷凝管的入口和所述第一阀连通，所述吸收液泵与所述第一蛇形冷凝管的连通位置设置有第七阀，所述吸收液泵与所述第二蛇形冷凝管的连通位置设置有第八阀；

所述中间箱分别与所述第一蛇形冷凝管的出口和第二蛇形冷凝管的出口连通，所述中间箱与所述第一蛇形冷凝管的连通位置设置有第九阀，所述中间箱与所述第二蛇形冷凝管的连通位置设置有第十阀；

所述光度计包括光源、PH电极、吸收池和检测器，所述吸收池为透明结构，所述光源和所述检测器分置在所述吸收池的两侧，所述PH电极设置在所述吸收池内，所述中间箱通过所述输送泵与所述吸收池连通，所述冲洗水箱通过所述冲洗水泵与所述吸收池连通，所述缓冲液箱通过所述缓冲液泵与所述吸收池连通，所述显色剂溶液箱通过所述显色剂溶液泵与所述吸收池连通。

优选地，所述可凝结颗粒物捕集单元包括第二烟气冷凝器、去离子水箱、去离子水泵、撞击瓶、内装滤膜的过滤器、第二干燥瓶、氮气瓶、正己烷箱和正己烷泵；

所述第二烟气冷凝器内置有第三蛇形冷凝管，所述第三蛇形冷凝管通过第十一阀与所述第四伴热管连通，且连通位置位于所述第六阀的前端，所述氮气瓶通过第十二阀与所述第三蛇形冷凝管的入口连通，所述正己烷箱通过所述正己烷泵与所述第三蛇形冷凝管的入口连通，所述正己烷泵与所述第三蛇形冷凝管的连通位置设置有第十三阀，所述去离子水箱通过所述去离子水泵与所述第三蛇形冷凝管的入口连通，所述去离子水泵与所述第三蛇形冷凝管的连通位置设置有第十四阀，所述第三蛇形冷凝管的出口依次连通所述撞击瓶、所述过滤器和所述第二干燥瓶，所述第二干燥瓶的出口通过第五伴热管与所述第一干燥瓶连通，所述第五伴热管上设置有第十五阀，所述第六阀的后端与所述第五伴热管连通，所述第六阀与所述第五伴热管的连通位置位于所述第十五阀的后端，所述第一干燥瓶的出口通过第六伴热管与所述第二自动采样仪连通。

优选地，所述汞检测单元包括第二三通阀、第三三通阀、总汞转化装置、零价汞转化装置、第三干燥瓶和汞分析仪，所述第二三通阀与所述第五伴热管连通，所述总汞转化装置的入口通过第七伴热管与所述第二三通阀连通，所述零架汞转化装置的入口通过第八伴热管与所述第二三通阀连通，所述总汞转化装置的出口和所述零架汞转化装置的出口分别与所述第三三通阀连通，所述第三三通阀通过第九伴热管与所述第三干燥瓶的入口连通，所述第三干燥瓶的出口通过第十伴热管与所述分析仪连通，所述分析仪通过第十一伴热管与所述第一自动采样仪连通。

优选地，所述汞分析仪主要包括汞灯、加热器、测量室、汞检测器，所述测量室的一端与所述第三干燥瓶的出口连通，所述测量室的另一端与所述第一自动采样仪连通，所述汞灯和所述汞检测器分别设置在所述测量时的两侧，所述加热器靠近所述测量室设置。

与现有技术相比，本实用新型所提供的用于烟气中有害物质的检测***及检测方法具有以下优点:

1.本实用新型根据烟气可凝结颗粒物、三氧化硫和汞的采样和检测原理，有机耦合三者的采样检测单元，结构设计合理，操作方便，易于实现以上三种组分的同时采样检测，可广泛应用于大气多种污染物的监测***中。

2.本实用新型各检测单元之间烟气管路均采用伴热管，且不同区域伴热管控制不同温度，有效降低能耗的同时避免烟气在各检测单元外的烟气管路上发生冷凝，保证烟气中有效成分被全部检测，减少误差，而且通过空气吹扫单元，对***管线进行定期反吹清扫，保证***连续、不间断的采样检测。

