一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置及方法，該裝置包括氣體采樣器10、帶式活性過濾膜80、濾膜傳送單元30、XRF檢測器40、無線通信單元90及控制單元；整個裝置結(jié)構(gòu)簡單、巧妙，容易推廣；該檢測方法利用X-射線熒光能譜法對煙道氣體中的有害元素進(jìn)行定性和定量分析，避免了化學(xué)方法測試的繁冗，提高了工作效率，同時測試精度達(dá)到ppm級別；帶式活性過濾膜的設(shè)計提供了一種解決樣品采集與檢測器之間傳送難題的簡單方法；通過設(shè)計帶式活性過濾膜的材料可實現(xiàn)多種狀態(tài)重金屬的富集和檢測；檢測及時，且效率高。
【專利說明】一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]有色金屬火法冶煉過程(包括干燥、燒結(jié)、焙燒、熔煉、吹煉、煙化、揮發(fā)、熔鑄等)，產(chǎn)生大量煙氣，隨煙氣排出的重金屬元素，在大氣中長時間停留，會轉(zhuǎn)化為毒性很大的化合物，進(jìn)而危害人類健康和生態(tài)環(huán)境，因此對煙氣中的重金屬污染進(jìn)行監(jiān)測具有重要意義。傳統(tǒng)的重金屬富集的氣體中顆粒物的檢測，通常采用的是原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜、原子熒光光譜，紫外-可見分光光度法等，這些方法均需要對氣體中顆粒物富集濾膜進(jìn)行消解等復(fù)雜的前處理，而且除原子發(fā)射光譜外其他方法一般只能測試一種元素。而且只考慮呈固態(tài)顆粒態(tài)的重金屬的富集與檢測。這些傳統(tǒng)的方法不能實現(xiàn)在線實時監(jiān)測，只能夠得到一段時間的平均值，且沒有考慮氣態(tài)重金屬的檢測，不能及時觀測到污染情況，很難監(jiān)測實際運行狀況，而且取樣和分析的耗時很長。因此，實現(xiàn)煙氣多種重金屬元素的在線測量是非常有必要的。美國能源部和環(huán)保局已經(jīng)把發(fā)展連續(xù)排放監(jiān)測技術(shù)作為控制生產(chǎn)工廠煙氣排放的先決條件。
[0003]X射線熒光光譜是一種原位、無損的檢測方式，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)定后可以一次測量氣體中的多種重金屬元素。目前X射線熒光光譜檢測技術(shù)(XRF)已經(jīng)實現(xiàn)了小型化、便攜化，在數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理方面都具有較大的改造和提升空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置及方法，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有化學(xué)檢測方法工序復(fù)雜且耗時長，不能及時觀測到污染情況，很難監(jiān)測實際運行狀況的問題。
[0005]一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，包括氣體采樣器10、帶式活性過濾膜80、濾膜傳送單元30、XRF檢測器40、無線通信單元90及控制單元；
[0006]所述氣體采樣器上設(shè)有采樣腔20，采樣腔分為進(jìn)氣腔21和出氣腔22，進(jìn)氣腔上方設(shè)有進(jìn)氣口 23，所述進(jìn)氣口與所述氣體采樣器的采樣管道相連，出氣腔下方設(shè)有出氣口24，所述出氣口與抽氣泵相連，所述帶式活性過濾膜位于進(jìn)氣腔和出氣腔之間；所述進(jìn)氣腔和出氣腔對接，中間留有讓帶式活性過濾膜穿過的縫隙25 ；
[0007]所述濾膜傳送單元至少包括兩個輪盤，分別為主動輪盤和從動輪盤，所述帶式活性過濾膜的一端纏繞于從動輪盤上，所述帶式活性過濾膜的另一端纏繞于主動輪盤上；所述主動輪盤和從動輪盤同方向同步轉(zhuǎn)動帶動帶式活性過濾膜依次經(jīng)過采樣腔和XRF檢測器，并使得帶式過濾膜由從動輪盤向主動輪盤纏繞；
