新型雾滴采样枪的设计与应用

董 锋，张 凯，刘 源，李 强，李庆芝

(西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054)

0 引言

我国燃煤电厂众多，各类化工、钢厂、电解铝厂等企业也大多拥有自备电厂。各种燃煤电厂在运行时，烟气在经过湿法脱硫的吸收塔后会产生雾滴，雾滴中的各种酸、盐、SO2、汞等物质随烟气经烟囱排入空气中。一方面对周围的居民生活和生态环境会造成不同程度的影响；另一方面雾滴中的各类有害物质也会导致湿法脱硫吸收塔后的湿式电除尘器、除雾器、烟道和烟囱内部产生腐蚀和结垢的情况。因此须对燃煤电厂烟气中的浆液含量进行准确的测量和掌握。

目前我国对于雾滴浓度的测试方法为镁离子示踪法，依据为GB/T 21508—2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》，使用采样枪在湿法脱硫的吸收塔出口烟道对雾滴进行多次平行网格法采样。现有采样方法是先在烟道断面进行网格法烟气量的测量，经过计算后选取平均数将采样枪放入烟道内对采样主机设置定量采样。将使用过的雾滴瓶滴定Mg2+离子浓度，同时将试验期间的脱硫浆液进行Mg2+离子浓度分析，较之二者Mg2+离子浓度后计算出雾滴浓度。现有雾滴采样设备在使用过程中存在试验和运输时雾滴瓶材质易破损、采样嘴在使用中不能更换，且不能够动压平衡等速采样等情况；现有单支长度采样枪整体过长或者依靠螺纹连接的组合式采样枪重量过大，不便于携带和运输，使用时无法根据烟道尺寸调整合适的长度问题。

为克服上述缺点，本文设计了一种可伸缩的便携式动压平衡等速雾滴采样枪，在符合现有国标的条件下，希望解决现有雾滴采样中的各种问题。

1 组成部件

该动压平衡等速雾滴采样枪(见图1)由上部采样头、雾滴收集瓶、下部采样头、靠背管、固定底座、按压弹簧定位珠和伸缩式采样管组成。其中上部采样头(1)包括采样嘴(1.1)、采样管(1.2)、缓冲区(1.3)，下部采样头(3)下端留有采样管连接头(3.1)，雾滴收集瓶(2)中间有蛇形管(2.1)以上均由工程塑料全氟烷氧基树脂制成。靠背管(4)贯通固定底座(5)后留有靠背管连接头(4.1)，靠背管以及固定底座均由钛金属制作。伸缩式采样管由多节钛金属管相互套叠构成，按压弹簧定位珠连接锁定。把手由工业塑料制成，尾端配有格兰头。

图1 可伸缩便携式动压平衡等速雾滴采样枪设计图示

2 使用方法

使用时将雾滴收集瓶的上下两端通过螺纹分别连接上部采样头和下部采样头，使之固定。使用微压计测试烟道内的流速，选择合适的采样嘴(1.1)通过螺纹连接采样管(1.2)。将组合好的雾滴采样瓶利用采样管连接头(3.1)上的外螺纹与固定底座(5)的内螺纹连接并贯穿底座。分别使用抽气软管连接采样管连接头(3.1)和靠背管连接头(4.1)，将抽气硅胶管和传压硅胶管穿过伸缩式采样管(6)的中空内部连接整体采样头内的采样管连接头(3.1)和靠背管连接头(4.1)后，锁死雾滴采样瓶与伸缩式采样管间的按压弹簧定位珠(7)，调节伸缩式采样管至合适测试烟道的长度，再将抽气硅胶管和传压硅胶管穿过把手(8)中空的内部，调整其合适的长度，锁死把手与伸缩式采样管之间的按压弹簧定位珠，最后将抽气硅胶管和传压硅胶管穿过把手尾部的格兰头(8.1)，调节格兰头固定其不会脱落即可组合完毕。

将组合好的采样枪放入烟道进行预热，同时在采样主机上设置大气压、烟道尺寸、烟温等必要参数，选取动压平衡采样模式，设置采样时间即可开始采样。

3 使用后的处理方法

采样完成后，取出整体采样枪，更换雾滴收集瓶和其连接的上部采样头和下部采样头。依据为GB/T 21508—2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》的要求，进行清洗、滴定、烘干、称重，依据上述标准进行Mg2+离子比对即可计算出雾滴浓度。

1)液滴中水的浓度：

CW=[(C11-C01)+(C12-C02)]/V

(1)

