CN106353457B - 一种基于盐吸收的检测烟气so3的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于盐吸收的检测烟气SO3的方法及系统，方法为将采集后的烟气控温至高于SO3凝结温度，维持该烟气温度，再依次进行以下程序：除去烟气中的飞灰，让烟气与盐进行充分接触，发生化学反应，使得SO3全部被盐吸收；然后检测盐中硫酸盐的含量，最后通过硫酸盐的含量计算得出烟气中SO3的含量，盐为能够与SO3反应生成比硫酸酸性弱的酸或可挥发性的酸的盐。系统包括烟气反应装置及硫酸盐检测组件，所述硫酸盐检测组件用于检测所述烟气反应装置内盛放的盐中的硫酸盐的含量。烟气反应包括烟气采集部件、过滤部件、烟气动力部件、温控部件及盐吸收部件，烟气采集部件下游沿沿烟气流动方向依次连接过滤部件及盐吸收部件。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤烟气成分的检测方法，特别涉及一种基于盐吸收的检测烟气SO3的方法及系统。
背景技术
我国的能源结构以煤炭为主，煤燃烧过程中，其中的硫元素大部分以SO2形式存在于烟气中，小部分SO2转化为SO3，一般情况下，在炉膛中大约有1-2％的SO2被氧化成SO3。此外，随着火电厂大气污染物排放新标准《GB-13223-2011》的颁布，烟气SCR脱硝工艺在火电厂得到了广泛应用。商用SCR催化剂会促进SO2的氧化，提高了烟气中SO3的含量，目前燃煤SO2污染控制已经达到超低排放的水平，SO3的污染控制成为当前关注的焦点。
SO3是一种危害严重的污染性气体，其危害主要体现在以下三方面：(一)，当烟气中的SO3过含量超过10ppm时，就会对大气环境造成严重污染，烟气中的SO3会与水蒸气结合生成及其微小的硫酸雾滴，降低烟气的透明度，导致“蓝羽”现象的发生。(二)，烟气中SO3含量的增加会大幅度提高烟气的酸露点，给锅炉系统造成腐蚀现象。(三)，对于SCR脱硝工艺，SO3还会与过量的NH3反应生成硝酸铵和硝酸氢铵，堵塞催化剂表面的微孔，缩短催化剂的使用寿命，对SCR反应产生不良影响。SO3的检测是实现SO3控制监管的重要前提，因此需要高精度的SO3检测设备。
目前SO3测量的方法分为取样分析法和在线检测法两类。取样分析法主要包括控制冷凝法、螺旋管法和异丙醇吸收法。控制冷凝法和螺旋管法都是将烟气在一定的温度下进行冷凝，使烟气中的SO3在收集器中凝结，然后用去离子水冲洗收集器，通过检测水中的硫酸根离子浓度，得到烟气中SO3的浓度；异丙醇吸收法则是通过异丙醇实现SO3的吸收，最后溶于水检测硫酸根离子的浓度。控制冷凝法、螺旋管法和异丙醇吸收法无法实现SO3的高精度测量，而且烟气取样与过滤为高温过程，而SO3的冷凝和吸收均为低温过程，因此存在从高温到低温的冷凝段，该过程中SO3会在管壁沉积，而且低温吸收过程中由于SO3由气态转化为液滴或气溶胶，导致吸收不完全，这些都对测量的精度产生不利的影响。
本领域中已经公开和发展了多种SO3测试技术，申请号为201310376879.5的专利公开了一种烟气中三氧化硫的在线检测装置及方法，装置包括烟气采集单元、气液分离器、气相检测单元、第一溶液罐、液相检测单元和数字控制单元。该发明实现了烟气中SO3的在线测量，对烟气中的SO3进行采样，并分析出SO3的含量。该方法用低温冷凝实现SO3的分离，然后用异丙醇或水吸收分离后的SO3并与钡盐形成沉淀，最后通过分光光度计对液相进行检测得到SO3的含量，该方法采用低温冷凝的采样方法，采样过程中SO3的沉积和吸收不完全的问题，影响测量精度，且较复杂，不便于现场检测。
专利201410125511.6公开了一种三氧化硫气体浓度的检测与控制方法：使用光源发出光束，使光束穿过反应腔体的一端到达另一端。通过测量光敏电阻的电阻值大小即可检测反应腔体中三氧化硫气体的浓度。该方法操作简单，但受到烟气中飞灰、水蒸气以及其他组分的影响，难以准确测量SO3的含量。
申请号为201510562239.2的发明提供了一种三氧化硫分析仪器及方法，通过采样枪采集烟气，然后与异丙醇溶液在洗气瓶内混合，三氧化硫被吸收为硫酸根离子；将样品液抽送至反应器，与氯冉酸钡发生化学反应，生成硫酸钡并释放出等当量的氯冉酸根离子；利用分光光度计测量反应液中的氯冉酸根离子浓度，从而得到样品液中的硫酸根离子浓度，计算出烟气中的三氧化硫浓度。该方法仍然属于异丙醇吸收法，仪器繁多，操作复杂，且无法避免低温吸收带来的缺点。
