CN108303293A - 一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法 - Google Patents

一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法，包括加热取样枪、加热过滤器、电伴热管、冷凝管、恒温水浴箱、洗气瓶及真空泵，其中，冷凝管内设置有蛇形管，加热取样枪的枪头位于烟道内，加热取样枪的出口依次经加热过滤器及电伴热管与蛇形管的一端相连接，蛇形管的另一端与洗气瓶的入口相连通，洗气瓶的出口与真空泵的入口相连通，其中，洗气瓶与真空泵之间设置有湿式流量计及气压计，恒温水浴箱与冷凝管相连通，该系统及方法能够准确检测得到烟气中SO3的浓度。

Description

一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法
技术领域
本发明属于污染物采样和检测技术领域，涉及一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法。
背景技术
我国煤炭消耗居世界首位，其中约一半用于电站锅炉。煤炭中的硫在燃烧过程中会形成少量SO3污染物。SO3在烟气中含量虽少，但会显著提高烟气酸露点，并与烟气中的水蒸汽结合生成H2SO4，会对空气预热器下游设备、烟道产生严重的低温腐蚀，并与SCR脱硝装置逃逸的NH3结合生成NH4HSO4堵塞空气预热器，影响锅炉运行安全。为减轻空气预热器下游设备、烟道的低温腐蚀程度，锅炉被迫提高排烟温度，降低了锅炉效率，增加了发电机组的煤耗。
特别是近年来，随着国标GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》实施，燃煤锅炉普遍实施了脱硫、脱硝、除尘环保改造。其中，多数燃煤锅炉都采用选择性催化还原(SCR)工艺进行脱硝改造，SCR工艺采用的催化剂会促使SO2转化为SO3，这将提高烟气中SO3浓度，使SO3危害进一步加深。与此同时，近期国内燃煤锅炉烟气余热利用技术，如低压省煤器、MGGH等日益得到广泛应用。这些技术通过收回空气预热器后烟气余热，或将这些余热引回机组回热系统以提高经济性，或将这些余热加热脱硫塔后的净烟气以解决排烟视觉污染问题。无论何种烟气余热利用技术，都会导致空气预热器后烟气温度进一步降低，加剧后续设备和烟道的低温腐蚀。因此，有必要对燃煤锅炉烟气中SO3沿烟气流程的迁移规律进行研究，最大限度缓解空气预热器堵塞和后续设备、烟气的低温腐蚀，而如何准确测量烟气中SO3浓度及SO3冷凝温度是开展上述研究工作的基本前提。
燃煤锅炉烟气中SO3的检测技术一直是行业内的一个难题，主要原因有两个：一是烟气中SO3浓度很低，一般只有十几ppm的量级，烟气中各类酸性气体，特别是高浓度的SO2会对SO3的检测结果产生很大干扰；二是尾部烟道内烟气温度已接近或低于SO3的冷凝温度，采样时SO3容易冷凝在SO3样品收集装置之前的管路上，特别是飞灰过滤装置的表面，造成采样、检测失效。
目前，国内燃煤锅炉烟气中SO3常用检测方法主要有异丙醇吸收法和控制冷凝法两种。异丙醇吸收法源于美国EPA Method8方法，是一种选择性溶解吸收法。异丙醇吸收法通过取样装置将烟气抽出通入洗气瓶，洗气瓶内装有质量浓度为80％的异丙醇水溶液，通过异丙醇水溶液吸收SO3或H2SO4，同时异丙醇有防止SO2氧化的作用，异丙醇溶液洗气瓶后接3％H2O2溶液洗气瓶吸收烟气中的SO2，经干燥后进入气体流量计计量体积，上述洗气瓶均放在0℃冰浴中。控制冷凝法源于美国EPA Method8A方法，是一种选择性冷凝取样方法，烟气自烟道抽出后进入烟气过滤装置，过滤后到达玻璃蛇形管，玻璃蛇形管内温度通过恒温水浴控制在65-100℃之间，在玻璃蛇形管内SO3或H2SO4冷凝形成微小液滴，液滴在蛇形管离心力作用下甩至壁面从而收集得到SO3或H2SO4检测液。目前，电力标准DL/T 998-2006推荐采用控制冷凝法检测烟气中SO3浓度。
异丙醇吸收法主要缺点是SO2在异丙醇溶液中有一定溶解度，当SO2浓度较SO3浓度高出很多时，溶解在异丙醇溶液中的SO2会严重影响SO3的检测结果，而燃煤锅炉烟气中SO2浓度一般比SO3浓度高出近两个量级，因此异丙醇吸收法并不适于燃煤锅炉烟气的SO3检测。控制冷凝法实施时要保证烟尘过滤的有效性、采样装置保温的可靠性及烟气流量测量的准确性，SO3检测结果受人为操作误差的影响大。现行电力标准DL/T998-2006推荐采用的控制冷凝法在实施细节上存在较多易引起操作误差之处，如使用石英棉过滤、烟气取样位置伴热温度仅为150℃、未对烟气流量进行压力修正等，SO3检测结果存在较大的误差。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法，该系统及方法能够准确检测得到烟气中SO3的浓度。
