技术领域
[0001] 本实用新型属于热
力设备配套检测相关领域，更具体地，涉及一种气体中碱金属及痕量元素浓度的在线监测装置。
背景技术
[0002] 钠、
钾等碱金属及其化合物因会对热电厂部件材料产生
腐蚀作用、降低热力效率，增加维护
费用等原因而受到广泛关注。碱金属对热力设备部件产生严重影响具体表现在：阻碍热交换，降低换热效率，从而降低发电效率和功率；阻塞流道，造成机械损害；运行故障；产生腐蚀。此外，重金属、痕量元素及其化合物是大气污染物的重要组成，某些痕量元素即便在浓度很低的情况下，也会对生态环境造成严重的破坏，甚至毒害动
植物，对人类健康造成严重威胁。各种热力设备排放气体、产品气中碱金属及痕量元素等有害元素的危害已经得到广泛关注，加强对各种工业过程气体污染物中碱金属及痕量元素的监测，研发直接定量测定气体中碱金属及痕量元素浓度的在线监测装置，有利于促进环境保护，并促进相应的环保法规的建立和完善。
[0003]
现有技术中已经提出了一些常规的检测方案。然而，进一步的研究表明，这些方案大多通过溶液吸收、固体
吸附剂吸附等方法收集一段时间内释放到气体中有害元素的总量，再对吸附介质样品进行恢复消解，再由传统的
原子吸收
光谱仪、紫外可见分光光度仪、原子
荧光光谱仪、电化学法仪器等技术手段进行测定。相应地，不仅导致测量方法取样耗时长，分析前恢复和消解的步骤复杂等问题，特别是难于精确地获取有害元素在短时间内排放浓度的
波动情况，因而很难满足工业排放监控领域对热力装置实际运行状况进行实时监控的需求。实用新型内容
[0004] 针对现有技术的以上不足之处和改进需求，本实用新型提供了一种气体中碱金属及痕量元素浓度的在线监测装置，其中通过充分结合热力设备尾部烟气或产品气排放过程的工艺特点，对整个监测装置的整体构造组成及一些关键组件如气体
采样单元、雾化单元、光谱仪等的具体结构和设置方式作出针对性设计，相应能够极大拓展光谱仪和质谱仪在气体中多元素连续在线监测的适用范围，同时具备结构紧凑、使用灵活等特点，因而尤其适用于工业化生产的各类热力设备检测应用场合。
[0005] 为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种气体中碱金属及痕量元素浓度的在线监测装置，其特征在于，该装置包括预处理单元、气体采样单元、雾化单元、光谱仪，其中：
[0006] 所述预处理单元设置在热力设备的烟道与所述气体采集单元之间，并用于除去作为监测对象的气体执行过滤预处理；
[0007] 所述气体采样单元包括保温采样管、机械
泵和
蠕动泵，其中该保温采样管被设计为具备三个端口且通过三通来实现气体分流，其中它的第一端设有与所述预处理单元保持相连的气体入口，并且用于在所述机械泵的作用下将气体
抽取至保温采样管中，它的第二端与所述蠕动泵保持相连，并且用于将定量采样的第一气体输送至此蠕动泵以执行后期检测，它的第三端连接有
净化元件，并且用于将其余的第二气体执行无害化处理后排入大气环境；
[0008] 所述雾化单元设置在所述蠕动泵的下游端，并用于将该蠕动泵输出的所述第一气体执行雾化及去
溶剂化处理，然后将产生的干
气溶胶输送至所述光谱仪；
[0009] 所述光谱仪包括进样元件和
等离子体发射光谱仪矩管，其中该进样元件将来自所述雾化单元的干气溶胶定量送入至该等离子体发射光谱矩管中，并由所述等离子体发射光谱仪矩管测取其元素特征谱线强度。
[0010] 作为进一步优选地，所述蠕动泵的泵头为双头异相磁头结构。
[0011] 作为进一步优选地，所述雾化单元包括有去溶剂化模
块，该去溶剂化模块具有加
热管和冷却管，并且所述加热管的
工作温度设定为不低于140℃，所述冷却管的工作温度设定为不高于3℃。
[0012] 作为进一步优选地，上述作为监测对象的气体包括电站
锅炉烟气、焚烧炉废气，
钢铁工业废气、
热解炉产品气、
气化炉产品气、或者
整体煤气化联合循环发电系统
燃气轮机前烟气。
[0013] 总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0014] 1、通过对整个监测装置的整体构造组成及一些关键组件的具体结构和设置方式作出针对性设计，相应以结构紧凑、使用灵活和便于控制的方式执行上述监测过程，因而尤其适用于工业化生产的各类热力设备检测应用场合；
[0015] 2、最后，通过本实用新型所研发的在线监测装置(时均
分辨率约3-5秒)无论是对解决运行经济性、安全性问题还是出于环境污染方面的考量都是很有必要的，尤其是控制有害元素污染物排放的脱除装置需要与在线监测设备联用以对其效率进行实时评估的应用场合，以及在电厂启动、改变
燃料或运行工况阶段。
附图说明
[0016] 图1是按照本实用新型优选
实施例所构建的在线监测装置的结构示意图；
