CN110411791B - 一种用于分析痕量元素高温富集性能的颗粒物收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种用于分析痕量元素高温富集性能的颗粒物收集装置，适用于高温沉降炉高温条件下采集灰样，用以分析易挥发性元素(As、Se)等在高温灰中的富集特性。装置由短空心管、长空心管、耐高温细筛网、底座、灰斗法兰、滤筒、冷却套管、炉膛刚玉管组成。可将长空心管嵌入到短空心管之中；同时耐高温细筛网被卡在两节空心管之间，用于采集灰样；底座与长空心管焊接，可固定装置保持直立，并排出进入装置的气体。采灰时装置由沉降炉底部伸入炉内高温区，并固定在沉降炉底端。本发明优势在于可在700‑800℃下采集灰样，确保取灰温度，同时装置结构简单，操作方便，补充现有侧端取样装置只能在低温下收灰的不足。
Description
技术领域
本发明属于烟气重金属检测技术领域，具体涉及一种用于分析痕量元素高温富集性能的颗粒物收集装置。
背景技术
煤燃烧过程中会产生各种破坏环境的污染物，重金属痕量元素就是其中之一，虽然含量不多，但由于有些重金属痕量元素易挥发的特性(如Hg、As、Se)，会随着烟气进入大气中，对环境和人体造成巨大危害。收集高温灰并测定灰中痕量重金属元素的含量，可探究出重金属痕量元素挥发的一般规律，这对重金属痕量元素的控制具有重要意义。
现有技术中收集高温灰并测定灰中痕量重金属元素的含量往往偏高，因此，设计一种能够在高温下取样的装置，对研究挥发性重金属元素在粉煤灰中的富集特性及其控制方法研究具有重要意义。
发明内容
本发明的内容是设计一种在高温下采集灰样的装置，目的是弥补现有采样装置采灰温度低的不足，解决重金属痕量元素在降温过程中，由气相冷凝重新吸附于颗粒物表面的问题。利用该装置，可收集沉降炉燃烧过程中产生的高温灰，以便准确分析重金属元素在高温灰中的富集特性，研究易挥发性重金属在颗粒物中的高温吸附机理，从而探究挥发性有毒痕量元素的控制方法。适用于实验室沉降炉高温条件下采集灰样，采灰温度可控制在700-800℃之间，是一种置于炉膛内的可拆卸采灰装置。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种用于分析痕量元素高温富集性能的颗粒物收集装置，包括：
炉膛刚玉管，冷却套管套装在炉膛刚玉管下端外周；
灰斗法兰，具有锥形内腔，滤筒套于灰斗法兰内周；
短空心管，该短空心管内周底端具有扩径腔，扩径腔的内径大于短空心管远离扩径腔一端的内径，扩径腔的内周与长空心管外周间隙配合；
长空心管，套于所述扩径腔内，耐高温细筛网被夹持固定在扩径腔和长空心管顶端之间；
底座，焊接在长空心管底端，具有中空通道及锥形外周轮廓，底座外周截面与灰斗法兰内周互相配合；
短空心管、耐高温细筛网、长空心管、底座依次组装后置于所述灰斗法兰的锥形内腔内，灰斗法兰的锥形内腔朝向炉膛刚玉管，与炉膛刚玉管底端固定。
进一步地，所述短空心管、耐高温细筛网、长空心管采用耐高温材料制作。
进一步地，所述耐高温细筛网为圆形，耐高温细筛网铺平直径大于长空心管外径。
进一步地，所述耐高温细筛网的目数不小于800目。
优选地，所述短空心管和长空心管采用耐高温胶粘连。
优选地，所述灰斗法兰底端依次连通旋风分离器、冷凝器、灰袋除尘器、引风机。
优选地，所述冷却套管连通循环冷却水系统的进水和出水管。
本发明的有益效果：