为达到上述目的，本发明所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统包括加热取样枪、加热过滤器、电伴热管、冷凝管、恒温水浴箱、洗气瓶及真空泵，其中，冷凝管内设置有蛇形管，加热取样枪的枪头位于烟道内，加热取样枪的出口依次经加热过滤器及电伴热管与蛇形管的一端相连接，蛇形管的另一端与洗气瓶的入口相连通，洗气瓶的出口与真空泵的入口相连通，其中，洗气瓶与真空泵之间设置有湿式流量计及气压计，恒温水浴箱与冷凝管相连通。
蛇形管与洗气瓶之间设置有第一防倒吸瓶。
洗气瓶的出口经第二防倒吸瓶及干燥剂瓶与真空泵的入口相连通，且湿式流量计位于第二防倒吸瓶与干燥剂瓶之间，气压计用于测量湿式流量计入口处的烟气压力。
湿式流量计与干燥剂瓶之间设置有流量调节阀。
加热取样枪为双套筒不锈钢结构，伴热烟气取样枪的内壁与外壁之间设置有电加热器，通过所述电加热器使烟气中SO3气体的温度高于SO3气体的冷凝温度。
电伴热管的外壁上设置有绝热层，绝热层与电伴热管的外壁之间设置有电热管线层。
加热过滤器采用陶瓷多孔材料制备而成；
电伴热管通过聚四氟乙烯材料制备而成；
洗气瓶内放置有碱性洗液；
所述真空泵为真空隔膜泵，真空泵的泵头采用聚四氟乙烯材料制备而成。
本发明所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测方法包括以下步骤：
加热取样枪采集烟道内的烟气，所述烟气经加热过滤器及电伴热管进入到蛇形管内，并在蛇形管内与冷凝管中的恒温水进行换热，使烟气中的SO3气体冷凝并粘覆于蛇形管内，其中，恒温水浴箱内的恒温水进入到冷凝管内，冷凝管内的恒温水与蛇形管内的烟气进行换热后进入到恒温水浴箱中，使烟气的温度大于烟气的水露点且小于SO3气体的冷凝温度，蛇形管输出的烟气依次经第一防倒吸瓶、洗气瓶、第二防倒吸瓶及干燥剂瓶进入到真空泵中，通过湿式流量计实时检测第二防倒吸瓶出口处烟气的流量信息，通过气压计实时检测湿式流量计入口处烟气的压力信息；
通过清洗液清洗蛇形管内的SO3冷凝样本，得SO3检测液，通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，并记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量，然后根据消耗的NaOH标准滴定液的量及NaOH标准滴定液的浓度利用酸碱中和法计算烟气中SO3质量；
根据湿式流量计测量得到的烟气流量信息计算烟气的体积，然后根据烟气的温度及烟气的压力对计算得到的烟气体积进行修正，得标准状况下烟气的采样体积，然后根据标准状况下烟气的采样体积及烟气中SO3的质量计算烟气中SO3的浓度。
清洗液为浓度为5％的异丙醇溶液，其中，清洗液中添加有酸碱敏感型指示剂，酸碱敏感型指示剂为甲基红与溴甲酚绿的混合物；
通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，并记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量的具体过程为：通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，当SO3检测液的颜色由酒红色变为梁绿色时，则停止化学滴定，搅拌后静置，当SO3检测液的颜色变化时，则继续进行化学滴定，当SO3检测液的颜色不变化时，则记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量。
NaOH标准滴定液的浓度为0.1mol/L。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统及方法在具体操作时，通过加热取样枪进行烟气的取样，加热取样枪输出烟气经加热过滤器及电伴热管进入到蛇形管中，并在蛇形管内进行冷却，使烟气中的SO3气体冷凝，蛇形管输出的烟气经洗气瓶后通过气压计及湿式流量计测量烟气的流量及压力，从而实现燃煤锅炉烟气中SO3的采样，另外，本发明通过清洗液清洗蛇形管内的SO3冷凝样本，得SO3检测液，然后化学滴定测量计算烟气中SO3质量，同时根据烟气的压力、烟气的流量及蛇形管内烟气的温度计算标准状况下烟气的采样体积，最后根据标准状况下烟气的采样体积及烟气中SO3的质量计算烟气中SO3的浓度，检测方法较为简单，同时需要说明的是，本发明采用恒温水浴箱内的恒温水对蛇形管内的烟气进行冷却，因此烟气的温度较为容易控制，同时烟气在进入到蛇形管之前全程进行伴热，避免烟气中的SO3气体在传送过程中冷凝而增加检测的误差。