CN103471878A - 一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中so3的采样收集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集系统，包含：探头，采集湿烟气；加热装置，与探头相连，加热湿烟气；除尘装置，与加热装置相连，除去烟气中的灰尘等固体颗粒；冷凝装置，与除尘装置相连，对烟气中的硫酸蒸汽进行冷凝收集；检验装置，与冷凝装置相连，检验冷凝装置收集硫酸蒸汽是否达到饱和，并在达到饱和时，对烟气中的硫酸蒸汽进行收集；干燥器，与检验装置相连，除去烟气中的水分；调节阀，与干燥器的出口相连，用于调节烟气流速，确保采样时是等速采样；真空泵，与调节阀的出口相连，用于抽气；湿式气表，与真空泵的出口相连，测定上述烟气的流量、温度和压力，并将烟气排出。

Description

一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中SO3的采样收集系统

技术领域

本发明涉及燃煤电厂污染物测量与治理领域，具体涉及一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集系统。

背景技术

截至2010年底,我国燃煤电厂建设脱硫装置的装机容量超过6亿KW，其中湿法脱硫装置约占90%，这些湿法脱硫装置的SO₃脱除效率一般在30%-50%之间，未被脱除的SO₃经过湿法系统后，几乎全部以H₂SO₄的形式存在，将会以硫酸气溶胶的状态通过烟囱排放严重污染环境和人类健康，因此，必须采取有效的措施控制SO₃的排放。

由于SO₃极易与烟气中的水蒸汽结合形成硫酸蒸汽，在壁温低于酸露点的受热面上凝结，造成酸露点腐蚀。烟气中SO₃含量愈多，酸露点温度越高，腐蚀的范围就越广也越严重。在湿法脱硫后净烟气的湿度较大，烟气中残存的SO₃极易快速转化为硫酸雾滴，会对烟道和下游设备造成严重腐蚀。

为解决SO₃造成的环境污染和酸腐蚀问题，电厂需要了解烟气中SO₃的浓度。目前尚未发现烟气分析仪具有测定SO₃含量这项功能，这主要是由于SO₃在传输到仪器测量终端过程中会以硫酸蒸汽或硫酸雾的形式凝结或粘附在传输管道上，导致采样误差和对仪器的强烈腐蚀，因此难以采集从而测量。虽然对于SO₃的测量，一些研究人员分别提出了自己的测量措施，但测量误差都很大，目前尚未发现能够精确测量SO₃含量的措施。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集系统，通过高温采样和冷凝收集，使得烟气中SO₃能够全部被收集，提高采样收集SO₃的精确度，从而提高测量SO₃的精确度。

本发明提供的一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集系统，具有：探头，从烟道内采集湿烟气；加热装置，入口与探头相连，加热湿烟气到一定温度范围内，记加热后的湿烟气为第一烟气；除尘装置，入口与加热装置的出口相连，除去第一烟气中的灰尘等固体颗粒，得到第二烟气；冷凝装置，入口与除尘装置的出口相连，在设定温度下对第二烟气中的硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）进行冷凝收集，记冷凝后从冷凝装置出口处排出的烟气为第三烟气；检验装置，入口与冷凝装置的出口相连，检验冷凝装置收集硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）是否达到饱和，并在冷凝装置达到饱和时，对第三烟气中的硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）进行收集，记从检验装置出口处排出的烟气为第四烟气，第四烟气中不含硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）；干燥器，入口与检验装置的出口相连，除去第四烟气中的水分（防止SO₂等弱酸性气体与水结合形成弱酸而腐蚀调节阀、真空泵和湿式气表），得到第五烟气；调节阀，入口与干燥器的出口相连，在采样过程中，根据已测得的烟道内烟气的流速，调节调节阀的大小，使得采样收集系统探头内采集的湿烟气流速与烟道内的湿烟气流速相等，确保在采样时是等速采样。真空泵，用于抽气；湿式气表，入口与真空泵的出口相连，测定第五烟气的流量、温度和压力，并将第五烟气排出。