申请号201520621768.0公开了一种便携式三氧化硫化学吸收自动采样装置，包括取样管、过滤器，化学吸收装置、控制装置。该方法采用吸收液对采样烟气中的SO3进行吸收，由于低温下SO3为硫酸雾、硫酸液滴状态，存在吸收不完全的问题，影响测量精度。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于盐吸收的检测烟气SO3的方法及装置，具有测量精度高、运行稳定、操作简单、不受人为因素的干扰等优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于盐吸收的检测烟气SO3的方法，将采集后的烟气控温至高于SO3凝结温度，维持该烟气温度，再依次进行以下程序：除去烟气中的飞灰，让烟气与盐进行充分接触，发生化学反应，使得SO3全部被盐吸收；然后检测盐中硫酸盐的含量，最后通过硫酸盐的含量计算得出烟气中SO3的含量，所述盐为能够与SO3反应生成比硫酸酸性弱的酸或可挥发性的酸的盐。
“除去烟气中的飞灰，让烟气与盐进行充分接触，发生化学反应，使得SO3全部被盐吸收”的程序完成后，可以不再控制烟气的温度，也可以继续控制烟气的温度。
所述的SO3凝结温度为气态SO3可与水蒸气结合并转化为液态的最高温度。
除去飞灰的优点在于：避免飞灰沉积堵塞采样烟气通道，且避免飞灰本身含有的硫酸盐影响检测结果的准确性。
优选的，按照等速采样法抽取烟气后，将抽取的烟气控温至高于SO3凝结温度。采样气流速大于或小于采样点烟气流速都将导致测量误差，本发明采用等速采样法能够提高检测烟气中SO3的浓度的精度。
优选的，所述烟气采用时间不小于1min。
进一步优选的，所述烟气采样时间为1min-15min。
优选的，将反应后的盐配置成水溶液后，检测盐中硫酸盐的含量。
优选的，所述盐为氯化物或碳酸盐。
进一步优选的，所述氯化物为氯化钾、氯化钡、氯化铜、氯化钠中的一种或几种；所述碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或几种。
优选的，烟气的温度控制至200℃以上。
进一步优选的，烟气的温度控制至260℃以上。
进一步优选的，所述硫酸盐的检测方法为，当反应后生成的硫酸盐为溶于水的盐，则将反应后的盐溶于水，检测水溶液中的硫酸根的量；当反应后生成的硫酸盐为不溶于水的盐，则将反应后的盐溶于水，检测不溶于水的沉淀的量。
更进一步优选的，硫酸根的检测方法为离子色谱法、分光光度计法、比浊法或滴定法。
一种基于盐吸收的检测烟气SO3的烟气反应装置，包括烟气采集部件、过滤部件、烟气动力部件、温控部件及盐吸收部件，所述烟气采集部件下游沿烟气流动方向依次连接所述过滤部件及所述盐吸收部件，所述烟气动力部件使所述烟气采集部件采集烟气，且所述烟气动力部件能够为采集的烟气输送至盐吸收部件提供动力，所述温控部件控制采集后的烟气的温度、烟气输送至盐吸收部件过程的温度及盐吸收部件的温度均高于SO3凝结温度，所述盐吸收部件内盛放能够与SO3反应生成比硫酸酸性弱的酸或可挥发性的酸的盐。
本发明的烟气反应装置能够对烟气中SO3进行吸收固定，只需通过更换装置中的盐，便能够吸收固定不同位置烟气中的SO3，且能够根据实际情况灵活选择检测装置及检测方法，适用范围广。
优选的，所述烟气采集部件为能够将烟道内烟气输送至本发明装置中的管道部件，例如采样头、采样管等。
优选的，所述烟气动力部件为能够将烟道内烟气内气体吸入至本发明装置的动力部件，例如可控制气体流量的采样泵、可控制气体流量的抽气泵等。
优选的，所述温控部件为根据检测的温度控制加热装置将温度控制至设定温度以上。
进一步优选的，所述设定温度为200℃。
进一步优选的，所述设定温度为260℃。
优选的，所述过滤部件的滤芯采用的材料为烧结金属、陶瓷、石英棉或纤维。
优选的，所述烟气采集部件、过滤部件及盐吸收部件通过连接管连接，所述温控部件控制连接管的温度高于SO3凝结温度。
进一步优选的，所述盐吸收部件可拆卸地安装在连接管内。
