CN102937618A - 一种脱硫后烟气含湿量测定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脱硫后烟气含湿量测定方法和装置，装置包括采样管、伴热通气管路、吸气泵、流量调节阀、流量计、三通阀，温度测定仪、压力测定仪和卡尔费休滴定仪，并且依次连接。测定步骤为：⑴向滴定杯中加入100mL无水甲醇，将滴定仪复位到系统空白值。⑵准确量取标准水注入滴定杯用滴定仪测量出卡尔费休试剂的浓度。⑶用烟气冲洗管路10～15分钟。⑷控制烟气流量在50～100mL/min，通气时间为2～5min，用滴定仪进行滴定。⑸用滴定仪自动计算并输出脱硫后烟气的含湿量。本发明脱硫后烟气含湿量测定装置使用卡尔费休滴定法进行烟气湿含量测定，分析操作简单、快速，分析结果准确可靠，能够为生产运行调整及数据计算提供及时、准确的依据。

Description

一种脱硫后烟气含湿量测定方法和装置

技术领域

本发明属于化工分析技术领域，涉及一种脱硫后烟气含湿量测定方法和装置。 

背景技术

脱硫后烟气的含湿量是湿法脱硫系统设计、改造以及生产运行的重要参数，用于计算烟气冷凝温度、烟气污染物排放量和脱硫系统的水耗。传统的烟气含湿量测定通常是采用冷凝法、干湿球法和重量法三种。 

冷凝法是将烟气管道中抽取出来的烟气通过冷凝器，根据冷凝出来的水量和冷凝器排除的饱和气体中水蒸汽含量之和计算烟气中的含湿量。其缺点是：难以保证冷凝器的冷凝效果；需要根据水的饱和蒸气压和温度关系曲线进行饱和蒸汽含湿量的复杂计算；冷凝水的称重需要在实验室完成，不能实时获得含湿量结果，且测定结果的准确度较差。干湿球法是使气体在一定流速下经过干、湿球温度计，根据干湿球温度计的读数和测点处排气的压力，计算烟气中的含湿量。此方法缺点是：需要向盛水的容器中不断加水，以保证包裹湿球的纱布浸在水中，否则无法保证测试准确性；含湿量计算过程中需要查看水的饱和蒸气压和温度关系曲线，由于计算公式涉及的参数较多且许多参数是根据经验值估算，容易产生较大的误差。重量法是使烟气通过装有吸湿剂的吸湿管，其增重即为已知体积烟气中含有的水分含量。重量法的缺点在于：吸湿剂在吸收水蒸汽的同时也会吸收烟气中其它物质，使测量结果产生较大的误差；测量前后都需要在实验室进行吸湿管的称重，不能实时获得测量结果。上述测定方法误差大，测定过程复杂，测定时间长。 

发明内容

本发明的目的是提供一种脱硫后烟气含湿量测定方法，以提高烟气脱硫后含湿量测定准确性，简化测定过程，加快测定速度，能够为生产运行调整及时、准确的提供依据。本发明的另一目的提供一种脱硫后烟气含湿量测定装置。 

本发明脱硫后烟气含湿量测定方法，通过采样管、伴热通气管路、吸气泵、流量调节阀、流量计、三通阀从脱硫后烟气管道定量抽取烟气。烟气通过与伴热通气管路相连进气管进入卡尔费休滴定仪的滴定杯中，用卡尔费休法进行测定。卡尔费休滴定仪具有自动吸排液系统和自动平衡功能,自动吸排液系统可有效避免接触有毒有害的有机试剂,自动平衡功能可自动扣除试剂及系统中的水分功能。测定步骤如下： 

⑴测定准备：利用自动吸排液系统向滴定杯中加入100mL无水甲醇，将三通阀转向排空位置，利用三通阀切断卡尔费休滴定系统与烟气采样系统及外界大气的连接。启动滴定仪自动平衡功能，使滴定仪复位到系统空白值。预热伴热通气管路（4）。