[0008]所述氣體采樣器中的抽氣泵、XRF檢測器的檢測開關(guān)以及用于驅(qū)動主動輪盤的電機(jī)均與控制單元相連；
[0009]所述XRF檢測器40通過無線通信單元90與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。[0010]所述氣體采樣器的采樣腔下方設(shè)有噴碼單元60，所述噴碼單元受控于控制單元。
[0011]所述帶式活性過濾膜上全部涂有活性材料或濾膜等間隔區(qū)域上涂有活性材料，涂有活性材料的相鄰濾膜區(qū)域之間的間隔距離為XRF檢測器與所述采樣腔之間的間距。
[0012]濾膜等間隔區(qū)域上涂有活性材料是指帶式活性過濾膜上一段涂有活性材料，一段沒有涂活性材料，沒有涂活性材料的帶式活性過濾膜長度為XRF檢測器與所述采樣腔之間的間距。
[0013]所述活性材料層為有機(jī)高分子膜、玻璃纖維膜、石英膜中以及金屬有機(jī)骨架材料膜的一種或多種。
[0014]在所述濾膜傳送單元上還設(shè)有多個用于固定帶式活性過濾膜的轉(zhuǎn)輪。
[0015]在所述氣體采樣器的采樣管道上設(shè)有加熱單元并設(shè)有溫度傳感器用于檢測采樣管道內(nèi)煙氣溫度，所述加熱單元受控于控制單元。
[0016]一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測方法，采用所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，氣體采樣器收集煙道中的氣體，利用氣體采樣器中的抽氣泵工作，使得煙氣穿過帶式活性濾膜，煙氣中的重金屬顆粒以及重金屬煙氣被吸附和富集在帶式活性濾膜上；當(dāng)XRF檢測器檢測到含有重金屬元素的帶式活性濾膜經(jīng)過時，控制單元發(fā)出控制指令停止電機(jī)工作，使得濾膜傳送單元停止傳送，XRF檢測器開始對帶式活性濾膜上的重金屬進(jìn)行檢測和分析，通過無線通信單元將XRF檢測器獲得的分析結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程終端。
[0017]所述煙氣中的重金屬顆粒以及重金屬煙氣被吸附和富集在帶式活性濾膜上的同時，所述噴碼單元對帶式活性濾膜進(jìn)行噴碼，所述噴碼信息包括噴碼時間與采樣時長。
[0018]所述氣體采樣器中的抽氣泵每次的工作時間與所述XRF檢測器的檢測與分析時間相同；
[0019]即抽氣泵與XRF檢測器為同步開始工作，當(dāng)抽氣泵停止工作時，傳送單元才開始傳動，直到下次抽氣泵與XRF檢測器重新開始工作。
[0020]有益效果
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0022]利用X-射線熒光能譜法對煙道氣體中的有害元素進(jìn)行定性和定量分析，避免了化學(xué)方法測試的繁冗，提高了工作效率，同時測試精度達(dá)到ppm級別；帶式活性過濾膜的設(shè)計提供了一種解決樣品采集與檢測器之間傳送難題的簡單方法；通過設(shè)計帶式活性過濾膜的材料可實現(xiàn)多種狀態(tài)重金屬的富集和檢測；通過控制單元的控制，可滿足無人值守、連續(xù)自動工作要求；通過設(shè)計無線傳輸，可以避免由于傳輸線路的損壞而無法將煙氣檢測結(jié)果傳輸出來的問題，提高了系統(tǒng)的可靠性；通過噴碼打印裝置，可以實現(xiàn)濾膜樣品的時間標(biāo)記，便于樣品的保存、實驗室復(fù)檢，管理和時間比對。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明中采樣腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。[0026]如圖1和圖2所示，一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，包括氣體采樣器
10、帶式活性過濾膜80、濾膜傳送單元30、XRF檢測器40、無線通信單元90及控制單元；