3.本实用新型三氧化硫检测单元中通过两组并联的蛇形冷凝管冷凝烟气中的三氧化硫，两组蛇形冷凝管交替工作，可以实现连续、不间断检测，同时，用一种偶氮染料(BNBPS)的DMSO溶液作为硫酸根离子的显色剂，采用直接分光光度法测量冷凝液中SO₄ ^2-浓度，直接测量出SO₃含量，与现有的钡盐—间接分光光度法相比免去繁琐的分离沉淀等干扰因素，提高检测的精度。

4.本实用新型汞检测单元设有并联的零价汞转化装置和总汞转化装置，且按需求可随时切换，可实现烟气零价汞和总汞的同时检测，而且二价汞的含量等于总汞减去零价汞，即可以实现烟气不同价态汞的同时在线检测。

5.本实用新型烟气采用等速采样，避免因不等速采样导致的烟气可凝结颗粒物的检测误差，而且可凝结颗粒物捕集单元并联设置旁路管线，当可凝结颗粒物捕集完毕进行离线分析时，烟气通过旁路直接到下一个检测单元而不影响后续检测。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型所提供的用于烟气中有害物质的检测***的结构框图；

图2为本实用新型所提供的检测***进行烟气中有害物质检测的流程图。

附图标记

001为第一阀，002为第二阀，003为第三阀，004为第四阀，005为第五阀，006为第六阀，007为第七阀，008为第八阀，009为第九阀，010为第十阀，011为第十一阀，012为第十二阀，013为第十三阀，014为第十四阀，015为第十五阀；

100为第一伴热管，101为第二伴热管，102为第三伴热管，103为第四伴热管，104为第五伴热管，105为第六伴热管，106为第七伴热管，107为第八伴热管，108为第九伴热管，109为第十伴热管；

1为烟气采样单元，11为烟气采样枪，12为S型皮托管，13为采样枪密封法兰，14为加热过滤器，15为第一三通阀；

2为空气吹扫单元，21为空压机，22为空气过滤器，23为空气加热器；

3为三氧化硫检测单元，301为第一烟气冷凝器，3011为第一蛇形冷凝管，3012为第二蛇形冷凝管，302为吸收液泵，303为吸收液箱，304为中间箱，305为输送泵，306为缓冲液泵，307为冲洗水泵，308为冲洗水箱，309为缓冲液箱，310为显色剂溶液箱，311为显色剂溶液泵，312为光度计，3121为检测器，3122为PH电极，3123为吸收池，3124为光源；

4为可凝结颗粒物捕集单元，41为氮气瓶，42为第二烟气冷凝器，421为第三蛇形冷凝管，43为去离子水泵，44为去离子水箱，45为正己烷箱，46为正己烷泵，47为撞击瓶，48为过滤器，49为第二干燥瓶；

5为汞检测单元，51为第二三通阀，52为零价汞转化装置，53为总汞转化装置，54为第三三通阀，55为汞分析仪，551为汞灯，552为加热器，553为测量室，554为汞检测器，56为第三干燥瓶；

6为第一自动采样仪；

7为第二自动采样仪；

8为第一干燥瓶；

9为数控装置。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

请参考图1和图2，图1为本实用新型所提供的用于烟气中有害物质的检测***的结构框图；图2为本实用新型所提供的用于烟气中有害物质的检测方法的流程图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供了用于烟气中有害物质的检测***，具体应用于烟气可凝结颗粒物、三氧化硫与汞的同时采样检测，包括烟气采样单元1、空气吹扫单元2、三氧化硫检测单元3、可凝结颗粒物捕集单元4、汞检测单元5、第一自动采样仪6、第二自动采样仪7和数控装置9；烟气采样单元1、三氧化硫检测单元3、可凝结颗粒物补集单元、汞检测单元5和第一自动采样仪6依次连通，空气吹扫单元2与烟气采样单元1的烟气出口连通，第二自动采样仪7通过第一干燥瓶8与可凝结颗粒物检测单元的烟气出口连通；数控装置9分别与烟气采样单元1、空气吹扫单元2、三氧化硫检测单元3、可凝结颗粒物捕集单元4、汞检测单元5、第一自动采样仪6和第二自动采样仪7电连接。烟气采样枪11通过采样枪密封法兰13与烟道的外壁固接，烟气采样枪11的采集端设置在烟道的内部，烟气采样枪11为内嵌石英玻璃管的不锈钢管，不锈钢管加装热电偶，烟气采样枪11内壁上还布置使烟气采样枪11维持200～240℃的加热层，热电偶与加热层与数控装置9连接，当热电偶传给数控装置9的所测烟气温度较低时数控装置9反馈给加热层加热信号，保证烟气采样枪11的温度维持在200～240℃，防止烟气在采样枪冷凝导致的测量误差。

