本实用新型提供一种火电厂烟气中SO₃采样装置，该装置主要包括由管路依次连接的加热采样枪、加热过滤器、控温冷凝管、除湿装置、计量装置和采样泵，控温冷凝管前部还设有强化相变系统，控温冷凝管后部还设有二次过滤器，所述加热过滤器和强化相变系统之间采用加热连接管连接；所述控温冷凝管包括作为内管的蛇形管和用于水浴加热的外管；所述强化相变系统用于向进入控温冷凝管的烟气中添加水蒸气，增加烟气的湿度提高捕集率。本实用新型设计的SO₃采样装置考虑了SO₃成核、凝结过程中冷凝管尺寸、烟气湿度的影响，通过控温冷凝管的优化设计，提高了控温冷凝管对SO₃捕集效率。同时采用“强化相变+控制冷凝”设计进行SO₃的捕集，克服了烟气中较低含湿量对SO₃捕集率的影响。