更进一步优选的，所述盐吸收部件为两侧为网状结构的中空的筒状装置。
进一步优选的，过滤部件安装在烟气采集部件和盐吸收部件之间的连接管内。
优选的，所述烟气采集部件为碳钢管、不锈钢管、聚四氟乙烯管或氟胶管。
优选的，所述烟气采集部件的进气口直径为2mm-16mm。
优选的，所述烟气动力部件安装在盐吸收部件之后。
一种基于盐吸收的检测烟气SO3的系统，包括上述烟气反应装置及硫酸盐检测组件，所述硫酸盐检测组件用于检测所述烟气反应装置内盛放的盐中的硫酸盐的含量。
本发明的有益效果为：
1.本发明将烟气加热至SO3凝结温度之上，避免SO3凝结，之后用盐对SO3进行吸收，避免了控制冷凝法和异丙醇吸收法中SO3在管壁的凝结及吸收不完全导致测量不精确的弊端。
2.本发明采用等速采样的方式抽取烟气，然后将烟气加热至SO3凝结温度之上，避免SO3的凝结，通过过滤装置去除烟气中的飞灰，之后用盐对SO3进行吸收，最后通过对反应产物的分析得到SO3的浓度，具有精度高、人为操作误差小的优点，应用前景非常广阔。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为盐吸收装置的结构示意图；
其中，1.采样头，2.连接管，3.加热装置，4.过滤装置，5.盐吸收装置，6.温控装置，7. 连接弯管，8.采样泵，9.筒状装置，10.网状结构，11.钩子。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种基于盐吸收的检测烟气SO3含量的烟气反应装置，包括采样头1、连接管2、加热装置3、过滤装置4、盐吸收装置5、温控装置6和采样泵8，采样头1连接在连接管2的一端，用于对烟气进行等速采样，加热装置3设置在连接管2外侧，用于对烟气进行加热，过滤装置4设置于连接管2的前部，用于去除烟气中的飞灰，盐吸收装置5 设置于连接管2的后部，用于吸收烟气中的SO3，温控装置6位于加热装置3的末端，用于对加热温度进行调整和控制，采样泵8通过连接弯管7连接在连接管2的另一端，用于控制采样流量。
采样头1直径为7mm，烟气流速为15m/s，采样时间为7min。
连接管2为碳钢管。
过滤装置4为烧结金属的滤芯。滤芯为多孔圆柱状结构，滤芯恰好能与连接管2配合。
如图2所示，盐吸收装置5为两侧为网状结构10的中空的筒状装置9，筒状装置9的恰好能与连接管2配合，在盐吸收装置5的筒外壁上设有密封圈，且密封圈的外径略大于连接管内径，使盐吸收装置5恰好能够安装在连接管2内，同时保证盐吸收装置5与连接管2的无缝安装，筒状装置9的一侧网状结构10上设有钩子11，方便拆卸和安装盐吸收装置5。
盐吸收装置5内的盐为氯化钾。
烟气(模拟烟气，模拟烟气温度300℃，其中SO3的含量为32.1ppm)以等速采样的方式通过采样头1进入连接管2(采样头1应放入烟气中一段时间，确保其与烟气温度相同后才开始采样)，连接管2外布置加热装置3对烟气加热，使其高于240℃，避免SO3的凝结；随后借助过滤装置4去除烟气中的飞灰，然后进入盐吸收装置5，在烟气进入过滤装置4及盐吸收装置5保持烟气，烟气中的SO3与盐发生反应实现SO3的吸收；最后烟气通过连接弯管7进入采样泵8排出。吸收结束后，将盐取出，溶于去离子水中，采用离子色谱法测量溶液中的硫酸根离子含量为1.6×10-4mol，得到烟气中SO3的含量为31ppm。
实施例2
本实施例与实施例1相同，不同之处在于：
采样头1直径为12mm，烟气流速为5m/s，采样时间15min。连接管2为不锈钢管。
过滤装置4为陶瓷的滤芯。
盐吸收装置5内的盐为氯化钠。
连接管2外布置加热装置3对烟气进行加热，使其高于260℃。
烟气采用SO3含量为13.5ppm的模拟烟气。
采用分光光度计法测量溶液中的硫酸根离子含量为1.5×10-4mol，得到烟气中SO3的含量为14ppm。
实施例3
本实施例与实施例1相同，不同之处在于：
采样头1直径为9mm，烟气流速为10m/s，采样时间为8min。
连接管2为聚四氟乙烯管。
过滤装置4为石英棉的滤芯。
盐吸收装置5内的盐为碳酸钠。
连接管2外布置加热装置3对烟气进行加热，使其高于300℃。
烟气采用SO3含量为21.2ppm的模拟烟气。
