CN103245545B - 湿烟气中h2so4酸雾在线监测的前处理及分析装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析装置和方法，该监测方法主要通过采样枪从烟道中将燃煤烟气抽取出来，并利用伴热管线将采样烟气温度保持在150-250度；然后将烟气通入装有以五氧化二磷为转化剂的特定H₂SO₄酸雾转化器，在200-300度，利用五氧化二磷的脱水性，将H₂SO₄酸雾转化为易于在线测量的SO₃，同时将烟气中的水分吸附干燥；干烟气中的SO₃随后经过可连续实时监测的仪器进行连续监测。之后，尾气分别依次通过气体流量计和采样泵，最终排入大气。与现有技术相比，本发明可以排除烟气中水分、酸雾以及SO₂的干扰，对烟气尾气中的SO₃气体进行准确监测。

Description

湿烟气中H2SO4酸雾在线监测的前处理及分析装置和方法

技术领域

本发明属环境保护领域，涉及一种湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析方法，利用该设备及方法可以排除烟气中水分及其他组分的干扰，准确对烟气中的SO3气体进行检测。

背景技术

燃煤烟气中的硫氧化物大部分为SO₂，其中也有一小部分为SO₃。随着SCR(SelectiveCatalyticReduction)技术在我国开始得到应用，SCR催化剂中的活性组分会催化加速SO₂的氧化反应，并促进SO₃的生成，由此导致燃煤烟气中SO₃和硫酸酸雾(SO₃/H₂SO₄)浓度显著增加。

SO₃是一种极易吸湿的物质，研究表明，当温度超过200℃，且烟气中的水分超过8％左右时，99％的SO₃都将转化为硫酸酸雾；而当烟气温度低于硫酸蒸汽的露点温度时，硫酸酸雾会冷凝形成硫酸液滴，其中0.5-3.0μm的硫酸液滴会形成硫酸气溶胶。作为PM_2.5的前驱体硫酸气溶胶又会对PM_2.5的排放造成重要影响。同时，硫酸酸雾还可能粘附在锅炉或SCR***的下游设备，如空气预热器、静电除尘器等设备的表面，长期运行时会对这些设备造成严重的腐蚀。因此，监控和分析烟气中SO₃/H₂SO₄的浓度，对于调控锅炉运行条件，减少硫酸气溶胶排放至关重要。然而，目前尚无获得广泛认可的SO₃/H₂SO₄监测方法。普遍应用于烟气成分分析的烟气分析仪也没有分析SO₃含量这一功能，这主要是由于SO₃化学性质活泼，H₂SO₄气溶胶吸附性强，它们极易被各种物质壁面吸附，并对测量仪器和采样设备造成腐蚀，使得仪器标定和定量测定存在很大难度。其次，烟气中存在高浓度的SO₂，测定烟气中的SO₃含量的方法一般是将其转化为SO₄ ^2-样品溶液后，通过分析SO₄ ^2-含量简介测定SO₃含量。然而这种检测方法很容易受SO₂的干扰，因为SO₂在吸收液中会生成SO₃ ^2-，而SO₃ ^2-会被氧化为SO₄ ^2-，这将导致对烟气SO₃浓度的监测造成误差。第三，烟气中的SO₃浓度很低，较小的测定误差会带来较大的相对误差。中国专利申请200610095389.8提出了一种烟气中SO₃含量的检测方法及装置，其中利用螺旋收集管采集将烟气中的SO₃，并通过处理后得到SO₄ ^2-样品溶液，通过分析样品中SO₄ ^2-的含量计算烟气中SO₃的浓度。这种方法对于采集雾滴状的SO₃比较有效，但对于气态的SO₃就不能有效收集，而且采用该装置还可能将烟气中的水蒸气一并采集下来，这样就可能将烟气中的SO₂也吸收下来，并最终干扰对SO₃含量的检测。中国专利申请200910211691.9提出了利用一种用于检测、测量和控制烟道气中三氧化硫和其它可凝物的方法和装置。该方法利用不同物质的露点不同以及凝结时在装置中产生的电信号不同，对烟气中的可冷凝物进行监测。不过该方法很难将H₂SO₄酸雾与吸收了SO₂气体的水蒸气区分。因此，当前亟待寻求新的烟气中SO₃含量的监测方法。另外，现有的异丙醇溶液吸收结合钍试剂显色滴定法测定烟气中SO₃也存在SO₂干扰过大，难以实现连续实时监测的问题。