[0017] 图2是按照本实用新型优选实施方式所构建的在线监测方法的整体工艺流程示意图；
[0018] 图3是采用拟合方式获得的校准曲线图；
[0019] 图4是执行连续在线测量目标元素的过程中所获得的瞬时浓度图。
具体实施方式
[0020] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021] 图1是按照本实用新型优选实施例所构建的在线监测装置的结构示意图。如图1示，该装置主要包括预处理单元、气体采样单元、雾化单元、光谱仪等组件，下面将对其逐一进行具体解释说明。
[0022] 所述预处理单元3设置在热力设备的烟道1与所述气体采集单元之间，并用于除去作为监测对象的气体执行过滤预处理；2是抽气口。
[0023] 所述气体采样单元包括保温采样管5、机械泵7和蠕动泵10，其中该保温采样管5被设计为具备三个端口且通过三通来实现气体分流，其中它的第一端设有与所述预处理单元3保持相连的气体入口，并且用于在所述机械泵7的作用下将气体抽取至保温采样管中，它的第二端与所述蠕动泵10保持相连，并且用于将定量采样的第一气体输送至此蠕动泵以执行后期检测，它的第三端连接有净化元件6、8，并且用于将其余的第二气体执行无害化处理后排入大气环境；
[0024] 所述雾化单元设置在所述蠕动泵10的下游端，并用于将该蠕动泵输出的所述第一气体执行雾化及去溶剂化处理，然后将产生的干气溶胶输送至所述光谱仪；
[0025] 所述光谱仪包括进样元件16和等离子体发射光谱仪矩管19，其中该进样元件16将来自所述雾化单元的干气溶胶定量送入至该等离子体发射光谱矩管19中，并由所述等离子体发射光谱仪矩管19测取其元素特征谱线强度。如图所示，其中17是等离子体气，18是辅助气。
[0026] 下面将参照图2来更为具体地解释按照本实用新型的在线监测工艺过程。
[0027] 首先，可配置与待测气体主要组成成分相同、且不含有待测目标元素的基底气体，同时配置含有待测目标元素且已知其浓度的多组标准溶液；将各组标准溶液与基底气体分别即时混合及经雾化除湿处理，并形成多组标准干气溶胶后各自送入光谱仪中，由此获知各组标准干气溶胶中目标元素的一系列特征谱线强度值；然后譬如可基于以上多组标准溶液与对应的一系列特征谱线强度值之间的关系，建立目标元素浓度与特征谱线强度值之间的数学方程，并方便作为后续实际监测的预设参考。
[0028] 接着，将待测气体在保持恒温的条件下执行采样，然后对采样气执行雾化和去溶剂化处理，由此形成干气溶胶；将此干气溶胶送入至光谱仪中，并在激发高温等离子体的状态下获取其元素特征谱线强度的实际值；将所获取的实际值带入至上述数学方程中，由此直接连续计算得出待测气体中包含碱金属及痕量元素在内的目标元素的实际浓度值；最后，通
过采样单元对待测气体进行连续采样，持续形成干气溶胶送入光谱仪中进行分析，由此计算得到待测气体中包含碱金属及痕量元素在内的目标元素的一系列瞬时浓度值，进而实现连续在线监测效果。
[0029] 下面将通过一个具体实例来具体解释说明本实用新型。
[0030] 实例1：测量
生物质燃烧产生的烟气中碱金属钠Na的浓度。
[0031] 确定某生物质燃烧产生的烟气主要组成成分：由80％N2，13％CO2，7％O2组成。按该比例配置不含其他杂质及碱金属Na的基底气体。
[0032] 取Na元素浓度已知的定标样品5组，Na元素浓度依次分别为：0mg/Nm3，0.1mg/Nm3，0.2mg/Nm3，1mg/Nm3，2mg/Nm3。
[0033] 对于每一组定标样品，分别和基底气体以一定的流量通入雾化装置进行混合雾化，得到不同浓度Na元素与特征谱线的光谱强度值，进行曲线拟合，得到气体中Na元素浓度与光谱强度的校准曲线图及数学方程，如图3所示。
[0034] 将生物质燃烧烟气作为待测样品，和去离子
水和以上步骤中相同的流量通过雾化装置，并送入光谱仪，得到该样品中Na元素的谱线强度值I’，将I’代入数学方程，得到该样品中Na元素的浓度值。
[0035] 开启实时测量程序，通过采样装置连续采样，连续形成干气溶胶送入光谱仪进行分析，得到燃烧过程中Na的瞬时元素浓度，对气体中Na的释放过程开展连续在线监测。测量结果可通过计算机显示，如图4所示。
[0036] 综上，本实用新型与现有方案相比，能够以便于操控、适用性强的方式实现对气体中碱金属及痕量元素浓度的高
精度在线监测，并且可实时获知其瞬时浓度变化数值；其极大拓展光谱仪和质谱仪在气体中多元素连续在线监测的适用范围，并具备结构紧凑、使用灵活等特点，因而尤其适用于工业化生产的各类热力设备检测应用场合。
[0037] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何
修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
