CN106596427A - 一种工业废气中so3在线测量装置和方法 - Google Patents

一种工业废气中so3在线测量装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工业废气中SO3在线测量装置和方法，装置包括烟气采样系统、控制冷凝系统、液相处理系统、离子检测系统、数字控制系统等五个系统。本装置采用等温取样，烟气经旋风分离器和石英棉滤网去除飞灰，控制冷凝后进行液相处理，利用铬酸钡冷法将硫酸根离子转化为黄色铬酸根离子通过分光光度计进行检测，数字控制系统进行数据接收和处理，计算出三氧化硫浓度。本发明实现了工业废气中SO3的在线测量，可以为火电厂提供实时酸雾排放情况，便于火电厂进行参数控制，提高锅炉运行的安全性和经济性。

Description

一种工业废气中SO3在线测量装置和方法
技术领域
本发明属于节能环保工程技术领域，具体涉及三氧化硫在线测量的装置和方法。
背景技术
工业生产过程中产生的三氧化硫是一种主要大气污染物，且其极易与水蒸气结合生成H2SO4，会对设备造成腐蚀，并且导致酸雨问题。尽管烟道中的三氧化硫含量通常仅有1-50ppm，但其却对烟气酸露点有非常显著的影响。火电厂为避免H2SO4酸雾对锅炉尾部烟道金属受热面造成腐蚀，同时为降低电厂排烟热损失，往往需要将排烟温度控制在略高于烟气酸露点的某个区间内。三氧化硫浓度的测量对电厂运行的经济性与安全性具有十分重要的意义。
目前，对于工业废气中SO3的测量主要存在以下几个问题：1.采样管的温度一般被设置在260℃以上，与烟道中的实际温度不一致，SO2在高温条件下易被飞灰催化氧化为SO3，致使测得的SO3浓度偏高；2.烟气中的SO3容易在飞灰上沉积冷凝，致使测得的SO3浓度偏低；3.部分专利中设计了SO3的采样装置，但没有检测部分，或采用离子色谱法，虽然精度较高，但无法实现在线测量。为解决上述问题，本发明提出一种工业废气中SO3在线测量装置和方法。
发明内容
技术目的：本发明提出了一种工业废气中SO3在线测量装置和方法，减小了采样误差和飞灰影响，实现了在线测量，操作便捷，测量结果具有更高的准确度。
技术方案：本发明的一种工业废气中SO3在线测量装置中，采样枪头、第一阀门、旋风分离器、第一石英棉滤网、采样管顺序连接，采样管的输出端通过设有蛇形冷凝管的冷却器接第二石英棉滤网，第二石英棉滤网的输出端通过第四阀门分成两路，其中一路通过第五阀门接反应器，另一路通过第六阀门、第六泵接流量计；
第一盛液瓶通过第二泵分别接蛇形冷凝管、冲洗喷头，冲洗喷头位于第二石英棉滤网处；第一盛液瓶还通过第三泵接反应器；第二盛液瓶通过第四泵接反应器；第三盛液瓶通过第五泵接接反应器；
在接反应器的下部设有第三石英棉滤网，在第三石英棉滤网的下部设有磁力搅拌器，在磁力搅拌器的下部设有分光光度计，分光光度计的下部通过第七阀门接回收处理池。
所述冷却器中，蛇形冷凝管包括蛇形冷凝管Ⅰ和蛇形冷凝管Ⅱ，蛇形冷凝管Ⅰ和蛇形冷凝管Ⅱ之间并联连接第一泵，在蛇形冷凝管尾端设置有石英棉滤网和冲洗喷头。
所述磁力搅拌器能以产生搅拌、排渣两种磁场，第三石英棉滤网上堆积的废渣在排渣磁场作用下振落至回收处理池。
本发明的一种工业废气中SO3在线测量方法包括以下步骤：
1)测试采样枪头处的烟道温度，反馈至中央处理器，中央处理器控制采样系统温控参数与烟道温度一致；
2)气泵将烟气泵入，经过旋风分离器、第一石英棉滤网去除飞灰后进入蛇形冷凝管，SO3在冷凝管中充分冷却形成酸雾；
3)第六泵为气泵，提供负压将冷凝管内气体抽出流经流量计，第二泵为液泵，将吸收液泵入冷凝管，吸收冷凝管内的酸雾形成SO42-；
4)第三泵、第四泵、第五泵为液泵，将铬酸钡溶液、氨水、去离子水泵入反应器，磁力搅拌器产生搅拌磁场充分反应；
5)第七泵为气泵，产生负压使反应器中清液通过第三石英棉滤网进入分光光度计的检测瓶，分光光度计产生特定波长的可见光照射检测瓶中的清液，检测吸光度；