[0027]所述氣體采樣器上設(shè)有采樣腔20，采樣腔分為進(jìn)氣腔21和出氣腔22，進(jìn)氣腔上方設(shè)有進(jìn)氣口 23，所述進(jìn)氣口與所述氣體采樣器的采樣管道相連，出氣腔下方設(shè)有出氣口24，所述出氣口與抽氣泵相連，所述帶式活性過濾膜位于進(jìn)氣腔和出氣腔之間；所述進(jìn)氣腔和出氣腔對接，中間留有讓帶式活性過濾膜穿過的縫隙25 ；
[0028]所所述濾膜傳送單元至少包括兩個輪盤，分別為主動輪盤和從動輪盤，所述帶式活性過濾膜的一端纏繞于從動輪盤上，所述帶式活性過濾膜的另一端纏繞于主動輪盤上；所述主動輪盤和從動輪盤同方向同步轉(zhuǎn)動帶動帶式活性過濾膜依次經(jīng)過采樣腔和XRF檢測器，并使得帶式過濾膜由從動輪盤向主動輪盤纏繞；
[0029]所述氣體采樣器中的抽氣泵、XRF檢測器的檢測開關(guān)以及用于驅(qū)動主動輪盤的電機(jī)均與控制單元相連；
[0030]所述XRF檢測器40通過無線通信單元90與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。XRF的檢測精度可達(dá)10_6-10_8，因此，本裝置的測試精度可達(dá)到ppm級別。
[0031]所述氣體采樣器的采樣腔下方設(shè)有噴碼單元60，所述噴碼單元受控于控制單元。
[0032]所述帶式活性過濾膜上全部涂有活性材料或濾膜等間隔區(qū)域上涂有活性材料，涂有活性材料的相鄰濾膜區(qū)域之間的間隔距離為XRF檢測器與所述采樣腔之間的間距。
[0033]濾膜等間隔區(qū)域上涂有活性材料是指帶式活性過濾膜上一段涂有活性材料，一段沒有涂活性材料，沒有涂活性材料的帶式活性過濾膜長度為XRF檢測器與所述采樣腔之間的間距。
[0034]所述活性材料層為有機(jī)高分子膜、玻璃纖維膜、石英膜中以及金屬有機(jī)骨架材料膜的一種或多種。
[0035]在所述濾膜傳送單元上還設(shè)有多個用于固定帶式活性過濾膜的轉(zhuǎn)輪。
[0036]在所述氣體采樣器的采樣管道上設(shè)有加熱單元并設(shè)有溫度傳感器用于檢測采樣管道內(nèi)煙氣溫度，所述加熱單元受控于控制單元。
[0037]—種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測方法，采用所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，氣體采樣器收集煙道中的氣體，利用氣體采樣器中的抽氣泵工作，使得煙氣穿過帶式活性濾膜，煙氣中的重金屬顆粒以及重金屬煙氣被吸附和富集在帶式活性濾膜上；當(dāng)XRF檢測器檢測到含有重金屬元素的帶式活性濾膜經(jīng)過時，控制單元發(fā)出控制指令停止電機(jī)工作，使得濾膜傳送單元停止傳送，XRF檢測器開始對帶式活性濾膜上的重金屬進(jìn)行檢測和分析，通過無線通信單元將XRF檢測器獲得的分析結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程終端。
[0038]所述煙氣中的重金屬顆粒以及重金屬煙氣被吸附和富集在帶式活性濾膜上的同時，所述噴碼單元對帶式活性濾膜進(jìn)行噴碼，所述噴碼信息包括噴碼時間與采樣時長。
[0039]所述氣體采樣器中的抽氣泵每次的工作時間與所述XRF檢測器的檢測與分析時間相同。
[0040]即抽氣泵與XRF檢測器為同步開始工作，當(dāng)抽氣泵停止工作時，傳送單元才開始傳動，直到下次抽氣泵與XRF檢測器重新開始工作。
[0041]利用本裝置對含重金屬的氣體進(jìn)行分析測試，獲得富集于濾膜中Cu，Zn，Pb的含量，，同時用常用的重金屬分析方法ICP對富集重金屬的樣品進(jìn)行檢測，結(jié)果對比如表I所示。兩者的檢測結(jié)果相近，說明該裝置可以對煙氣重金屬含量進(jìn)行快速的分析檢測。
[0042]表1含有重金屬氣體的測試結(jié)果表