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为加热取样枪、2为加热过滤器、3为电伴热管、4为冷凝管、5为恒温水浴箱、6为第一防倒吸瓶、7为洗气瓶、8为第二防倒吸瓶、9为湿式流量计、10为流量调节阀、11为干燥剂瓶、12为真空泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统包括加热取样枪1、加热过滤器2、电伴热管3、冷凝管4、恒温水浴箱5、洗气瓶7及真空泵12，其中，冷凝管4内设置有蛇形管，加热取样枪1的枪头位于烟道内，加热取样枪1的出口依次经加热过滤器2及电伴热管3与蛇形管的一端相连接，蛇形管的另一端与洗气瓶7的入口相连通，洗气瓶7的出口与真空泵12的入口相连通，其中，洗气瓶7与真空泵12之间设置有湿式流量计9及气压计，恒温水浴箱5与冷凝管4相连通。
蛇形管与洗气瓶7之间设置有第一防倒吸瓶6；洗气瓶7的出口经第二防倒吸瓶8及干燥剂瓶11与真空泵12的入口相连通，且湿式流量计9位于第二防倒吸瓶8与干燥剂瓶11之间，气压计用于测量湿式流量计9入口处的烟气压力；湿式流量计9与干燥剂瓶11之间设置有流量调节阀10。
加热取样枪1为双套筒不锈钢结构，伴热烟气取样枪的内壁与外壁之间设置有电加热器，通过所述电加热器使烟气中SO3气体的温度高于SO3气体的冷凝温度；电伴热管3的外壁上设置有绝热层，绝热层与电伴热管3的外壁之间设置有电热管线层。
加热过滤器2采用陶瓷多孔材料制备而成；电伴热管3通过聚四氟乙烯材料制备而成；洗气瓶7内放置有碱性洗液；所述真空泵12为真空隔膜泵，真空泵12的泵头采用聚四氟乙烯材料制备而成。
本发明所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测方法包括以下步骤：
加热取样枪1采集烟道内的烟气，所述烟气经加热过滤器2及电伴热管3进入到蛇形管内，并在蛇形管内与冷凝管4中的恒温水进行换热，使烟气中的SO3气体冷凝并粘覆于蛇形管内，其中，恒温水浴箱5内的恒温水进入到冷凝管4内，冷凝管4内的恒温水与蛇形管内的烟气进行换热后进入到恒温水浴箱5中，使烟气的温度大于烟气的水露点且小于SO3气体的冷凝温度，蛇形管输出的烟气依次经第一防倒吸瓶6、洗气瓶7、第二防倒吸瓶8及干燥剂瓶11进入到真空泵12中，通过湿式流量计9实时检测第二防倒吸瓶8出口处烟气的流量信息，通过气压计实时检测湿式流量计9入口处烟气的压力信息；
通过清洗液清洗蛇形管内的SO3冷凝样本，得SO3检测液，通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，并记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量，然后根据消耗的NaOH标准滴定液的量及NaOH标准滴定液的浓度利用酸碱中和法计算烟气中SO3质量；
根据湿式流量计9测量得到的烟气流量信息计算烟气的体积，然后根据烟气的温度及烟气的压力对计算得到的烟气体积进行修正，得标准状况下烟气的采样体积，然后根据标准状况下烟气的采样体积及烟气中SO3的质量计算烟气中SO3的浓度。
需要说明的是，清洗液为浓度为5％的异丙醇溶液，其中，清洗液中添加有酸碱敏感型指示剂，酸碱敏感型指示剂为甲基红与溴甲酚绿的混合物；
通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，并记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量的具体过程为：通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，当SO3检测液的颜色由酒红色变为梁绿色时，则停止化学滴定，搅拌后静置，当SO3检测液的颜色变化时，则继续进行化学滴定，当SO3检测液的颜色不变化时，则记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量，其中，NaOH标准滴定液的浓度为0.1mol/L。
通过加热取样枪1内的电加热器使烟气的温度高于SO3气体的冷凝温度，保证烟气在经过加热取样枪1时不冷凝。
恒温水浴箱5既可以把蛇形管整体温度恒定控制在烟气水露点以上及SO3冷凝温度以下以冷凝SO3气体，同时可以逐步提高蛇形管的整体温度直至SO3冷凝温度，以精确测量特定煤质净烟气环境下的SO3冷凝温度。
通过第一防倒吸瓶6及第二防倒吸瓶8防止洗气瓶7中的洗液在检测过程倒吸至蛇形管中而造成SO3采样失败。

Claims (10)

