董 鋒，張 凱，劉 源，李 強(qiáng)，李慶芝

(西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

我國(guó)燃煤電廠眾多，各類化工、鋼廠、電解鋁廠等企業(yè)也大多擁有自備電廠。各種燃煤電廠在運(yùn)行時(shí)，煙氣在經(jīng)過(guò)濕法脫硫的吸收塔后會(huì)產(chǎn)生霧滴，霧滴中的各種酸、鹽、SO2、汞等物質(zhì)隨煙氣經(jīng)煙囪排入空氣中。一方面對(duì)周圍的居民生活和生態(tài)環(huán)境會(huì)造成不同程度的影響；另一方面霧滴中的各類有害物質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致濕法脫硫吸收塔后的濕式電除塵器、除霧器、煙道和煙囪內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢的情況。因此須對(duì)燃煤電廠煙氣中的漿液含量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和掌握。

目前我國(guó)對(duì)于霧滴濃度的測(cè)試方法為鎂離子示蹤法，依據(jù)為GB/T 21508—2008《燃煤煙氣脫硫設(shè)備性能測(cè)試方法》，使用采樣槍在濕法脫硫的吸收塔出口煙道對(duì)霧滴進(jìn)行多次平行網(wǎng)格法采樣?，F(xiàn)有采樣方法是先在煙道斷面進(jìn)行網(wǎng)格法煙氣量的測(cè)量，經(jīng)過(guò)計(jì)算后選取平均數(shù)將采樣槍放入煙道內(nèi)對(duì)采樣主機(jī)設(shè)置定量采樣。將使用過(guò)的霧滴瓶滴定Mg2+離子濃度，同時(shí)將試驗(yàn)期間的脫硫漿液進(jìn)行Mg2+離子濃度分析，較之二者M(jìn)g2+離子濃度后計(jì)算出霧滴濃度?，F(xiàn)有霧滴采樣設(shè)備在使用過(guò)程中存在試驗(yàn)和運(yùn)輸時(shí)霧滴瓶材質(zhì)易破損、采樣嘴在使用中不能更換，且不能夠動(dòng)壓平衡等速采樣等情況；現(xiàn)有單支長(zhǎng)度采樣槍整體過(guò)長(zhǎng)或者依靠螺紋連接的組合式采樣槍重量過(guò)大，不便于攜帶和運(yùn)輸，使用時(shí)無(wú)法根據(jù)煙道尺寸調(diào)整合適的長(zhǎng)度問(wèn)題。

為克服上述缺點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種可伸縮的便攜式動(dòng)壓平衡等速霧滴采樣槍，在符合現(xiàn)有國(guó)標(biāo)的條件下，希望解決現(xiàn)有霧滴采樣中的各種問(wèn)題。

1 組成部件

該動(dòng)壓平衡等速霧滴采樣槍(見(jiàn)圖1)由上部采樣頭、霧滴收集瓶、下部采樣頭、靠背管、固定底座、按壓彈簧定位珠和伸縮式采樣管組成。其中上部采樣頭(1)包括采樣嘴(1.1)、采樣管(1.2)、緩沖區(qū)(1.3)，下部采樣頭(3)下端留有采樣管連接頭(3.1)，霧滴收集瓶(2)中間有蛇形管(2.1)以上均由工程塑料全氟烷氧基樹脂制成?？勘彻?4)貫通固定底座(5)后留有靠背管連接頭(4.1)，靠背管以及固定底座均由鈦金屬制作。伸縮式采樣管由多節(jié)鈦金屬管相互套疊構(gòu)成，按壓彈簧定位珠連接鎖定。把手由工業(yè)塑料制成，尾端配有格蘭頭。