此外，对于湿法脱硫或除尘的烟气，其中SO₃基本全部转化为酸雾，且这些酸雾难以被有效去除，会随着烟气排放进入大气形成气溶胶或PM_2.5物质。但是，由于这类湿烟气中水分含量较高，对硫酸酸雾直接测量较为困难，上述几种测量方法不仅误差较大，同时采样及分析难以满足烟气连续实时监测的要求。因此，若能利用适当的方法将烟气中的水分去除，同时将硫酸酸雾转化为SO₃，则可利用红外或激光测量技术方法对烟气中的SO₃进行在快速实时测量。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够显著降低脱硫液成本，减少废水产生量、高效的湿烟气中H2SO4酸雾在线监测的前处理及分析装置和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析装置，其特征在于，包括烟气采样枪、H₂SO₄酸雾转化器、专门SO₃检测设备和抽气控制***，所述的烟气采样枪出口通过气体连接管路与H₂SO₄酸雾转化器入口相连接，H₂SO₄酸雾转化器的出口与专门SO₃检测器入口通过第一气体管路连接，而专门SO₃检测器出口与抽气控制***的入口通过第二气体管路连接。本发明由抽气控制***提供动力，通过烟气采样枪从烟道中抽取定量的烟气；烟气通过特制的H₂SO₄酸雾转化剂后，其中的H₂SO₄将会转化为SO₃气体，烟气中的水分也同时会被吸收；接下来干燥的烟气将通过专门的SO₃检测器进行检测，烟气最终通过抽气控制***出口排入大气。利用上述方法与设备，可以排除烟气中水分、酸雾以及SO₂的干扰，对烟气尾气中的SO₃气体进行准确监测。

所述的烟气采样枪为内衬石英玻璃外面包覆着伴热管线组成，利用伴热管线对烟气采样枪进行恒温加热，用于保证采集的烟气维持在150-250度，避免烟气在采样过程中由于降温冷凝在采样枪内造成测量的误差，并防止H₂SO₄酸雾凝结导致的采样枪腐蚀。

所述的H₂SO₄酸雾转化器由H₂SO₄酸雾转化器入口、H₂SO₄酸雾转化器主体、H₂SO₄酸雾转化剂、H₂SO₄酸雾转化器封盖、H₂SO₄酸雾转化器加热套以及H₂SO₄酸雾转化器出口组成；所述的H₂SO₄酸雾转化剂置于H₂SO₄酸雾转化器主体内，所述的H₂SO₄酸雾转化器加热套套设在H₂SO₄酸雾转化器主体上，所述的H₂SO₄酸雾转化器封盖设置在H₂SO₄酸雾转化器主体顶部封口，所述的H₂SO₄酸雾转化器入口置于H₂SO₄酸雾转化器主体一侧底部，所述的H₂SO₄酸雾转化器出口置于H₂SO₄酸雾转化器主体另一侧顶部。

所述的H₂SO₄酸雾转化器主体材质为耐腐蚀的不锈钢或搪瓷材料；所述的H₂SO₄酸雾转化剂为五氧化二磷颗粒，粒径为0.5-2.0毫米，使用量为10-100g；采样时将H₂SO₄酸雾转化器加热套接通电源，维持H₂SO₄酸雾转化器主体温度在200-300度。

所述的专门SO₃检测设备为：FTIR红外烟气分析仪或激光增强分析仪，可直接对烟气中的SO₃进行实时分析，并克服SO₂的干扰。

所述的抽气控制***由抽气控制***入口、气体流量计、抽气控制***出口及真空采样泵组成，真空采样泵用于从烟道中抽取烟气；气体采集流量由气体流量计控制到0.5-1.0L/min。

一种采用所述装置对湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:

1)将烟气采样枪出口通过气体连接管路与H₂SO₄酸雾转化器入口相连接，H₂SO₄酸雾转化器的出口与专门SO₃检测器入口通过第一气体管路连接，而专门SO₃检测器出口与抽气控制***的入口通过第二气体管路连接，由此将烟气采样枪、H₂SO₄酸雾转化器、专门SO₃检测设备和抽气控制***依次连接起来；

2)将烟气采样枪的伴热管线接通电源，使烟气采样枪中的温度维持在150-250度；

3)将H₂SO₄酸雾转化器加热套接通电源，保持H₂SO₄酸雾转化器内的温度维持在200-300度；

4)将烟气采样枪伸入烟道中，同时开启抽气控制***中的真空采样泵，并调节气体流量计采集流量，将其稳定在0.5-1.0L/min之间；

5)对专门SO₃检测设备读数进行记录，每隔5-30秒记录一次，共记录10分钟，最后将所记录数据进行加和平均，即可得烟气中SO₃的平均浓度。

与现有技术相比，本发明方法和设备主要针对烟气中的SO₃进行采样及检测，即使SO₃在烟气中遇水已经形成了H₂SO₄酸雾，依然可以通过本发明的方法和设备对烟气中的SO₃进行监测。该方法采样操作简单方便、同时避免了烟气中水分和SO₂气体等的干扰，可以对烟气中的SO₃浓度进行准确监测。