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，其特征在于，包括氣體采樣器(10)、帶式活性過濾膜(80 )、濾膜傳送單元(30 )、XRF檢測器(40 )、無線通信單元90及控制單元； 所述氣體采樣器上設(shè)有采樣腔(20 )，采樣腔分為進(jìn)氣腔(21)和出氣腔(22 )，進(jìn)氣腔上方設(shè)有進(jìn)氣口(23)，所述進(jìn)氣口與所述氣體采樣器的采樣管道相連，出氣腔下方設(shè)有出氣口(24)，所述出氣口與抽氣泵相連，所述帶式活性過濾膜位于進(jìn)氣腔和出氣腔之間；所述進(jìn)氣腔和出氣腔對接，中間留有讓帶式活性過濾膜穿過的縫隙(25)； 所述濾膜傳送單元至少包括兩個輪盤，分別為主動輪盤和從動輪盤，所述帶式活性過濾膜的一端纏繞于從動輪盤上，所述帶式活性過濾膜的另一端纏繞于主動輪盤上；所述主動輪盤和從動輪盤同方向同步轉(zhuǎn)動帶動帶式活性過濾膜依次經(jīng)過采樣腔和XRF檢測器，并使得帶式過濾膜由從動輪盤向主動輪盤纏繞； 所述氣體采樣器中的抽氣泵、XRF檢測器的檢測開關(guān)以及用于驅(qū)動主動輪盤的電機(jī)均與控制單元相連； 所述XRF檢測器(40)通過無線通信單元(90)與遠(yuǎn)程終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，其特征在于，所述氣體采樣器的采樣腔下方設(shè)有噴碼單元(60)，所述噴碼單元受控于控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，其特征在于，所述帶式活性過濾膜上全部涂有活性材料或濾膜等間隔區(qū)域上涂有活性材料，涂有活性材料的相鄰濾膜區(qū)域之間的間隔距離為XRF檢測器與所述采樣腔之間的間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，其特征在于，所述活性材料層為有機(jī)高分子膜、玻璃纖維膜、石英膜中以及金屬有機(jī)骨架材料膜的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，其特征在于，在所述濾膜傳送單元上還設(shè)有多個用于固定帶式活性過濾膜的轉(zhuǎn)輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，其特征在于，在所述氣體采樣器的采樣管道上設(shè)有加熱單元并設(shè)有溫度傳感器用于檢測采樣管道內(nèi)煙氣溫度，所述加熱單元受控于控制單元。
7.一種煙道氣體中重金屬含量的在線檢測方法，其特征在于，采用權(quán)利要求3-6任一項所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測裝置，氣體采樣器收集煙道中的氣體，利用氣體采樣器中的抽氣泵工作，使得煙氣穿過帶式活性濾膜，煙氣中的重金屬顆粒以及重金屬煙氣被吸附和富集在帶式活性濾膜上；當(dāng)XRF檢測器檢測到含有重金屬元素的帶式活性濾膜經(jīng)過時，控制單元發(fā)出控制指令停止電機(jī)工作，使得濾膜傳送單元停止傳送，XRF檢測器開始對帶式活性濾膜上的重金屬進(jìn)行檢測和分析，通過無線通信單元將XRF檢測器獲得的分析結(jié)果傳輸至遠(yuǎn)程終端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測方法，其特征在于，所述煙氣中的重金屬顆粒以及重金屬煙氣被吸附和富集在帶式活性濾膜上的同時，所述噴碼單元對帶式活性濾膜進(jìn)行噴碼，所述噴碼信息包括噴碼時間與采樣時長。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煙道氣體中重金屬含量的在線檢測方法，其特征在于，所述氣體采樣器中的抽氣泵每次的工作時間與所述XRF檢測器的檢測與分析時間相同。
【文檔編號】G01N23/223GK103822934SQ201410056230
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】王旭明, 柴立元, 劉晉, 李劼, 劉業(yè)翔 申請人:中南大學(xué)