进一步，本发明提供的采样收集系统，还可以是：加热装置包含：内管；包覆于内管外，对内管进行加热的恒温电热层；与恒温电热层相连，控制恒温电热层加热温度的温度控制器；包覆于恒温电热层外，减少恒温电热层散热并防止温度波动的保温层；以及包覆于保温层外，用于保护保温层的外管；内管的入口为加热装置的入口，内管的出口为加热装置的出口。

进一步，本发明提供的采样收集系统，还可以是：上述一定温度范围为240～260℃。

进一步，本发明提供的采样收集系统，还可以是：除尘装置中装有耐高温的脱脂棉。

进一步，本发明提供的采样收集系统，还可以是：设定冷凝装置内的温度为60℃，使采集的高温烟气得到迅速降温。

进一步，本发明提供的采样收集系统，还可以是：其中，冷凝装置包含螺旋冷凝管和恒温水槽，螺旋冷凝管置于恒温水槽内，硫酸蒸汽在螺旋冷凝管内凝结成液态；冷凝管采用螺旋式的形状，以提高冷凝效率；螺旋冷凝管的入口为冷凝装置的入口，螺旋冷凝管的出口为冷凝装置的出口。

进一步，本发明提供的采样收集系统，还可以是：其中，检验装置内装有浓度为80%（质量分数）的异丙醇水溶液，并且异丙醇水溶液中混有一定量的浓度为0.2%（质量分数）的钍试剂溶液。开始异丙醇水溶液的颜色为粉红色，当接触到SO₃时异丙醇水溶液的颜色变为黄色，此时停止采样收集系统的采样，从而有效控制烟气采样时所用的时间。

发明作用与效果

本发明公开一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集系统，利用加热装置加热湿烟气，使湿烟气温度升至240℃～260℃，保证了湿烟气中SO₃以硫酸蒸汽的形式存在，从而避免了硫酸蒸汽在内管和除尘装置中发生凝结；该加热装置的恒温电热层外装有保温层，防止了恒温电热层向外散热而造成温度波动；该保温层外装有外管，用于保护保温层；采用除尘装置脱除高温烟气中的灰尘等固体颗粒，防止了灰尘颗粒在湿度很大的螺旋冷凝管内使烟气中的SO₂被催化氧化成SO₃；冷凝装置采用恒温水槽和利用螺旋式的冷凝管进行烟气降温和SO₃收集，都有效地提高了SO₃的凝结效果；利用检验装置能够有效的控制烟气采样收集所用的时间，保证了烟气中的SO₃能够全部被冷凝装置冷凝收集；利用干燥器除去烟气中的水分，防止了SO₂等弱酸性气体与水结合形成弱酸而腐蚀真空泵和湿式气表；利用调节阀，保证了烟气采样是等速采样。从而实现了湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的精确采样与收集。

附图说明

图1为本发明的采样收集系统的结构框图；

图2为本发明在实施例中的采样收集系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解的是，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例

图1为本发明的采样收集系统的结构框图；图2是本发明在实施例中的采样收集系统的结构示意图，其中包括：探头1，加热装置2，除尘装置8，硅胶管9，冷凝装置10，玻璃管13，检验装置14，干燥器15，橡胶管16，调节阀17，真空泵18，湿式气表19；其中，加热装置2包括内管3，恒温电热层4，保温层5，外管6，电源接头7和温度控制器20；冷凝装置10包括恒温水槽11和螺旋冷凝管12。

上述部件的连接关系如下：

探头1与加热装置2的入口（即内管3的入口）直接相连，该加热装置2由内管3，恒温电热层4，保温层5和外管6从内到外依次构成，该恒温电热层4与电源接头7和温度控制器20直接相连，该加热装置2的出口（即内管3的出口）与除尘装置8的入口直接相连，该除尘装置8的出口经的硅胶管9与冷凝装置10的入口（即螺旋冷凝管12的入口）直接相连，该螺旋冷凝管12浸没在恒温水槽11中，该冷凝装置的出口（即螺旋冷凝管12的出口）经硅胶管9和玻璃管13与检验装置14的入口直接相连，该检验装置14的出口经玻璃管13与干燥器15的入口直接相连，该干燥器15的出口经的橡胶管16与的调节阀17的入口直接相连，该调节阀17的出口与真空泵18的入口直接相连，该真空泵18的出口经橡胶管16与湿式气表19的入口直接相连，该湿式气表19的出口直接排向大气。