其中:CW为液滴中水的浓度，mg/m3；C01为采样后烟气雾滴采样瓶(一级捕集器)干燥后的重量；C02为采样后锥状雾滴捕集冷凝瓶(二级捕集器)干燥后的重量；C11为采样后烟气雾滴采样瓶(一级捕集器)干燥前的重量；C12为采样后锥状雾滴捕集冷凝瓶(二级捕集器)干燥前的重量；V为采样时抽取的烟气体积(标态、干烟气、空气过剩系数1.4)。

2)扣除烟道冷凝水滴后的水滴浓度：

CW0=CW×Cmg1/Cmg2

(2)

其中：Cmg1为采样后一、二级捕集器中液滴的Mg2+离子浓度，mg/L；Cmg2为吸收塔浆液中液滴Mg2+离子的浓度，mg/L。

3)液滴总浓度：

C=CW0×100/100-CX

(3)

其中：C为液滴总浓度，mg/m3(标态、干烟气、空气过剩系数1.4)；CX为吸收塔浆液含固量，%。

4 特点及优势

现有雾滴采样瓶均由玻璃制成，在运输、携带和使用时容易破损。在不同试验条件下，采样嘴在使用中不能更换，由于未配备靠背管，使其不能进行动压平衡等速采样。现有单支长度采样枪或者依靠螺纹连接的组合式采样枪整体过长或重量过大，不便于携带和运输，使用时无法根据烟道尺寸调整合适的长度。

本文设计的可伸缩的便携式动压平衡等速雾滴采样枪上部采样头、雾滴收集瓶、下部采样头的部件均由工程塑料全氟烷氧基树脂制成，耐酸碱腐蚀、耐高温、不易破损。雾滴收集瓶的上下两端分别通过螺纹连接上部采样头和下部采样头，使之不会脱落并且密封效果更好。采样头可根据不同测试条件来更换，既能满足等速采样的要求，亦可减少采样时间。采样嘴与采样管通过螺纹连接，不会脱落。雾滴采样瓶为三节式组合而成，便于使用前后分解清洗和烘干。采样管连接头为梯形管，使与之连接的抽气软管不易脱落，气密性效果好。

整体枪身、靠背管以及固定底座均由钛金属制成，耐腐蚀、耐高温、重量轻、不易变形。雾滴瓶采样管连接头为外螺纹，可与固定底座的内螺纹连接固定并贯穿固定底座，使之连接的抽气软管不易脱落，气密性效果好。靠背管连接头为梯形管，使之连接的传压管不易脱落，气密性效果好。伸缩式采样管由多节钛金属管相互套叠构成，相互之间可用按压弹簧定位珠连接锁定。把手尾端配有格兰头，内部中空，由工业塑料制成。把手顶部配有按压弹簧定位珠与伸缩式采样管相连。把手尾部安装有格兰头，用于紧固抽气硅胶管和传压硅胶管使之不易产生移动。抽气硅胶管和传压硅胶管均为硅胶管，延伸出把手之后还须与采样仪连接，故长度须超过伸缩式采样管的总长2倍以上。

5 实际应用

使用本文设计的可伸缩便携式动压平衡等速雾滴采样枪在某电厂进行测试来验证采样枪的实际使用效果。在脱硫出口烟道测孔中采用网格法进行了6次平行采样，得到以下数据结果(见表1和表2)。

表1 雾滴采样及计算表

表2 联合修正系数计算表

由此可见，本文设计的采样枪在实际使用中采样准确，完全满足GB/T 21508—2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》中雾滴测试的要求。

6 结语

本文设计的可伸缩便携式动压平衡等速雾滴采样枪，在满足GB/T 21508—2008《燃煤烟气脱硫设备性能测试方法》中雾滴测试方法要求的前提下，选择的制作材料均耐腐蚀、重量轻，在运输、携带上可减轻试验人员的负担，现场使用简单便捷；其可伸缩的特点在不同尺寸烟道上可做到延长和缩短，能更准确地进行网格法采样；上部采样头、雾滴收集瓶、下部采样头使用螺纹连接，既保证了良好的密闭性，又便于使用前后的清洗；三部分组合方式使破损件易于更换；可更换采样嘴的特点可缩短采样时间，减少试验的取样时间，特别是在室外天气恶劣时，可减少试验人员的工作时间和强度；动压平衡的特点可使其在网格法测试时，在烟道内部各点流速不同的情况下做到准确地等速采样，采样体积精准，计算出的雾滴数据更为可靠。本文设计的这种采样枪值得大力推广。