烟气采样通过第一自动采样仪6和第二自动采样仪7提供的负压来实现，烟气采样枪11前段还配套装有S型皮托管12，用于测量烟气全压与静压差并把压力信号实时传给数控装置9，在数控装置9把压力信号转化为流量信号后反馈给第二自动采样仪7，第二自动采样仪7根据流量信号实时调整烟气采样流量，保证烟道里烟气流速与烟气采样流速一致，即等速采样。

加热过滤器14布置在烟气采样枪11的后端，用于过滤烟气中可过滤颗粒物，加热过滤器14包括石英滤膜(可更换)、滤膜支撑组件、加热装置和热电偶，并通过热电偶、数控装置9和加热装置之间的温度信号传递与反馈来维持加热过滤器14温度在200～240℃。

第一三通阀15布置在加热过滤器14的烟气出口，第一三通阀15的出口一端通过第二伴热管101和第三伴热管102与三氧化硫检测单元3连接，另一端通过压缩空气管与空气吹扫单元2连接，其中空气吹扫单元2包括空压机21、空气过滤器22和空气加热器23，空压机21提供的压缩空气经过空气过滤器22除去空气中的颗粒、油污、水分等杂质后经空气加热器23加热到40～50℃后用于***管路吹扫，保证***的连续、不间断运行。

图1中第一伴热管100至第十一伴热管均为内外双层结构，内层为聚四氟乙烯(PTFE)管，在聚四氟乙烯管外层包覆加热丝和保温外层，并通过数控装置9、加热丝和保温外层之间的温度信号传递与反馈来维持伴热管内烟气所需温度。

经烟气采样单元1采集的烟气首先通过第二伴热管101或第三伴热管102进入三氧化硫检测单元3的第一烟气冷凝器301，第一烟气冷凝器301的温度通过数控装置9进行控制。本实施方式的第一烟气冷凝器301中设置并联的第一蛇形冷凝管3011和第二蛇形冷凝管3012，两个蛇形冷凝管的入口分别通过三通及对应阀门与第二伴热管101或第三伴热管102、空气吹扫单元2和吸收液箱303相连，两个蛇形冷凝管的出口通过三通与对应阀门连接中间箱304和第四伴热管103。

对于第一蛇形冷凝管3011，由第一阀001与空气吹扫单元2连通，由第二阀002与第二伴热管101连通，由第七阀007与吸收液泵302连通，由第四阀004与第四伴热管103连通，由第九阀009与中间箱304连通；对于第二蛇形冷凝管3012，由第一阀001与空气吹扫单元2连通，由第三阀003与第三伴热管102连通，由第八阀008与吸收液泵302连通，由第五阀005与第四伴热管103连通，由第十阀010与中间箱304连通。

吸收液箱303设置吸收液泵302，用于把吸收液泵302入两个蛇形冷凝管，中间箱304与光度计312之间设置输送泵305，用于把中间箱304的混合液泵入光度计312中的吸收池3123。

三氧化硫检测单元3还包括冲洗水箱308与冲洗水泵307，通过管道与中间箱304与光度计312里的吸收池3123连接，用于中间箱304和吸收池3123的冲洗。同样的，缓冲液箱309与缓冲液泵306、显色剂溶液箱310与显色剂溶液泵311通过相应管道与吸收池3123连接，分别用于吸收池3123中吸收混合液的pH控制和吸收混合液的显色。在吸收池3123的一侧设置光源3124，透过反应吸收池3123的光由该检测器3121接受并转化成SO₄ ^2-浓度信号传到数控装置9。吸收池3123中还装设PH电极3122，PH电极3122把吸收池3123溶液pH值信号传到与数控装置9，数控装置9根据pH值控制缓冲液泵306的运行，保证吸收液溶液的pH保持在检测要求。中间箱304和吸收池3123设置排放管路用于排液。