圖1 可伸縮便攜式動(dòng)壓平衡等速霧滴采樣槍設(shè)計(jì)圖示

2 使用方法

使用時(shí)將霧滴收集瓶的上下兩端通過(guò)螺紋分別連接上部采樣頭和下部采樣頭，使之固定。使用微壓計(jì)測(cè)試煙道內(nèi)的流速，選擇合適的采樣嘴(1.1)通過(guò)螺紋連接采樣管(1.2)。將組合好的霧滴采樣瓶利用采樣管連接頭(3.1)上的外螺紋與固定底座(5)的內(nèi)螺紋連接并貫穿底座。分別使用抽氣軟管連接采樣管連接頭(3.1)和靠背管連接頭(4.1)，將抽氣硅膠管和傳壓硅膠管穿過(guò)伸縮式采樣管(6)的中空內(nèi)部連接整體采樣頭內(nèi)的采樣管連接頭(3.1)和靠背管連接頭(4.1)后，鎖死霧滴采樣瓶與伸縮式采樣管間的按壓彈簧定位珠(7)，調(diào)節(jié)伸縮式采樣管至合適測(cè)試煙道的長(zhǎng)度，再將抽氣硅膠管和傳壓硅膠管穿過(guò)把手(8)中空的內(nèi)部，調(diào)整其合適的長(zhǎng)度，鎖死把手與伸縮式采樣管之間的按壓彈簧定位珠，最后將抽氣硅膠管和傳壓硅膠管穿過(guò)把手尾部的格蘭頭(8.1)，調(diào)節(jié)格蘭頭固定其不會(huì)脫落即可組合完畢。

將組合好的采樣槍放入煙道進(jìn)行預(yù)熱，同時(shí)在采樣主機(jī)上設(shè)置大氣壓、煙道尺寸、煙溫等必要參數(shù)，選取動(dòng)壓平衡采樣模式，設(shè)置采樣時(shí)間即可開始采樣。

3 使用后的處理方法

采樣完成后，取出整體采樣槍，更換霧滴收集瓶和其連接的上部采樣頭和下部采樣頭。依據(jù)為GB/T 21508—2008《燃煤煙氣脫硫設(shè)備性能測(cè)試方法》的要求，進(jìn)行清洗、滴定、烘干、稱重，依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行Mg2+離子比對(duì)即可計(jì)算出霧滴濃度。

1)液滴中水的濃度：

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

(1)

其中:CW為液滴中水的濃度，mg/m3；C01為采樣后煙氣霧滴采樣瓶(一級(jí)捕集器)干燥后的重量；C02為采樣后錐狀霧滴捕集冷凝瓶(二級(jí)捕集器)干燥后的重量；C11為采樣后煙氣霧滴采樣瓶(一級(jí)捕集器)干燥前的重量；C12為采樣后錐狀霧滴捕集冷凝瓶(二級(jí)捕集器)干燥前的重量；V為采樣時(shí)抽取的煙氣體積(標(biāo)態(tài)、干煙氣、空氣過(guò)剩系數(shù)1.4)。

2)扣除煙道冷凝水滴后的水滴濃度：

CW0=CW×Cmg1/Cmg2

(2)

其中：Cmg1為采樣后一、二級(jí)捕集器中液滴的Mg2+離子濃度，mg/L；Cmg2為吸收塔漿液中液滴Mg2+離子的濃度，mg/L。

3)液滴總濃度：

C=CW0×100/100-CX

(3)

其中：C為液滴總濃度，mg/m3(標(biāo)態(tài)、干煙氣、空氣過(guò)剩系數(shù)1.4)；CX為吸收塔漿液含固量，%。

4 特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

現(xiàn)有霧滴采樣瓶均由玻璃制成，在運(yùn)輸、攜帶和使用時(shí)容易破損。在不同試驗(yàn)條件下，采樣嘴在使用中不能更換，由于未配備靠背管，使其不能進(jìn)行動(dòng)壓平衡等速采樣?，F(xiàn)有單支長(zhǎng)度采樣槍或者依靠螺紋連接的組合式采樣槍整體過(guò)長(zhǎng)或重量過(guò)大，不便于攜帶和運(yùn)輸，使用時(shí)無(wú)法根據(jù)煙道尺寸調(diào)整合適的長(zhǎng)度。