本发明可在700-800℃条件下收集灰样，采用耐高温筛网代替普通纤维滤筒，将截灰位置提前到带水冷的取样枪或底端水冷盘之前，在烟气尚未降温之前收集底灰。与传统采灰方法相比，该发明能够取得较高温度的底灰样，克服烟气中气态重金属痕量元素在冷凝过程中重新吸附在颗粒物上的问题。同时，装置各配件之间安装简单，操作便捷，将装置直接伸入炉膛内刚玉管即可使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为装置放入炉膛后的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1
如图1，用于分析痕量元素高温富集性能的颗粒物收集装置，包括短空心管1、长空心管2、耐高温细筛网3、底座4、灰斗法兰6、滤筒9、冷却套管7、炉膛刚玉管5，冷却套管7套装在炉膛刚玉管5下端外周；灰斗法兰6具有锥形内腔，滤筒9套于灰斗法兰6内周；短空心管1内周底端具有扩径腔1.2，长空心管2顶端套于扩径腔1.2内，耐高温细筛网3被夹持固定在扩径腔1.2和长空心管2顶端之间，扩径腔1.2的内径大于短空心管1远离扩径腔一端1.1的内径，扩径腔1.2的内周与长空心管2外周间隙配合；底座4，采用空心锥形管，焊接在长空心管2底端。
本实施装置的颗粒物收集装置使用过程如下：首先在距沉降炉出口500-600mm深的位置，用热电偶测定炉膛内部取样温度，获得热电偶采样温度为700℃以上时的伸入长度，确保本实施例的装置在700℃以上的位置取样；其次，将本实施例的装置按照图1所示连接，长空心管2和短空心管1均采用耐高温材料制作，长空心管2管长500-600mm，短空心管1管长50mm-60mm；所述短空心管1外径为16mm，比长空心管2外径大，短空心管1底端内径与长空心管2外径13mm相同，短空心管1另一端内径与长空心管2内径10mm相同，在短空心管1底端内放入圆形耐高温细筛网3后，耐高温细筛网3的规格为800目，再将长空心管2嵌入到短空心管1之中，使耐高温细筛网3固定，耐高温细筛网3铺平直径略大于长空心管2外径；并将在两节空心管接缝处涂一层耐高温胶；
如图2，然后，按照第一步确定的伸入长度，将连接好的装置从沉降炉出口处伸入到炉膛刚玉管5内，若整体长度不足以达到确定的伸入长度，在长空心管2下端焊接底座4垫高，确保采样温度，所述底座4为空心锥台，在灰斗法兰6内放置滤筒9，再将颗粒物收集装置10连同底座4放入沉降炉底端的灰斗法兰6内压实滤筒9，可颗粒物收集装置10使保持装置直立，炉膛刚玉管5底端外周套接冷却套管7，再将灰斗法兰6与炉膛刚玉管5螺栓连接，将装置固定在炉膛刚玉管5内，冷却套管7通过水管8与循环冷却水系统连通，防止高温烟气使灰斗法兰6变形，也避免了高温烟气烧蚀灰斗法兰6内的滤筒9，灰斗法兰6底端依次连通旋风分离器、冷凝器、灰袋除尘器、引风机。滤筒9用于过滤直径小于耐高温细筛网3孔隙的颗粒，防止引风机在抽气的时候堵塞。
实验完毕，拆卸灰斗法兰8，取出耐高温细筛网3收集灰样一，取出滤筒9收集灰样二。
对比例
李君杰，熊彪，张泰等人发表的“准东煤灰沉积特性的实验研究”和李意发表的“O2/CO2煤粉燃烧时细灰颗粒中痕量元素分布特性的实验研究”采用分离灰斗取样，由刚玉管尾端排出的含灰烟气，经过伸入炉膛内的带有N2淬熄的水冷的取样管后，由旋风分离器除去粒径大于10μm的颗粒，或底端水冷盘淬冷降温后，进入装有滤筒的分离灰斗过滤，底灰被截留，得到待测灰样。
效果比较