经三氧化硫检测单元3检测完三氧化硫的烟气随第四伴热管103进入可凝结颗粒物捕集单元4。由于本实施方式中烟气可凝结颗粒物捕集后进行离线分析，因此，与可凝结颗粒物捕集单元4平行设置旁路、三通、第十一阀011、第六阀006和第十五阀015，每次可凝结颗粒物捕集结束后烟气通过旁路进入下一检测单元，从而不影响***的连续、不间断运行。可凝结颗粒物捕集单元4中第二烟气冷凝器42的温度通过数控装置9进行控制。第二烟气冷凝器42中设置第三蛇形冷凝管421，由第十一阀011、第十二阀012、第十三阀013和第十四阀014控制第三蛇形冷凝管421入口与第四伴热管103、氮气瓶41、去离子水箱44、之间的连接。第三蛇形冷凝管421出口依次设置撞击瓶47，过滤器48、第二干燥瓶49。过滤器48包括石英滤膜(可更换)、滤膜支撑组件和温度传感器，温度传感器与数控装置9连接，检测和控制过滤器48处烟气温度不大于30℃。去离子水箱44与第三蛇形冷凝管421之间设置去离子水泵43，用于把去离子水箱44的去离子水泵43入第三蛇形冷凝管421。正己烷箱45与第三蛇形冷凝管421之间设置正己烷泵46，用于把正己烷箱45的正己烷泵46入第三蛇形冷凝管421。

经过可凝结颗粒物捕集单元4的烟气随第五伴热管104一部分依次通过第三干燥瓶56和第二自动采样仪7后从***中排出，另一部分进入汞检测单元5。第一自动采采样仪和第二自动采样仪7中设置流量、温度、压力检测仪表，并把相关参数传到数控装置9中进行采样体积分析。

进入汞检测单元5的烟气分两路，由进口第二三通阀51和第三三通阀54控制烟气进入总汞转化装置53或零价汞转化装置52。第三三通阀54的出口通过第九伴热管108依次与第三干燥瓶56、汞分析仪55、第一自动采样仪6连接。汞分析仪55中测量室553的一侧设置汞灯551，由汞灯551发出的光在测量室553被汞原子吸收后照射到汞检测器554，汞检测器554把光信号转化成汞浓度信号传到数控装置9。此外、汞分析仪55中设置加热器552，保持光学单元温度的稳定，避免温度引起的基线漂移。

本实施方式中数控装置9检测、显示、记录、反馈和控制上述各单元的温度、压力、流量、pH、浓度等信号。其中根据光度计312检测的混合液SO₄ ^2-浓度信号和第二自动采样仪7的采样体积信号计算出烟气三氧化硫浓度；根据汞分析仪55(506)检测的汞浓度信号和第二三通阀51和第三三通阀54接通信号显示烟气总汞浓度和零价汞浓度，并计算出二价汞浓度。此外，数控装置9记录烟气可凝结颗粒物捕集期间第二自动采样仪7的采样体积，与离线分析出的可凝结颗粒物重量一并计算出烟气可凝结颗粒物的浓度。

图2显示了本实用新型所提供的检测***进行烟气中有害物质检测的流程，该流程包括如下步骤：

步骤S1：将各个单元设备按要求连接好，启动数控装置9，将烟气采样枪11的温度设定在200～240℃，将加热过滤器14的温度设定在200～240℃，将第一伴热管100、第二伴热管101和第三伴热管102的温度设定在200～240℃，将第四伴热管103、第五伴热管104、第七伴热管106、第八伴热管107和第九伴热管108的温度设定在110～120℃，将第六伴热管105、第十伴热管109和第十一伴热管的温度设定在40～50℃，将第一烟气冷凝器301温度设定在60～80℃，将第二烟气冷凝器42温度设定在30℃以下，当温度达到控制要求之后开始采样；

步骤S2：第一三通阀15调到烟气采样单元1与第二伴热管101或第三伴热管102连接，开启第一自动采样仪6与第二自动采样仪7，通过数控装置9控制采样流量，第一自动采样仪6与第二自动采样仪7产生负压使待测烟气连续、等速进入具有S型皮托管12的烟气采样枪11，加热过滤器14装在烟气采样枪11后端，经过加热过滤器14除去可过滤颗粒物的烟气通过第一伴热管100、第一三通阀15、第二伴热管101或第三伴热管102进入第一烟气冷凝器301，此时，第一三通阀15与空气吹扫单元2的压缩空气管路保持关闭；