附图说明

图1为本发明采用的设备示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，本发明所用设备由烟气采样枪、H₂SO₄酸雾转化器、专门SO₃检测设备11和抽气控制***14等部分组成。其中，烟气采样枪内衬为石英玻璃1外面包覆着伴热管线2，利用伴热管线2对烟气采样枪进行恒温加热，用于保证采集的烟气维持在150-250度，避免烟气在采样过程中由于降温冷凝在采样枪内造成测量的误差，并防止H₂SO₄酸雾凝结导致的采样枪腐蚀。

所述的H₂SO₄酸雾转化器由H₂SO₄酸雾转化器入口4、H₂SO₄酸雾转化器主体5、H₂SO₄酸雾转化剂6、H₂SO₄酸雾转化器封盖7、H₂SO₄酸雾转化器加热套8以及H₂SO₄酸雾转化器出口9组成；所述的H₂SO₄酸雾转化剂6置于H₂SO₄酸雾转化器主体5内，所述的H₂SO₄酸雾转化器加热套8套设在H₂SO₄酸雾转化器主体5上，所述的H₂SO₄酸雾转化器封盖7设置在H₂SO₄酸雾转化器主体5顶部封口，所述的H₂SO₄酸雾转化器入口4置于H₂SO₄酸雾转化器主体5一侧底部，所述的H₂SO₄酸雾转化器出口9置于H₂SO₄酸雾转化器主体5另一侧顶部。

所述的H₂SO₄酸雾转化器主体5材质为耐腐蚀的不锈钢或搪瓷材料；所述的H₂SO₄酸雾转化剂6为五氧化二磷颗粒，粒径为0.5-2.0毫米，使用量为10-100g；采样时将H₂SO₄酸雾转化器加热套8接通电源，维持H₂SO₄酸雾转化器主体5温度在200-300度。

所述的专门SO₃检测设备11为：FTIR红外烟气分析仪或激光增强分析仪，可直接对烟气中的SO₃进行实时分析，并克服SO₂的干扰。

所述的抽气控制***14由抽气控制***入口13、气体流量计15、抽气控制***出口16及真空采样泵17组成，真空采样泵17用于从烟道中抽取烟气；气体采集流量由气体流量计控制到0.5-1.0L/min。

烟气采样枪出口3通过气体连接管路20与H₂SO₄酸雾转化器入口4相连接。H₂SO₄酸雾转化器出口9与专门SO₃检测设备入口10通过第一气体管路19连接，而专门SO₃检测设备出口12与抽气控制***的入口13通过第二气体管路18连接。本发明方法由抽气控制***提供动力，通过烟气采样枪从烟道中抽取定量的烟气；烟气通过特制的H₂SO₄酸雾转化剂6后，其中的H₂SO₄将会转化为SO₃气体，而烟气中的水分也会被吸收；接下来干燥的烟气将通过专门的SO₃检测设备11进行检测，烟气最终通过抽气控制***出口16排入大气。

本发明所述的烟气SO₃和H₂SO₄酸雾监测方法具体包括以下步骤：

1)将烟气采样枪出口3通过气体连接管路20与H₂SO₄酸雾转化器入口4相连接。H₂SO₄酸雾转化器出口9与专门SO₃检测设备入口10通过第一气体管路19连接，而专门SO₃检测设备出口12与抽气控制***的入口13通过第二气体管路18连接。由此将烟气采样枪1、H₂SO₄酸雾转化器主体5、专门SO₃检测设备11和抽气控制***14等部分依次连接起来。