采用比浊法测量溶液中的硫酸根离子含量为1.4×10-4mol，得到烟气中SO3的含量为22 ppm。
实施例4
本实施例与实施例1相同，不同之处在于：
采样头1直径为8mm，烟气流速为12m/s，采样时间为11min。
连接管2为氟胶管。
过滤装置4为纤维的滤芯。
盐吸收装置5内的盐为碳酸钾。
连接管2外布置加热装置3对烟气加热至400℃。
烟气采用SO3含量为14.5ppm的模拟烟气。
采用滴定法测量溶液中的硫酸根离子含量为1.2×10-4mol，得到烟气中SO3的含量为14 ppm。
实施例5
本实施例与实施例2相同，不同之处在于：采样头直径为10mm，烟气流速为9m/s，采样时间为3min。
盐吸收装置5内的盐为氯化钡。
烟气采用SO3含量为6.8ppm的模拟烟气。
吸收结束后，将盐取出，溶于去离子水中，将不溶于水的沉淀过滤干燥后，称量硫酸钡沉淀的质量为4.4mg，得到烟气中SO3的含量为7ppm。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于盐吸收的检测燃煤烟气中SO3的方法，其特征是，采用的基于盐吸收的检测烟气SO3含量的烟气反应装置，包括采样头、连接管、加热装置、过滤装置、盐吸收装置、温控装置和采样泵，采样头连接在连接管的一端，用于对烟气进行等速采样，加热装置设置在连接管外侧，用于对烟气进行加热，过滤装置设置于连接管的前部，用于去除烟气中的飞灰，盐吸收装置设置于连接管的后部，用于吸收烟气中的SO3，温控装置位于加热装置的末端，用于对加热温度进行调整和控制，采样泵通过连接弯管连接在连接管的另一端，用于控制采样流量；
过滤装置为滤芯，滤芯为多孔圆柱状结构，滤芯恰好能与连接管配合；
盐吸收装置为两侧为网状结构的中空的筒状装置，筒状装置的恰好能与连接管配合，在盐吸收装置的筒外壁上设有密封圈，且密封圈的外径略大于连接管内径，使盐吸收装置恰好能够安装在连接管内，同时保证盐吸收装置与连接管的无缝安装，筒状装置的一侧网状结构上设有钩子，方便拆卸和安装盐吸收装置；
烟气以等速采样的方式通过采样头进入连接管，采样头应放入烟气中一段时间，确保其与烟气温度相同后才开始采样，连接管外布置加热装置对烟气加热，避免SO3的凝结；随后借助过滤装置去除烟气中的飞灰，然后进入盐吸收装置，在烟气进入过滤装置及盐吸收装置时保持烟气温度，烟气中的SO3与盐发生反应实现SO3的吸收；最后烟气通过连接弯管（7）进入采样泵排出，吸收结束后，将盐取出，测得盐中硫酸根或硫酸盐的量；
当采样头直径为7mm，烟气流速为15m/s，采样时间为7min时，
连接管为碳钢管；
过滤装置为烧结金属的滤芯；
盐吸收装置内的盐为氯化钾；
连接管外布置加热装置对烟气加热，使其高于240℃；
吸收结束后，将盐取出，溶于去离子水中，采用离子色谱法测量溶液中的硫酸根离子含量；
当采样头直径为12mm，烟气流速为5m/s，采样时间15min时，
连接管为不锈钢管；
过滤装置为陶瓷的滤芯；
盐吸收装置内的盐为氯化钠；
连接管外布置加热装置对烟气进行加热，使其高于260℃；
吸收结束后，将盐取出，溶于去离子水中，采用分光光度计法测量溶液中的硫酸根离子含量；
当采样头直径为9mm，烟气流速为10m/s，采样时间为8min时，
连接管为聚四氟乙烯管；
过滤装置为石英棉的滤芯；
盐吸收装置内的盐为碳酸钠；
连接管外布置加热装置对烟气进行加热，使其高于300℃；
吸收结束后，将盐取出，溶于去离子水中，采用比浊法测量溶液中的硫酸根离子含量；
当采样头直径为8mm，烟气流速为12m/s，采样时间为11min时，
连接管为氟胶管；
过滤装置为纤维的滤芯；
盐吸收装置内的盐为碳酸钾；
连接管外布置加热装置对烟气加热至400℃；
吸收结束后，将盐取出，溶于去离子水中，采用滴定法测量溶液中的硫酸根离子含量；
当采样头直径为10mm，烟气流速为9m/s，采样时间为3min时，
连接管为不锈钢管；
过滤装置为陶瓷的滤芯；
盐吸收装置内的盐为氯化钡；
连接管外布置加热装置对烟气进行加热，使其高于260℃；
吸收结束后，将盐取出，溶于去离子水中，将不溶于水的沉淀过滤干燥后，称量硫酸钡沉淀的质量。
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