6)中央处理器处理温度、泵流量、泵开启时间、气体流量计和分光光度计检测结果，并依此计算出所测得的三氧化硫浓度显示在显示屏上。
所述的蛇形冷凝管中两支并联的蛇形冷凝管交替工作。
所述的反应器的温度控制在10-15℃，反应时间10min。
所述分光光度计的照射光波长为420nm。
有益效果：
1.采样时保持采样管温度与烟道实际温度一致，避免SO2高温下氧化的影响；
2.采用多重过滤设计，减少飞灰对SO2的催化以及SO3在飞灰上的沉积冷凝；
3.利用铬酸钡冷法将硫酸根离子转化为黄色铬酸根离子，并用分光光度计测出离子浓度，实现三氧化硫浓度在线测量；
4.采用双冷凝管并联连接，交替工作，缩短了在线测量时间间隔；
5.整套装置设计高度自动化，操作便捷。
附图说明
图1为一种工业废气中SO3在线测量装置和方法的示意图。
图中有：采样枪头1、旋风分离器2、第一石英棉滤网3-1、第二石英棉滤网3-2、第三石英棉滤网3-3、采样管4、蛇形冷凝管5、冲洗喷头6、反应器7、磁力搅拌器8、分光光度计9、流量计10、中央处理器11、显示屏12、回收处理池13、第一阀门v1、第二阀门v2、第三阀门v3、第四阀门v4、第五阀门v5、第六阀门v6、第七阀门v7、第一泵p1、第二泵p2、第三泵p3、第四泵p4、第五泵p5、第六泵p6、第七泵p7、第一盛液瓶b1、第二盛液瓶b2、第三盛液瓶b3。
具体实施方式
为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案：通过温度传感器和温控装置使采样管内温度与烟道实际温度保持一致，实现等温取样；在采样部分设置过滤室，烟气通过过滤室内的旋风分离器和石英棉滤网去除飞灰；在冷凝管尾端设置石英棉滤网和冲洗喷头，回收前端未能过滤飞灰上的酸雾沉积；冷凝后对酸雾用吸收液进行液相处理，进入离子检测系统的反应器中进行铬酸钡转化反应；用分光光度计检测转化后溶液吸光度，并将结果传送至数字控制系统；中央处理器运算处理得出三氧化硫浓度。
本发明提出的一种工业废气中SO3在线测量装置和方法，其装置由烟气采样系统、控制冷凝系统、液相处理系统、离子检测系统、数字控制系统等五个系统组成，各系统的结构和功能为：
1.烟气采样系统由采样枪头、过滤室、采样管依次连接而成，过滤室内安装有旋风分离器，用于将烟气中的飞灰分离并清除，过滤室尾端为石英棉滤网，进一步过滤烟气中的飞灰。滤网与过滤室、采样管间均为螺纹连接，拆卸便捷，石英棉滤网可更换。采样枪头和采样管外壁绕有电加热装置，在电加热装置外另设有保温箱将采样枪头、过滤室、采样管罩在内部以实现保温。采样枪头前端和采样管后端的外壁上均设有测温装置，所有测温装置和加热装置均与数字控制系统联通。
2.控制冷凝系统包括两支并联的蛇形冷凝管，交替工作，管上设置有相应阀门。冷凝管后端设置有石英棉滤网，以减小残余飞灰上凝结酸雾引起的误差。冷凝管放置于温控箱中，温度控制在60-75℃。由于冷凝管温度低于硫酸露点温度，烟气通过时将在冷凝管中产生硫酸雾滴，从而分离出烟气中的SO3。
3.液相处理系统包括盛液瓶、冲洗喷头以及相应液泵、气泵和阀门。各液泵、气泵的流量均受数字控制系统控制。抽气气泵提供负压，将冷凝管内剩余气体抽出至数字控制系统，以计算气体流量。吸收溶液瓶用于盛装吸收液并通过阀门与冷凝管相连，液泵打开后，吸收液与冷凝管中硫酸液滴形成混合液。压液气泵产生高压空气，将冷凝管中的混合液压入离子检测系统。管端滤网处设置有冲洗喷头，通过液泵喷出吸收液，将滤网积灰处沉积的酸雾冲洗完全，以使硫酸酸雾全部进入离子检测系统。