实验选择霍林河褐煤在1000℃和1100℃下燃烧并分别用对比例的收灰装置及实施例1所列收灰装置收集样品灰，进行痕量重金属的测定，样品处理及重金属浓度测定方法参照刘慧敏，王春波等人发表的“高砷褐煤与低砷烟煤混燃砷的挥发特性及模型”，采用微波消解+氢化物原子荧光光谱法进行测定。
霍林河褐煤煤样的消解方法参照GB/T 3058—2008《煤中砷的测定方法》，即将煤样与艾氏剂混合灼烧，用盐酸溶解灼烧后的样品，加去离子水定容至100ml，待测。对比例的收灰装置及实施例1所列收灰装置收集样品灰灰样利用德国Berghof公司的SpeedWaveMWS-4型微波消解仪进行消解，得到煤样中的重金属含量。灰样测量的具体方法是称取0.1g固体灰样放入消解罐，依次加入5ml浓硝酸和2ml氢氟酸，按照仪器给定的煤灰消解程序进行消解，消解后加去离子水定容至100ml，待测。消解后的煤样和灰样利用自动氢化物发生原子荧光光谱仪(英国PSA公司，PSA 10.055Millennium Excalibur)检测液体样品中的砷和硒浓度。通过计算，算出单位灰样中重金属质量。为了降低测量误差，每个样品测试3次，相对偏差位于±10％以内认为数据有效，测量过程中进行QA&QC校验，取3次有效测试数据的平均值作为测试结果。
灰样二对应的检测液体样品中的砷和硒浓度低于5ppb，无法得到测量结果。说明烟气中的重金属几乎被耐高温筛网截留。
具体结果数值如下:
表1霍林河褐煤沉降炉燃烧灰中重金属浓度
由上可知，实施例1测得的灰样中重金属含量低于对比例测得的灰样中重金属含量，主要是因为，对比例采灰方法属于低温采样，含灰烟气在进入取样管前，由于取样管N2和水冷系统的淬冷作用，温度已降低至100℃以下。在这种情况下，挥发的重金属会迅速冷凝并吸附在颗粒物表面，导致滤筒所收集灰样的重金属元素含量高于实际炉膛出口灰样中重金属含量，这对分析挥发性重金属元素在高温灰中的富集特性及反应机理会造成很大影响。
Claims (7)
1.一种用于分析痕量元素高温富集性能的颗粒物收集装置，其特征在于，包括：
炉膛刚玉管，冷却套管套装在炉膛刚玉管下端外周；
灰斗法兰，具有锥形内腔，滤筒套于灰斗法兰内周；
短空心管，该短空心管内周底端具有扩径腔，扩径腔的内径大于短空心管远离扩径腔一端的内径，扩径腔的内周与长空心管外周间隙配合；
长空心管，套于所述扩径腔内，耐高温细筛网被夹持固定在扩径腔和长空心管顶端之间；
底座，焊接在长空心管底端，具有中空通道及锥形外周轮廓，底座外周截面与灰斗法兰内周互相配合；
短空心管、耐高温细筛网、长空心管、底座依次组装后置于所述灰斗法兰的锥形内腔内，灰斗法兰的锥形内腔朝向炉膛刚玉管，与炉膛刚玉管底端固定。
2.根据权利要求1所述颗粒物收集装置，其特征在于，所述短空心管，耐高温细筛网，长空心管采用耐高温材料制作。
3.根据权利要求1所述颗粒物收集装置，其特征在于，所述耐高温细筛网为圆形，耐高温细筛网铺平直径大于长空心管外径。
4.根据权利要求1所述颗粒物收集装置，其特征在于，所述耐高温细筛网的目数不小于800目。
5.根据权利要求1所述颗粒物收集装置，其特征在于，所述短空心管和长空心管采用耐高温胶粘连。
6.根据权利要求1所述颗粒物收集装置，其特征在于，所述灰斗法兰底端依次连通旋风分离器、冷凝器、灰袋除尘器、引风机。
7.根据权利要求1所述颗粒物收集装置，其特征在于，所述冷却套管连通循环冷却水系统的进水和出水管。
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