步骤S3：当烟气进入第一烟气冷凝器301后，第一烟气冷凝器301中并联有第一蛇形冷凝管3011和第二蛇形冷凝管3012，两组蛇形冷凝管交替切换工作，当一组蛇形冷凝管冷凝烟气中三氧化硫为硫酸液滴时，另一组蛇形冷凝管中已冷凝的硫酸液滴与吸收液在中间箱304混合后送入光度计312，在光度计312与显色剂进行显色反应，检测反应液中三氧化硫的含量，检测结束后用冲洗水冲洗后切换到另一组蛇形冷凝管继续检测下一组，如此循环工作。具体地，第三阀003、第一阀001、第七阀007、第八阀008、第十阀010保持关闭，开启阀门第二阀002使烟气通过第一蛇形冷凝管3011，烟气中三氧化硫冷凝成硫酸液滴，烟气冷凝时间根据采用流量控制在5～10min。第一蛇形冷凝管3011采样结束后，阀门第二阀002关闭，开启阀门第三阀003，切换至第二蛇形冷凝管3012，继续冷凝烟气中的三氧化硫。此时打开阀门第七阀007和第九阀009，通过吸收液泵302把吸收液箱303的5％异丙醇溶液泵入第一蛇形冷凝管3011，泵入的5％异丙醇溶液控制在30～50mL，泵入时间控制在30～60s，5％异丙醇与硫酸液滴混合液通过第九阀009送入中间箱304。吸收液泵302送结束后关闭，同时打开第一阀001，利用空气吹扫单元2的压缩空气将第一蛇形冷凝管3011中的残留液体吹入中间箱304，吹扫时间控制在30～60s。吹扫结束后关闭阀门第一阀001、第二阀002、第九阀009，开启输送泵305，把中间箱304的混合液少量输送至光度计312中的吸收池3123。关闭输送泵305后开启显色剂溶液泵311，把显色剂溶液箱310中一定量的显色剂泵入吸收池3123，紧接着开启缓冲液泵306，把缓冲液箱309中稀NaOH溶液泵入吸收池3123，调整吸收池3123的混合液pH值为4.5～7.5。调整pH后关闭缓冲液泵306和显色剂溶液泵311，此时光源3124发出波长为630-650nm的光，经吸收池3123吸收后，透过的光由检测器3121接收并将SO₄ ^2-浓度信号反馈给数控装置9。得到SO₄ ^2-浓度信号后，排出中间箱304和吸收池3123中的混合液，同时开启冲洗水泵307，把冲洗水箱308的去离子水泵43入中间箱304和吸收池3123，冲洗相关容器并排出废液后关闭冲洗水泵307，此时第一组测量结束。

下一组测量为第二蛇形冷凝管3012的采样结束后，关闭阀门第三阀003，开启阀门第二阀002，切换至第一蛇形冷凝管3011进行采样，第二蛇形冷凝管3012内硫酸液滴的测量方法与第一蛇形冷凝管3011相同，只是对应阀门由第七阀007、第九阀009变成第八阀008、第十阀010。

步骤S4：冷凝完三氧化硫的烟气根据要求经过第四伴热管103通入可凝结颗粒物捕集单元4或通过第五伴热管104通入下一组分检测单元，当烟气进入可凝结颗粒物捕集单元4时依次通过第三蛇形冷凝管421、撞击瓶47和过滤器48，此时烟气可凝结颗粒物经冷凝、碰撞和滤膜过滤而被捕集，捕集结束后从过滤器48取出滤膜，保存于专用容器中，同时首先向第三蛇形冷凝管421中送入去离子水，使冷凝液中无机组分与去离子水在撞击瓶47中混合形成无机相，随后用氮气对管路中残留的液体和撞击瓶47中无机相进行吹扫，吹扫完毕后向第三蛇形冷凝管421中送入正己烷，使冷凝液中有机组分与正己烷在撞击瓶47中混合形成有机相，无机相、有机相与滤膜一起待回实验室进行可凝结颗粒物离线分析。