4.离子检测系统包括反应器、磁力搅拌器、分光光度计、抽滤装置和盛装检测液的溶液瓶，利用分光光度计，采用铬酸钡冷法对混合液中的SO42-浓度进行检测。通过液泵向反应器中加入一定浓度和一定量的铬酸钡溶液和氨水，铬酸钡可与硫酸根离子发生如下反应：SO4 2-+BaCrO4→BaSO4+CrO4 2-，生成的CrO4 2-在碱性溶液中呈黄色，其含量与硫酸根离子相同。为使反应充分进行，将反应器放置在冷水浴中冷却，并用磁力搅拌器搅拌加快反应速度。反应充分后，利用抽滤装置，抽滤气泵抽气形成负压，反应器中溶液通过滤纸，将生成的硫酸钡沉淀和过量的铬酸钡过滤。用特定波长的光照射清液，并将测试结果反馈至数字控制单元，后者将根据工作曲线(吸光度—SO4 2-浓度曲线)得出检测结果。
5.数字控制系统包括控制按键、中央处理器和显示屏。控制按键用于设置温控箱、气泵、液泵的相关参数，开始或终止测量，并反馈给中央处理器及执行机构。中央处理器控制泵和阀门的开闭，接收、储存和处理各测量数据，并由此计算出烟气酸露点值，同时反馈到显示屏。显示屏用于显示烟气相关参数以及测试结果。
本发明提出的一种工业废气中SO3在线测量方法为：
1.测试采样枪头处的烟道温度，反馈至中央处理器，中央处理器控制采样系统温控参数与烟道温度一致；
2.气泵将烟气泵入，依次经过旋风分离器、石英棉滤网去除飞灰后进入蛇形冷凝管，控制冷凝系统温度60-75℃，SO3在冷凝管中充分冷却形成酸雾；
3.气泵提供负压将冷凝管内气体抽出流经流量计，液泵将吸收液泵入冷凝管，吸收冷凝管内的酸雾形成SO42-；
4.液泵将铬酸钡溶液、氨水、去离子水泵入反应器，控制反应器温度10-15℃，磁力器产生搅拌磁场充分反应；
5.气泵产生负压使反应器中清液通过滤纸进入分光光度检测瓶，分光光度计产生特定波长的可见光照射清液，检测吸光度；
6.中央处理器处理温度、泵流量、泵开启时间、气体流量计和分光光度计检测结果，并依此计算出所测得的三氧化硫浓度显示在显示屏上。
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步地解释。下述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本发明的保护范围之中。
本发明提出的一种工业废气中SO3在线测量装置和方法，如图1所示，包括如下内容：
1.测试采样枪头处的烟道温度，反馈至中央处理器，中央处理器控制采样系统温控参数，开始前各阀门处于关闭状态；
2.打开第一阀门v1、第二阀门v2，烟气依次经过旋风分离器、石英棉滤网，两次过滤去除飞灰；
3.烟气经过蛇形冷凝管Ⅰ，中央处理器控制冷凝系统温控参数(60-75℃)，SO3在冷凝管中充分冷却形成酸雾，部分SO3与部分未能过滤的飞灰在冷凝管后端滤网上凝结；
4.关闭第二阀门v2，打开第四阀门v4、第六阀门v6，第六泵p6为气泵，提供负压将蛇形冷凝管Ⅰ内气体抽出流经流量计，流量计将气体流量反馈至中央处理器，废气排至回收处理池；
5.关闭第四阀门v4、第六阀门v6，第二泵p2为液泵，将盛液瓶b1中的吸收液(去离子水)泵入蛇形冷凝管Ⅰ和管端滤网处的冲洗喷头，吸收冷凝管内和滤网积灰上的酸雾形成SO42-，中央处理器控制液泵流量和开启时间；
6.打开第四阀门v4、第五阀门v5，第一泵p1为气泵产生高压将冷凝管Ⅰ内吸收液压入反应器，之后关闭第四阀门v4、第五阀门v5，蛇形冷凝管Ⅱ开始进行烟气采样、流量检测和酸雾吸收，步骤同第2-5步(仅将步骤中的第二阀门v2换为第三阀门v3、蛇形冷凝管Ⅰ换为蛇形冷凝管Ⅱ)；
7.第四泵p4为液泵，将盛液瓶b2中的铬酸钡溶液泵入反应器，第五泵p5将盛液瓶b3中的氨水泵入反应器，第三泵p3将盛液瓶b1中的去离子水泵入反应器进行稀释，中央处理器控制反应器温控参数(10-15℃)以及液泵流量和开启时间，磁力器产生搅拌磁场，充分反应10min；
8.第七泵p7为气泵，产生负压使反应器中的生成物通过滤纸，将生成的硫酸钡沉淀及过量的铬酸钡留在滤纸上，清液通过滤纸进入分光光度检测瓶；
9.分光光度计产生420nm波长的可见光照射清液，将吸光度检测结果反馈至中央处理器；