⑵卡尔费休试剂标定：用微量进样器准确量取2～5mL或用天平准确称取10～25mg标准水注入滴定杯中，开启搅拌，调节搅拌速度，使甲醇溶液有明显漩涡但无气泡，用卡尔费休试剂进行滴定，仪器自动测量并计算出卡尔费休试剂的滴定度。 

⑶冲洗管路：开启吸气泵泵从烟气管道中抽取烟气，调节伴热通气管路的伴热温度，使烟气温度为110～130℃。将三通阀转向排空位置，用烟气充分冲洗管路10～15分钟。 

⑷滴定：三通阀转向通卡尔费休滴定仪位置，将烟气以50～100mL/min的流速通入滴定杯中，通气时间为2～5min，进行卡尔费休滴定。 

⑸测定结果：滴定仪自动计算并输出脱硫烟气中的含湿量。 

卡尔费休试剂的滴定度为5±0.2mg/mL，无水甲醇为分析纯无水甲醇，标准水的密度为1g/mL。烟气含湿量的计算式为： 

其中：其中：   ：烟气中含湿量，（v）%；

      22.4：每mol气体在标准状态下的体积，L/mol；

      273：标准状态下的温度，K；

101.3：标准状态下的压力，Kpa；

      

：烟气在管路中的温度，℃；

      

：烟气在管路中的压力，Kpa；

18：水的摩尔质量，g/mol；

：烟气在采样管路中的流量，L /min；

：烟气通入卡尔费休滴定杯的时间，min；

：消耗的卡尔费休试剂体积，mL；

：卡尔费休试剂滴定度，mg/mL。

本发明脱硫后烟气含湿量测定装置，包括采样管、伴热通气管路、吸气泵、流量调节阀、流量计、三通阀，温度测定仪和压力测定仪。所述采样管、吸气泵、流量调节阀、流量计、三通阀，温度测定仪和压力测定仪通过伴热通气管路依次连接。采样管插入烟气管道。测定装置设有卡尔费休滴定仪，卡尔费休滴定仪包括滴定杯、进气管、干燥排气管、电磁搅拌器、滴定管和电极，进气管与伴热通气管路（4）连接。进气管、滴定管和电极插入滴定杯中的甲醇液面下，电磁搅拌器位于滴定杯的下部，干燥排气管位于滴定杯的上部。通过干燥排气管与大气连通。压力测定仪与进气管连接。 

进气管出口端距离滴定杯底部0.5cm。干燥排气管中的干燥介质为分子筛、硅胶或氯化钙。干燥介质为分子筛、硅胶或氯化钙。电极为双铂针电极。采样管入口端装有过滤器，过滤器的过滤精度为0.5μm。 

卡尔费休测定水含量的原理是仪器的电解池中的卡尔费休试剂达到平衡时注入含水的样品，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶和甲醇存在的情况下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在阳极电解产生，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全部耗尽为止，依据法拉第电解定律，电解产生碘同电解时耗用的电量成正比例关系。其反应如下： 

  H₂O+I₂+SO₂+3C₅H₅N→2C₅H₅N·HI+C₅H₅N·SO₃

  C₅H₅N·SO₃+CH₃OH→C₅H₅N·HSO₄CH₃

  在电解过程中,电极反应如下: 

  阳极:2I--2e→I2 

  阴极:I2+2e→2I- 

  2H++2e→H₂↑ 

以上反应中表明，1摩尔的碘氧化1摩尔的二氧化硫，需要1摩尔的水。所以是1摩尔碘与1摩尔水的当量反应，即电解碘的电量相当于电解水的电量，电解1摩尔碘需要2×96493库仑电量，电解1毫摩尔水需要电量为96493毫库仑电量。