加热装置2装有恒温电热层4，用于加热内管3内流动的湿烟气，通过温度控制器20使烟气温度恒定在240℃～260℃范围内，防止烟气中的硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）在内管3和除尘装置8中凝结；该恒温电热层4外装有保温层5，用于减少恒温电热层4的散热，从而防止温度波动；该保温层5外装有外管6，用于保护保温层5。

除尘装置8中装有耐高温的脱脂棉，用于除去高温烟气中的灰尘等固体颗粒，防止其进入湿度很大的冷凝装置内将烟气中的SO₂催化氧化成SO₃，而影响SO₃的采样收集结果。

冷凝装置10采用螺旋式的螺旋冷凝管12收集硫酸蒸汽，以提高硫酸蒸汽的冷凝效率；该螺旋冷凝管12浸没在恒温水槽11中，该恒温水槽11保持温度恒定在60℃左右，使采集的高温烟气得到迅速降温，以进一步提高硫酸蒸汽的冷凝效率。

检验装置14中装有质量浓度为80%的异丙醇水溶液，该异丙醇溶液中混有一定量的质量浓度为0.2%的钍试剂溶液，该检验装置14用于控制烟气采样所用的时间，从而保证烟气中硫酸蒸汽都能在螺旋冷凝管12内得到冷凝收集；当检验装置14中的溶液颜色由粉红色变成黄色，则烟气采样停止,从而可以有效控制烟气采样时所用的时间。

干燥器15用于除去烟气中的水分，防止SO₂等弱酸性气体与水结合形成弱酸而腐蚀真空泵18和湿式气表19。

干燥器15与真空泵18之间装有一个调节阀17，该调节阀17用于调节采样收集系统内烟气流的大小，在采样过程中，根据已测得的烟道内烟气的流速，调节调节阀17的大小，使得采样收集系统探头1内采集的烟气流速与烟道内的烟气流速相等，确保在采样时是等速采样，由于系统稳定时，采样收集系统内各处烟气的体积流量都相同，所以探头1内烟气流速等于湿式气表19测得的烟气的体积流量除以探头1管道的横截面积。

一种烟气湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集方法，该方法的具体过程包括以下步骤：

①在采样收集之前，检验采样收集系统的气密性，确保该采样收集系统不漏气；接通恒温电热层4的电源对内管3进行预热，将温度升至260℃左右；

②采样开始时，将探头1伸入靠近烟道中部的位置，开启真空泵18和打开调节阀17，将真空泵18抽吸速度调至最大，同时记录湿式气表19温度读数t、压力读数P_m和起始读数V₁；

③在采样过程中，根据已测得的烟道内烟气的流速，调节调节阀17的大小，使得采样收集系统探头1内采集的烟气流速与烟道内的烟气流速相等，确保采样时是等速采样，其中探头1内烟气流速等于湿式气表19测得的体积流量除以探头1管道的横截面积；

④在采样时，时刻观察检验装置14中溶液的颜色，当溶液颜色由粉红色变成黄色时，则关闭真空泵18，采样结束，同时记录湿式气表19的终止读数V₂，得到采集烟气量V=V₂-V₁；

⑤在采样结束后，用质量浓度为80%的异丙醇水溶液对冷凝装置10的螺旋冷凝管12清洗3次，所得到含有H₂SO₄的溶液就是收集的SO₃溶液；

⑥采样收集到H₂SO₄溶液之后，可利用离子色谱仪测得H₂SO₄（即SO₃）的摩尔含量n₁，然后查得温度t时水的饱和蒸汽压P_V，利用压力表可以测得当地大气压力P_a，则烟气中SO₃含量的计算公式为： $C=\frac{n_1\×22.4\×{10}^6}{V\×\left(\frac{273.15}{273.15\×t}\right)\×\left(\frac{P_a+P_m-P_v}{101.3}\right)},$ 计算过程中，压力单位换为kPa，体积换为L，温度换为℃；