本文設(shè)計(jì)的可伸縮的便攜式動(dòng)壓平衡等速霧滴采樣槍上部采樣頭、霧滴收集瓶、下部采樣頭的部件均由工程塑料全氟烷氧基樹脂制成，耐酸堿腐蝕、耐高溫、不易破損。霧滴收集瓶的上下兩端分別通過(guò)螺紋連接上部采樣頭和下部采樣頭，使之不會(huì)脫落并且密封效果更好。采樣頭可根據(jù)不同測(cè)試條件來(lái)更換，既能滿足等速采樣的要求，亦可減少采樣時(shí)間。采樣嘴與采樣管通過(guò)螺紋連接，不會(huì)脫落。霧滴采樣瓶為三節(jié)式組合而成，便于使用前后分解清洗和烘干。采樣管連接頭為梯形管，使與之連接的抽氣軟管不易脫落，氣密性效果好。

整體槍身、靠背管以及固定底座均由鈦金屬制成，耐腐蝕、耐高溫、重量輕、不易變形。霧滴瓶采樣管連接頭為外螺紋，可與固定底座的內(nèi)螺紋連接固定并貫穿固定底座，使之連接的抽氣軟管不易脫落，氣密性效果好?？勘彻苓B接頭為梯形管，使之連接的傳壓管不易脫落，氣密性效果好。伸縮式采樣管由多節(jié)鈦金屬管相互套疊構(gòu)成，相互之間可用按壓彈簧定位珠連接鎖定。把手尾端配有格蘭頭，內(nèi)部中空，由工業(yè)塑料制成。把手頂部配有按壓彈簧定位珠與伸縮式采樣管相連。把手尾部安裝有格蘭頭，用于緊固抽氣硅膠管和傳壓硅膠管使之不易產(chǎn)生移動(dòng)。抽氣硅膠管和傳壓硅膠管均為硅膠管，延伸出把手之后還須與采樣儀連接，故長(zhǎng)度須超過(guò)伸縮式采樣管的總長(zhǎng)2倍以上。

5 實(shí)際應(yīng)用

使用本文設(shè)計(jì)的可伸縮便攜式動(dòng)壓平衡等速霧滴采樣槍在某電廠進(jìn)行測(cè)試來(lái)驗(yàn)證采樣槍的實(shí)際使用效果。在脫硫出口煙道測(cè)孔中采用網(wǎng)格法進(jìn)行了6次平行采樣，得到以下數(shù)據(jù)結(jié)果(見(jiàn)表1和表2)。

表1 霧滴采樣及計(jì)算表

表2 聯(lián)合修正系數(shù)計(jì)算表

由此可見(jiàn)，本文設(shè)計(jì)的采樣槍在實(shí)際使用中采樣準(zhǔn)確，完全滿足GB/T 21508—2008《燃煤煙氣脫硫設(shè)備性能測(cè)試方法》中霧滴測(cè)試的要求。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的可伸縮便攜式動(dòng)壓平衡等速霧滴采樣槍，在滿足GB/T 21508—2008《燃煤煙氣脫硫設(shè)備性能測(cè)試方法》中霧滴測(cè)試方法要求的前提下，選擇的制作材料均耐腐蝕、重量輕，在運(yùn)輸、攜帶上可減輕試驗(yàn)人員的負(fù)擔(dān)，現(xiàn)場(chǎng)使用簡(jiǎn)單便捷；其可伸縮的特點(diǎn)在不同尺寸煙道上可做到延長(zhǎng)和縮短，能更準(zhǔn)確地進(jìn)行網(wǎng)格法采樣；上部采樣頭、霧滴收集瓶、下部采樣頭使用螺紋連接，既保證了良好的密閉性，又便于使用前后的清洗；三部分組合方式使破損件易于更換；可更換采樣嘴的特點(diǎn)可縮短采樣時(shí)間，減少試驗(yàn)的取樣時(shí)間，特別是在室外天氣惡劣時(shí)，可減少試驗(yàn)人員的工作時(shí)間和強(qiáng)度；動(dòng)壓平衡的特點(diǎn)可使其在網(wǎng)格法測(cè)試時(shí)，在煙道內(nèi)部各點(diǎn)流速不同的情況下做到準(zhǔn)確地等速采樣，采樣體積精準(zhǔn)，計(jì)算出的霧滴數(shù)據(jù)更為可靠。本文設(shè)計(jì)的這種采樣槍值得大力推廣。