随着自动化技术的发展，卡尔费休滴定仪的自动化程度不断提高。滴定仪具有密闭卡尔费休滴定杯、自动吸排液系统、仪器自动扣除试剂及系统空白值功能和针对气体中水分测试的吸气及排气管路系统。自动吸排液系统防止有机溶剂挥发和提高吸排液速速。仪器自动扣除试剂及系统空白值功能用卡氏试剂将甲醇、滴定杯杯壁及滴定杯内空气中的水和水汽自动反应掉。 

本发明通过脱硫烟气采样系统与卡尔费休滴定仪连接构成的脱硫后烟气含湿量测定装置，节省了取样和样品处理时间，简化了分析操作，避免了取样过程出现分析误差，提高了分析效率和分析准确度。使用卡尔费休滴定仪分析，分析结果准确，分析速度快，分析时间短，为生产运行调整和烟气系统设计改造提供准确、及时的依据。本发明结构简单、使用方便，适用于烟气湿法脱硫后烟气的湿含量测定，也适用于其它工业系统气体中水分含量的测定。 

附图说明

图1为本发明脱硫后烟气含湿量测定装置流程示意图。 

其中： 

1—烟气管道、2—过滤器、3—采样管、4—伴热通气管路、5—吸气泵、6—流量调节阀、7—流量计、8—三通阀、9—温度测定仪、10—压力测定仪、11—滴定杯、12—进气管、13—干燥排气管、 14—滴定管、15—电极、16—液面、17—磁力搅拌器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。 

本发明脱硫后烟气含湿量测定装置，如图1所示，包括采样管3、伴热通气管路4、吸气泵5、流量调节阀6、流量计7、三通阀8、温度测定仪9、压力测定仪10和卡尔费休滴定仪。采样管、吸气泵、流量调节阀、流量计、三通阀，温度测定仪和压力测定仪通过伴热通气管路4依次连接。卡尔费休滴定仪包括滴定杯11、进气管12、干燥排气管13、电磁搅拌器17、滴定管14和电极15，进气管12与伴热通气管路4连接。进气管、滴定管和电极插入滴定杯中，进气管出口端距离滴定杯底部0.5cm。电磁搅拌器位于滴定杯的下部，干燥排气管位于滴定杯的上部。采样管3插入烟气管道1，采样管入口端装有过滤器2，过滤器的过滤精度为0.5μm。干燥排气管13与外界大气连通，干燥排气管内装干燥介质以隔绝测定系统与外界大气的水分交换，干燥介质为硅胶。电极15为双铂针电极，滴定杯为密闭卡尔费休滴定杯。三通阀的一个口为排空口。采样管3、伴热通气管路4、吸气泵5、流量调节阀6、流量计7、三通阀8、温度测定仪9、压力测定仪10依次相连接，压力测定仪通过管路与卡尔费休滴定仪的进气管12连接。 

所述卡尔费休滴定仪具有自动吸排液系统和自动平衡功能， 

实施例1  测试某600MW机组脱硫系统出口烟气含湿量

烟气经采样管3、伴热通气管路4、吸气泵5、流量调节阀6流量计7三通阀8和进气管12进入卡尔费休滴定仪的滴定杯11中，用卡尔费休法进行测定。

⑴测定准备：利用自动吸排液系统向滴定杯11中加入100mL无水甲醇，将三通阀8转向排空位置，利用三通阀切断卡尔费休滴定系统与烟气采样系统及外界大气的连接。启动滴定仪自动平衡功能，使滴定仪复位到系统空白值。预热伴热通气管路4。无水甲醇为分析纯无水甲醇。 

⑵卡尔费休试剂标定：用天平准确称取20mg标准水注入滴定杯11中，开启搅拌，调节搅拌速度，使甲醇溶液有明显漩涡但无气泡，用卡尔费休试剂滴定，消耗掉的卡尔费休试剂体积为4.10mL，则卡尔费休试剂的滴定度为4.878mg/mL。卡尔费休试剂的滴定度为5±0.2mg/mL，标准水的密度为1g/mL。 