具体地，当烟气需要通入可凝结颗粒物捕集单元4时，开启阀门第十一阀011、第十五阀015，关闭阀门第十二阀012、第十四阀014、第六阀006、第十三阀013。烟气依次通过第二烟气冷凝器42中的第三蛇形冷凝管421、撞击瓶47和过滤器48，此时烟气中可凝结颗粒物经冷凝、碰撞、滤膜过滤而被捕集，捕集完可凝结颗粒物的烟气通过第二干燥瓶49除去烟气中水分后随第五伴热管104通往下一个检测单元。每次可凝结颗粒物捕集时间不小于60min，捕集结束后关闭阀门第十一阀011、第十五阀015，开启阀门第六阀006，来自三氧化硫检测单元3的烟气经旁路直接进入下一个检测单元。之后首先从过滤器48取出石英滤膜，保存于专用容器中，且把新的石英滤膜安装到过滤器48。然后开启阀门第十四阀014，同时开启去离子水泵43(404)，把去离子水箱44中去离子水泵43入第三蛇形冷凝管421，泵入的去离子水控制在50～100mL，泵入时间控制在30～60s，去离子水与可凝结颗粒物冷凝液中无机组分通过管道送入撞击瓶47形成无机相。去离子水泵43送结束后关闭阀门第十四阀014，同时打开第十二阀012，利用氮气瓶41的氮气对第三蛇形冷凝管421和撞击瓶47中无机相进行吹扫，吹扫时间控制在5～10min，把可能溶解于无机相的SO₂吹脱出去，减少SO₂对可凝结颗粒物测试结果的影响。吹扫结束后关闭阀门第十二阀012，打开阀门第十三阀013，同时开启正己烷泵46，把正己烷箱45中正己烷泵46入第三蛇形冷凝管421，泵入的正己烷控制在50～100mL，泵入时间控制在30～60s，正己烷与可凝结颗粒物冷凝液中有机组分通过管道送入撞击瓶47形成有机相。此时一次捕集过程结束，更换新的撞击瓶47，做下一次可凝结颗粒物捕集备用。把撞击瓶47中的无机相和有机相以及石英滤膜一起带回实验室进行可凝结颗粒物离线分析。实验室可凝结颗粒物样品分析按照美国环保署(EPA)的EPA Method202标准执行。

步骤S5：经过S4步骤的烟气一部分通过第二自动采样仪7记录采样体积后从***中排出，第二自动采样仪7的采样体积信息传到数控装置9，另一部分进入汞检测单元5，进入汞检测单元5后烟气分两路：一路是总汞转化装置53，用于把烟气中二价汞全部转化为零价汞；另一路是零价汞转化装置52，用于吸收烟气中二价汞，只保留零价汞，通过转化装置的烟气经干燥后进入汞分析仪55，在汞分析仪55利用原子吸收光谱法检测烟气中的零价汞浓度，汞检测单元5通过第二三通阀51和第三三通阀54的控制实现不同价态汞的测量要求，两路汞浓度之差为烟气中二价汞的浓度，检测汞后的烟气通过第一自动采样仪6从***中排出。具体地，当第二三通阀51与第三三通阀54同时调到总汞转化装置53通道，烟气依次通过10％的第一NaOH溶液洗瓶和10％的SnCl₂溶液洗瓶，烟气中的二价汞全部转化为零价汞，然后经第二干燥瓶49干燥后进入汞分析仪55，此时汞灯551发出波长为253nm的光，在测量室553被烟气中汞原子吸收后，透过的光由汞检测器554接收并将汞浓度信号传给数控装置9。此时测量的是烟气中总汞浓度。当第二三通阀51与第三三通阀54同时调到零价汞转化装置52通道，烟气依次通过10％的KC1溶液洗瓶和10％的第二NaOH溶液洗瓶，此时汞分析仪55测量的是烟气中零价汞浓度。两路烟气汞浓度之差即为烟气中二价汞的浓度。检测汞后的烟气通过第一自动采样仪6记录采样体积后从***中排出。

与现有技术相比，本实用新型所提供的用于烟气中有害物质的检测***及检测方法具有以下优点:

1.本实用新型根据烟气可凝结颗粒物、三氧化硫和汞的采样和检测原理，有机耦合三者的采样检测单元，结构设计合理，操作方便，易于实现以上三种组分的同时采样检测，可广泛应用于大气多种污染物的监测***中。

2.本实用新型各检测单元之间烟气管路均采用伴热管，且不同区域伴热管控制不同温度，有效降低能耗的同时避免烟气在各检测单元外的烟气管路上发生冷凝，保证烟气中有效成分被全部检测，减少误差，而且通过空气吹扫单元，对***管线进行定期反吹清扫，保证***连续、不间断的采样检测。

3.本实用新型三氧化硫检测单元中通过两组并联的蛇形冷凝管冷凝烟气中的三氧化硫，两组蛇形冷凝管交替工作，可以实现连续、不间断检测，同时，用一种偶氮染料(BNBPS)的DMSO溶液作为硫酸根离子的显色剂，采用直接分光光度法测量冷凝液中SO₄ ^2-浓度，直接测量出SO₃含量，与现有的钡盐—间接分光光度法相比免去繁琐的分离沉淀等干扰因素，提高检测的精度。

4.本实用新型汞检测单元设有并联的零价汞转化装置和总汞转化装置，且按需求可随时切换，可实现烟气零价汞和总汞的同时检测，而且二价汞的含量等于总汞减去零价汞，即可以实现烟气不同价态汞的同时在线检测。

5.本实用新型烟气采用等速采样，避免因不等速采样导致的烟气可凝结颗粒物的检测误差，而且可凝结颗粒物捕集单元并联设置旁路管线，当可凝结颗粒物捕集完毕进行离线分析时，烟气通过旁路直接到下一个检测单元而不影响后续检测。

应当理解的是，尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一元件、部件、区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于烟气中有害物质的检测***，其特征在于，包括烟气采样单元、空气吹扫单元、三氧化硫检测单元、可凝结颗粒物捕集单元、汞检测单元、第一自动采样仪、第二自动采样仪和数控装置；

所述烟气采样单元、所述三氧化硫检测单元、所述可凝结颗粒物补集单元、所述汞检测单元和所述第一自动采样仪依次连通，所述空气吹扫单元与所述烟气采样单元的烟气出口连通，所述第二自动采样仪通过第一干燥瓶与所述可凝结颗粒物检测单元的烟气出口连通；

所述数控装置分别与所述烟气采样单元、所述空气吹扫单元、所述三氧化硫检测单元、所述可凝结颗粒物捕集单元、所述汞检测单元、所述第一自动采样仪和所述第二自动采样仪电连接。

2.根据权利要求1所述的用于烟气中有害物质的检测***，其特征在于，所述烟气采样单元包括烟气采样枪、采样枪密封法兰、S型皮托管和内置石英滤膜的加热过滤器，所述烟气采样枪的采样端设置在烟道内，所述S型皮托管设置在所述采样端上，所述烟气采样枪通过所述采样枪密封法兰与所述烟道的外壁固接，所述加热过滤器设置在所述烟气采样枪的烟气出口，所述加热过滤器的烟气出口通过第一伴热管连接有第一三通阀，所述第一三通阀分别与所述三氧化硫检测单元和空气吹扫单元连通；

所述烟气采样枪包括石英玻璃管和不锈钢管，所述石英玻璃管套装在所述不锈钢管内。

3.根据权利要求2所述的用于烟气中有害物质的检测***，其特征在于，所述空气吹扫单元包括依次连通的空压机、空气过滤器和空气加热器，所述空气加热器通过第一压缩空气管与所述第一三通阀连通，所述空气加热器通过第二压缩空气管与所述三氧化硫检测单元的烟气进口连通，所述第二压缩空气管上设置有第一阀。

4.根据权利要求3所述的用于烟气中有害物质的检测***，其特征在于，所述三氧化硫检测单元包括第一烟气冷凝器、吸收液箱、吸收液泵、中间箱、冲洗水箱、冲洗水泵、缓冲液箱、缓冲液泵、显色剂溶液箱、显色剂溶液泵、输送泵和光度计；