10.打开第七阀门v7，将废液排至回收处理池后关闭第七阀门v7，磁力器产生排渣磁场，使反应器中的金属滤纸振动从而振掉滤渣，并排至回收处理池；
11.再次打开第四阀门v4、第五阀门v5，第一泵p1为气泵产生高压将冷凝管Ⅱ内吸收液压入反应器，之后对其进行离子检测，步骤同第7-10步；同时蛇形冷凝管Ⅰ执行步骤第1-5步，进行下一次烟气采样。每支冷凝管完成检测后，中央处理器处理温度、泵流量、泵开启时间、气体流量计和分光光度计检测结果，并依此计算出所测得的三氧化硫浓度显示在显示屏上。

Claims (7)

1.一种工业废气中SO3在线测量装置，其特征在于，在该装置中，采样枪头(1)、第一阀门(v1)、旋风分离器(2)、第一石英棉滤网(3-1)、采样管(4)顺序连接，采样管(4)的输出端通过设有蛇形冷凝管(5)的冷却器接第二石英棉滤网(3-2)，第二石英棉滤网(3-2)的输出端通过第四阀门(v4)分成两路，其中一路通过第五阀门(v5)接反应器(7)，另一路通过第六阀门(v6)、第六泵(p6)接流量计(10)；
第一盛液瓶(b1)通过第二泵(p2)分别接蛇形冷凝管(5)、冲洗喷头(6)，冲洗喷头(6)位于第二石英棉滤网(3-2)处；第一盛液瓶(b1)还通过第三泵(p3)接反应器(7)；第二盛液瓶(b2)通过第四泵(p4)接反应器(7)；第三盛液瓶(b3)通过第五泵(p5)接接反应器(7)；
在接反应器(7)的下部设有第三石英棉滤网(3-3)，在第三石英棉滤网(3-3)的下部设有磁力搅拌器(8)，在磁力搅拌器(8)的下部设有分光光度计(9)，分光光度计(9)的下部通过第七阀门(v7)接回收处理池(13)。
2.根据权利要求1所述的一种工业废气中SO3在线测量装置，其特征在于，所述冷却器中，蛇形冷凝管(5)包括蛇形冷凝管Ⅰ和蛇形冷凝管Ⅱ，蛇形冷凝管Ⅰ和蛇形冷凝管Ⅱ之间并联连接第一泵(p1)，在蛇形冷凝管尾端设置有石英棉滤网和冲洗喷头。
3.根据权利要求1所述的一种工业废气中SO3在线测量装置，其特征在于，所述磁力搅拌器(8)能以产生搅拌、排渣两种磁场，第三石英棉滤网(3-3)上堆积的废渣在排渣磁场作用下振落至回收处理池。
4.一种如权利要求1所述装置的工业废气中SO3在线测量方法，其特征在于该在线测量方法包括以下步骤：
1)测试采样枪头处的烟道温度，反馈至中央处理器(11)，中央处理器控制采样系统温控参数与烟道温度一致；
2)气泵将烟气泵入，经过旋风分离器(2)、第一石英棉滤网(3-1)去除飞灰后进入蛇形冷凝管(5)，SO3在冷凝管中充分冷却形成酸雾；
3)第六泵(p6)为气泵，提供负压将冷凝管内气体抽出流经流量计(10)，第二泵(p2)为液泵，将吸收液泵入冷凝管，吸收冷凝管内的酸雾形成SO42-；
4)第三泵(p3)、第四泵(p4)、第五泵(p5)为液泵，将铬酸钡溶液、氨水、去离子水泵入反应器(7)，磁力搅拌器(8)产生搅拌磁场充分反应；
5)第七泵(p7)为气泵，产生负压使反应器(7)中清液通过第三石英棉滤网(3-3)进入分光光度计(9)的检测瓶，分光光度计(9)产生特定波长的可见光照射检测瓶中的清液，检测吸光度；
6)中央处理器(10)处理温度、泵流量、泵开启时间、气体流量计和分光光度计检测结果，并依此计算出所测得的三氧化硫浓度显示在显示屏(12)上。
5.根据权利要求4所述的一种工业废气中SO3在线测量方法，其特征在于，所述的蛇形冷凝管(5)中两支并联的蛇形冷凝管交替工作。
6.根据权利要求4所述的一种工业废气中SO3在线测量方法，其特征在于，所述的反应器(7)的温度控制在10-15℃，反应时间10min。
7.根据权利要求4所述的一种工业废气中SO3在线测量方法，其特征在于，所述分光光度计的照射光波长为420nm。
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