⑶冲洗管路：开启吸气泵5泵从烟气管道中抽取烟气，控制烟气在伴热通气管路4中的温度为110℃，三通阀8转向排空口位置，用烟气充分冲洗置换管路15分钟。 

⑷滴定：三通阀转向通卡尔费休滴定仪位置，将烟气以100mL/min的流速通入卡尔费休滴定杯中，启动滴定仪进行滴定，通气时间为2min。记录气体管路压力为1.9Kpa，消耗的卡尔费休试剂体积为2.97mL。 

⑸测定结果： 

烟气含湿量计算结果为

实施例2  测试某300MW机组脱硫系统出口烟气含湿量

⑴测定准备：利用自动吸排液系统向滴定杯11中加入100mL无水甲醇，将三通阀8转向排空位置，利用三通阀切断卡尔费休滴定系统与烟气采样系统及外界大气的连接。启动滴定仪自动平衡功能，使滴定仪复位到系统空白值。调节伴热管线温度为130℃，预热采样系统。无水甲醇为分析纯无水甲醇。

⑵用天平准确称取20mg标准水注入滴定杯11中，开启搅拌，调节搅拌速度，使甲醇溶液有明显漩涡但无气泡，用卡尔费休试剂滴定，消耗掉的卡尔费休试剂体积为4.10mL，则卡尔费休试剂的滴定度为4.878mg/mL。卡尔费休试剂的滴定度为5±0.2mg/mL，标准水的密度为1g/mL。 

⑶开启吸气泵5泵从烟气管道中抽取烟气，调节伴热通气管路4的伴热温度，是烟气温度为130℃，三通阀8转向排空口位置，用烟气充分冲洗置换管路15分钟。 

⑷滴定：三通阀转向通卡尔费休滴定仪位置，将烟气以50mL/min的流速通入卡尔费休滴定杯中，启动滴定仪进行滴定，通气时间为5min。记录气体管路压力为1.2Kpa，消耗的卡尔费休试剂体积为3.35mL。 

⑸测定结果： 

烟气含湿量计算结果为

实施例3  测试某300MW机组脱硫系统（有烟气换热器）出口烟气含湿量

⑴测定准备：利用自动吸排液系统向滴定杯11中加入100mL无水甲醇，将三通阀8转向排空位置，利用三通阀8切断卡尔费休滴定系统与烟气采样系统及外界大气的连接。启动滴定仪自动平衡功能，使滴定仪复位到系统空白值。调节伴热管线温度为120℃，预热采样系统。无水甲醇为分析纯无水甲醇。

⑵用天平准确称取20mg标准水注入滴定杯11中，开启搅拌，调节搅拌速度，使甲醇溶液有明显漩涡但无气泡，用卡尔费休试剂滴定，消耗掉的卡尔费休试剂体积为4.10mL，则卡尔费休试剂的滴定度为4.878mg/mL。卡尔费休试剂的滴定度为5±0.2mg/mL，标准水的密度为1g/mL。 

⑶开启吸气泵5泵从烟气管道中抽取烟气，控制烟气在伴热通气管路4中的温度为120℃，三通阀8转向排空口位置，用烟气充分冲洗置换管路15分钟。 

⑷滴定：三通阀转向通卡尔费休滴定仪位置，将烟气以75mL/min的流速通入卡尔费休滴定杯中，启动滴定仪进行滴定，通气时间为3min。记录气体管路压力为1.6Kpa，消耗的卡尔费休试剂体积为2.87mL。 

⑸测定结果： 

烟气含湿量计算结果为

。

Claims (9)

1.一种脱硫后烟气含湿量测定方法，通过采样管（3）、伴热通气管路（4）、吸气泵（5）、流量调节阀（6）、流量计（7）和三通阀（8）从脱硫后烟气管道（1）定量抽取烟气，其特征：所述烟气通过与伴热通气管路（4）相连进气管（12）进入卡尔费休滴定仪的滴定杯（11）中，用卡尔费休法进行测定，所述卡尔费休滴定仪具有自动吸排液系统和自动平衡功能，测定步骤如下：