所述第一烟气冷凝器包括第一蛇形冷凝管和第二蛇形冷凝管，所述第一蛇形冷凝管的一端连通具有第二阀的第二伴热管，所述第二蛇形冷凝管的一端连通具有第三阀的第三伴热管，所述第二伴热管和所述第三伴热管并联于所述第一三通阀的一个出口上，所述第一蛇形冷凝管的另一端设置有第四阀，所述第二蛇形冷凝管的另一端设置有第五阀，所述第四阀和所述第五阀分别接入具有第六阀的第四伴热管的入口端，所述可凝结颗粒物捕集单元的烟气进口与所述第四伴热管连通，且连通位置位于所述第六阀的前端；

所述吸收液箱通过所述吸收液泵分别与所述第一蛇形冷凝管的入口、所述第二蛇形冷凝管的入口和所述第一阀连通，所述吸收液泵与所述第一蛇形冷凝管的连通位置设置有第七阀，所述吸收液泵与所述第二蛇形冷凝管的连通位置设置有第八阀；

所述中间箱分别与所述第一蛇形冷凝管的出口和第二蛇形冷凝管的出口连通，所述中间箱与所述第一蛇形冷凝管的连通位置设置有第九阀，所述中间箱与所述第二蛇形冷凝管的连通位置设置有第十阀；

所述光度计包括光源、PH电极、吸收池和检测器，所述吸收池为透明结构，所述光源和所述检测器分置在所述吸收池的两侧，所述PH电极设置在所述吸收池内，所述中间箱通过所述输送泵与所述吸收池连通，所述冲洗水箱通过所述冲洗水泵与所述吸收池连通，所述缓冲液箱通过所述缓冲液泵与所述吸收池连通，所述显色剂溶液箱通过所述显色剂溶液泵与所述吸收池连通。

5.根据权利要求4所述的用于烟气中有害物质的检测***，其特征在于，所述可凝结颗粒物捕集单元包括第二烟气冷凝器、去离子水箱、去离子水泵、撞击瓶、内装滤膜的过滤器、第二干燥瓶、氮气瓶、正己烷箱和正己烷泵；

所述第二烟气冷凝器内置有第三蛇形冷凝管，所述第三蛇形冷凝管通过第十一阀与所述第四伴热管连通，且连通位置位于所述第六阀的前端，所述氮气瓶通过第十二阀与所述第三蛇形冷凝管的入口连通，所述正己烷箱通过所述正己烷泵与所述第三蛇形冷凝管的入口连通，所述正己烷泵与所述第三蛇形冷凝管的连通位置设置有第十三阀，所述去离子水箱通过所述去离子水泵与所述第三蛇形冷凝管的入口连通，所述去离子水泵与所述第三蛇形冷凝管的连通位置设置有第十四阀，所述第三蛇形冷凝管的出口依次连通所述撞击瓶、所述过滤器和所述第二干燥瓶，所述第二干燥瓶的出口通过第五伴热管与所述第一干燥瓶连通，所述第五伴热管上设置有第十五阀，所述第六阀的后端与所述第五伴热管连通，所述第六阀与所述第五伴热管的连通位置位于所述第十五阀的后端，所述第一干燥瓶的出口通过第六伴热管与所述第二自动采样仪连通。

6.根据权利要求5所述的用于烟气中有害物质的检测***，其特征在于，所述汞检测单元包括第二三通阀、第三三通阀、总汞转化装置、零价汞转化装置、第三干燥瓶和汞分析仪，所述第二三通阀与所述第五伴热管连通，所述总汞转化装置的入口通过第七伴热管与所述第二三通阀连通，所述零价汞转化装置的入口通过第八伴热管与所述第二三通阀连通，所述总汞转化装置的出口和所述零价汞转化装置的出口分别与所述第三三通阀连通，所述第三三通阀通过第九伴热管与所述第三干燥瓶的入口连通，所述第三干燥瓶的出口通过第十伴热管与所述分析仪连通，所述分析仪通过第十一伴热管与所述第一自动采样仪连通。

7.根据权利要求6所述的用于烟气中有害物质的检测***，其特征在于，所述汞分析仪主要包括汞灯、加热器、测量室、汞检测器，所述测量室的一端与所述第三干燥瓶的出口连通，所述测量室的另一端与所述第一自动采样仪连通，所述汞灯和所述汞检测器分别设置在所述测量室的两侧，所述加热器靠近所述测量室设置。