其中，在采样过程中，烟气的流经过程是，湿烟气从探头1进入加热装置2的内管3中，被恒温电热层4加热至240℃～260℃范围内（以防止第一烟气中的硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）在内管和除尘装置中凝结），被加热的烟气经除尘装置8除去灰尘等固体颗粒后，进入冷凝装置10中的螺旋冷凝管12发生H₂SO₄凝结，使得SO₃从烟气中脱除而被螺旋冷凝管12收集，被脱除SO₃的烟气进入检验装置14后，流入干燥器15进行干燥去除水分，干燥后的烟气经真空泵18进入湿式气表19，测出烟气的温度、压力和流量之后，烟气排入大气。

实施例的目的与意义：

以上实验表明，采用本实施例的烟气湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集系统通过高温采样和冷凝收集，使得烟气中SO₃能够全部被收集，减小了采样收集过程中造成的误差，能够精确收集到湿法脱硫系统尾部烟气中的SO₃，提高了采样的精度，并以此提高了测量的精确度，实现了湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的精确采样与收集，解决了目前不能准确测量电厂湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃含量的问题，该系统简单可靠，便于管理，具有广阔的应用前景。

Claims (7)

1.一种用于湿法脱硫系统尾部烟气中SO₃的采样收集系统，其特征在于，具有：

探头，从烟道内采集湿烟气；

加热装置，其入口与所述探头相连，加热所述湿烟气到一定温度范围内，记加热后的所述湿烟气为第一烟气；

除尘装置，其入口与所述加热装置的出口相连，除去所述第一烟气中的灰尘等固体颗粒，得到第二烟气；

冷凝装置，其入口与所述除尘装置的出口相连，在设定温度下对所述第二烟气中的硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）进行冷凝，记冷凝后从所述冷凝装置出口处排出的烟气为第三烟气；

检验装置，其入口与所述冷凝装置的出口相连，检验所述冷凝装置收集所述硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）是否达到饱和，并在所述冷凝装置达到饱和时，对所述第三烟气中的所述硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）进行收集，记从所述检验装置出口处排出的烟气为第四烟气，所述第四烟气中不含所述硫酸蒸汽（SO₃的存在形式）；

干燥器，其入口与所述检验装置的出口相连，除去所述第四烟气中的水分，得到第五烟气；

调节阀，其入口与所述干燥器的出口相连，在采样时，调节所述探头内采集的所述湿烟气的流速与所述烟道内的所述湿烟气的流速相等，确保采样时是等速采样；

真空泵，其入口与所述调节阀的出口相连，用于抽气；

湿式气表，其入口与所述真空泵的出口相连，测定所述第五烟气的流量、温度和压力，并将所述第五烟气排出。

2.根据权利要求1所述的采样收集系统，其特征在于：

所述加热装置包含：内管；包覆于所述内管外，对所述内管进行加热的恒温电热层；与所述恒温电热层相连，控制所述恒温电热层加热温度的温度控制器；包覆于所述恒温电热层外，减少所述恒温电热层散热并防止温度波动的保温层；以及包覆于所述保温层外，用于保护所述保温层的外管；所述内管的入口为所述加热装置的所述入口，所述内管的出口为所述加热装置的所述出口。

3.根据权利要求1所述的采样收集系统，其特征在于：

其中，所述一定温度范围为240～260℃。

4.根据权利要求1所述的采样收集系统，其特征在于：

其中，所述除尘装置中装有耐高温的脱脂棉。

5.根据权利要求1所述的采样收集系统，其特征在于：

其中，所述设定温度为60°C。

6.根据权利要求1所述的采样收集系统，其特征在于：

其中，所述冷凝装置包含螺旋冷凝管和恒温水槽，所述螺旋冷凝管置于所述恒温水槽内，所述硫酸蒸汽在所述螺旋冷凝管内凝结成液态；所述螺旋冷凝管的入口为所述冷凝装置的所述入口，所述螺旋冷凝管的出口为所述冷凝装置的所述出口。

7.根据权利要求1所述的采样收集系统，其特征在于：

其中，所述检验装置内含有浓度为80%（质量分数）的异丙醇水溶液，并且所述异丙醇水溶液中混有一定量的浓度为0.2%（质量分数）的钍试剂溶液。所述异丙醇水溶液的颜色为粉红色，当接触到SO₃时所述异丙醇水溶液的颜色变为黄色，此时停止所述采样收集系统的采样。

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