⑴测定准备：利用自动吸排液系统向滴定杯(11)中加入100mL无水甲醇；将三通阀（8）转向排空位置，利用三通阀（8）切断卡尔费休滴定系统与烟气采样系统及外界大气的连接；启动滴定仪自动平衡功能，使滴定仪复位到系统空白值；预热伴热通气管路（4）；

⑵卡尔费休试剂标定：用微量进样器准确量取2～5mL或用天平准确称取10～25mg标准水注入滴定杯（11）中，开启搅拌，调节搅拌速度，使甲醇溶液有明显漩涡但无气泡，用卡尔费休试剂进行滴定，仪器自动测量并计算出卡尔费休试剂的滴定度；

⑶冲洗管路：开启吸气泵（5），从烟气管道中抽取烟气，调节伴热通气管路（4）的伴热温度，使烟气温度为110～130℃；将三通阀（8）转向排空位置，用烟气充分冲洗管路10～15分钟；

⑷滴定：三通阀转向通卡尔费休滴定仪位置，将烟气以50～100mL/min的流速通入滴定杯（11）中，通气时间为2～5min，进行卡尔费休滴定；

⑸测定结果：滴定仪自动计算并输出脱硫烟气中的含湿量。

2. 根据权利要求1所述的脱硫后烟气含湿量测定方法，其特征是：所述卡尔费休试剂的滴定度为5±0.2mg/mL，所述无水甲醇为分析纯无水甲醇，所述标准水的密度为1g/mL。

3.根据权利要求1所述的脱硫后烟气含湿量测定方法，其特征是：所述

烟气含湿量的计算式为：

其中：   

：烟气中含湿量，（v）%；

      22.4：每mol气体在标准状态下的体积，L/mol；

      273：标准状态下的温度，K；

101.3：标准状态下的压力，Kpa；

      ：烟气在管路中的温度，℃；

      ：烟气在管路中的压力，Kpa；

18：水的摩尔质量，g/mol；

：烟气在采样管路中的流量，L /min；

：烟气通入卡尔费休滴定杯的时间，min；

：消耗的卡尔费休试剂体积，mL；

：卡尔费休试剂滴定度，mg/mL。

4.一种脱硫后烟气含湿量测定装置，包括采样管（3）、伴热通气管路（4）、吸气泵（5）、流量调节阀（6）、流量计（7）、三通阀（8），温度测定仪（9）和压力测定仪（10）；所述采样管、吸气泵、流量调节阀、流量计、三通阀，温度测定仪和压力测定仪通过伴热通气管路依次连接，所述采样管插入烟气管道（1），其特征是：所述测定装置设有卡尔费休滴定仪，所述卡尔费休滴定仪包括滴定杯（11）、进气管（12）、干燥排气管（13）、电磁搅拌器（17）、滴定管（14）和电极（15），所述进气管与伴热通气管路（4）连接；所述进气管、滴定管和电极插入滴定杯中的甲醇液面下；所述电磁搅拌器位于滴定杯的下部，所述干燥排气管位于滴定杯的上部；所述压力测定仪与进气管连接。

5.根据权利要求4所述的脱硫后烟气含湿量测定装置，其特征是：进气管的出口端距离滴定杯底部0.5cm。

6.根据权利要求4所述的脱硫后烟气含湿量测定装置，其特征是：所述干燥排气管（13）中的干燥介质为分子筛、硅胶或氯化钙。

7.根据权利要求4所述的脱硫后烟气含湿量测定装置，其特征是：所述电极（15）为双铂针电极。

8.根据权利要求4所述的脱硫后烟气含湿量测定装置，其特征是：所述采样管（3）入口端装有过滤器（2）。

9.根据权利要求4所述的脱硫后烟气含湿量测定装置，其特征是：所述过滤器的过滤精度为0.5μm。

Images