2)将烟气采样枪的伴热管线2接通电源，使烟气采样枪中的温度维持在110-140度。

3)将H₂SO₄酸雾转化器加热套8接通电源，保持H₂SO₄酸雾转化器主体5内的温度维持在200-300度。

4)将烟气采样枪伸入烟道中，同时开启抽气控制***14中的真空采样泵17，并调节气体流量计15采集流量，将其稳定在0.5-1.0L/min之间。

5)对专门的SO₃检测设备11读数进行记录，每隔30秒记录一次，共记录10分钟，最后将所记录数据进行加和平均，即可得烟气中SO₃的平均浓度。

实施例2

某燃煤电厂烟气SO₃的检测：首先利用气体连接管路依次将烟气采样枪、H₂SO₄酸雾转化器主体5、专门SO₃检测设备11和抽气控制***14等部分连接起来。

2)将烟气采样枪的伴热管线2接通电源，使烟气采样枪中的温度控制在120度。

3)将H₂SO₄酸雾转化器加热套8接通电源，保持H₂SO₄酸雾转化器主体5内的温度控制在250度。

4)将烟气采样枪1伸入烟道中，同时开启抽气控制***14中的真空采样泵17，并调节气体流量计15采集流量，将其稳定在0.5L/min之间。

5)对专门的SO₃检测设备11读数进行记录，每隔30秒记录一次，共记录10分钟，得到检测数据分别为：10.1ppm，11.2ppm，10.8ppm，9.2ppm，10.9ppm，10.0ppm，9.8ppm，9.7ppm，10.6ppm，10.7ppm，10.3ppm，9.7ppm，10.1ppm，10.0ppm，11.0ppm，9.5ppm，9.8ppm，9.3ppm，10.0ppm，10.8ppm，最后将所记录数据进行加和平均，最终得烟气中SO₃的平均浓度为10.2(+1.0)ppm。

Claims (5)

1.一种湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析装置，其特征在于，包括烟气采样枪、H₂SO₄酸雾转化器、专门SO₃检测设备(11)和抽气控制***(14)，所述的烟气采样枪出口(3)通过气体连接管路(20)与H₂SO₄酸雾转化器入口(4)相连接，H₂SO₄酸雾转化器出口(9)与专门SO₃检测设备入口(10)通过第一气体管路(19)连接，而专门SO₃检测设备出口(12)与抽气控制***的入口(13)通过第二气体管路(18)连接；

所述的烟气采样枪为内衬石英玻璃(1)外面包覆着伴热管线(2)组成，利用伴热管线(2)对烟气采样枪进行恒温加热，用于保证采集的烟气维持在150-250度；

所述的H₂SO₄酸雾转化器由H₂SO₄酸雾转化器入口(4)、H₂SO₄酸雾转化器主体(5)、H₂SO₄酸雾转化剂(6)、H₂SO₄酸雾转化器封盖(7)、H₂SO₄酸雾转化器加热套(8)以及H₂SO₄酸雾转化器出口(9)组成；所述的H₂SO₄酸雾转化剂(6)置于H₂SO₄酸雾转化器主体(5)内，所述的H₂SO₄酸雾转化器加热套(8)套设在H₂SO₄酸雾转化器主体(5)上，所述的H₂SO₄酸雾转化器封盖(7)设置在H₂SO₄酸雾转化器主体(5)顶部封口，所述的H₂SO₄酸雾转化器入口(4)置于H₂SO₄酸雾转化器主体(5)一侧底部，所述的H₂SO₄酸雾转化器出口(9)置于H₂SO₄酸雾转化器主体(5)另一侧顶部。

2.根据权利要求1所述的一种湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析装置，其特征在于，所述的H₂SO₄酸雾转化器主体(5)材质为耐腐蚀的不锈钢或搪瓷材料；所述的H₂SO₄酸雾转化剂(6)为五氧化二磷颗粒，粒径为0.5-2.0毫米，使用量为10-100g；采样时将H₂SO₄酸雾转化器加热套(8)接通电源，维持H₂SO₄酸雾转化器主体(5)温度在200-300度。

3.根据权利要求1所述的一种湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析装置，其特征在于，所述的专门SO₃检测设备(11)为：FTIR红外烟气分析仪或激光增强分析仪。

4.根据权利要求1所述的一种湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析装置，其特征在于，所述的抽气控制***(14)由抽气控制***入口(13)、气体流量计(15)、抽气控制***出口(16)及真空采样泵(17)组成，真空采样泵(17)用于从烟道中抽取烟气；气体采集流量由气体流量计(15)控制到0.5-1.0L/min。

5.一种采用权利要求1-4中任一所述装置对湿烟气中H₂SO₄酸雾在线监测的前处理及分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:

1)将烟气采样枪出口(3)通过气体连接管路(20)与H₂SO₄酸雾转化器入口(4)相连接，H₂SO₄酸雾转化器出口(9)与专门SO₃检测设备入口(10)通过第一气体管路(19)连接，而专门SO₃检测设备出口(12)与抽气控制***的入口(13)通过第二气体管路(18)连接，由此将烟气采样枪(1)、H₂SO₄酸雾转化器、专门SO₃检测设备(11)和抽气控制***(14)依次连接起来；

2)将烟气采样枪(1)的伴热管线(2)接通电源，使烟气采样枪中的温度维持在150-250度；

3)将H₂SO₄酸雾转化器加热套(8)接通电源，保持H₂SO₄酸雾转化器内的温度维持在200-300度；

4)将烟气采样枪(1)伸入烟道中，同时开启抽气控制***(14)中的真空采样泵(17)，并调节气体流量计(15)采集流量，将其稳定在0.5-1.0L/min之间；

5)对专门SO₃检测设备(11)读数进行记录，每隔5-30秒记录一次，共记录10分钟，最后将所记录数据进行加和平均，即可得烟气中SO₃的平均浓度。