1.一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，其特征在于，包括加热取样枪(1)、加热过滤器(2)、电伴热管(3)、冷凝管(4)、恒温水浴箱(5)、洗气瓶(7)及真空泵(12)，其中，冷凝管(4)内设置有蛇形管，加热取样枪(1)的枪头位于烟道内，加热取样枪(1)的出口依次经加热过滤器(2)及电伴热管(3)与蛇形管的一端相连接，蛇形管的另一端与洗气瓶(7)的入口相连通，洗气瓶(7)的出口与真空泵(12)的入口相连通，其中，洗气瓶(7)与真空泵(12)之间设置有湿式流量计(9)及气压计，恒温水浴箱(5)与冷凝管(4)相连通。
2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，其特征在于，蛇形管与洗气瓶(7)之间设置有第一防倒吸瓶(6)。
3.根据权利要求2所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，其特征在于，洗气瓶(7)的出口经第二防倒吸瓶(8)及干燥剂瓶(11)与真空泵(12)的入口相连通，且湿式流量计(9)位于第二防倒吸瓶(8)与干燥剂瓶(11)之间，气压计用于测量湿式流量计(9)入口处的烟气压力。
4.根据权利要求3所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，其特征在于，湿式流量计(9)与干燥剂瓶(11)之间设置有流量调节阀(10)。
5.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，其特征在于，加热取样枪(1)为双套筒不锈钢结构，伴热烟气取样枪的内壁与外壁之间设置有电加热器，通过所述电加热器使烟气中SO3气体的温度高于SO3气体的冷凝温度。
6.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，其特征在于，电伴热管(3)的外壁上设置有绝热层，绝热层与电伴热管(3)的外壁之间设置有电热管线层。
7.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，其特征在于，加热过滤器(2)采用陶瓷多孔材料制备而成；
电伴热管(3)通过聚四氟乙烯材料制备而成；
洗气瓶(7)内放置有碱性洗液；
所述真空泵(12)为真空隔膜泵，真空泵(12)的泵头采用聚四氟乙烯材料制备而成。
8.一种燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测方法，其特征在于，基于权利要求3所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测系统，包括以下步骤：
加热取样枪(1)采集烟道内的烟气，所述烟气经加热过滤器(2)及电伴热管(3)进入到蛇形管内，并在蛇形管内与冷凝管(4)中的恒温水进行换热，使烟气中的SO3气体冷凝并粘覆于蛇形管内，其中，恒温水浴箱(5)内的恒温水进入到冷凝管(4)内，冷凝管(4)内的恒温水与蛇形管内的烟气进行换热后进入到恒温水浴箱(5)中，使烟气的温度大于烟气的水露点且小于SO3气体的冷凝温度，蛇形管输出的烟气依次经第一防倒吸瓶(6)、洗气瓶(7)、第二防倒吸瓶(8)及干燥剂瓶(11)进入到真空泵(12)中，通过湿式流量计(9)实时检测第二防倒吸瓶(8)出口处烟气的流量信息，通过气压计实时检测湿式流量计(9)入口处烟气的压力信息；
通过清洗液清洗蛇形管内的SO3冷凝样本，得SO3检测液，通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，并记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量，然后根据消耗的NaOH标准滴定液的量及NaOH标准滴定液的浓度利用酸碱中和法计算烟气中SO3质量；
根据湿式流量计(9)测量得到的烟气流量信息计算烟气的体积，然后根据烟气的温度及烟气的压力对计算得到的烟气体积进行修正，得标准状况下烟气的采样体积，然后根据标准状况下烟气的采样体积及烟气中SO3的质量计算烟气中SO3的浓度。
9.根据权利要求8所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测方法，其特征在于，清洗液为浓度为5％的异丙醇溶液，其中，清洗液中添加有酸碱敏感型指示剂，酸碱敏感型指示剂为甲基红与溴甲酚绿的混合物；
通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，并记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量的具体过程为：通过NaOH标准滴定液对SO3检测液进行化学滴定，当SO3检测液的颜色由酒红色变为梁绿色时，则停止化学滴定，搅拌后静置，当SO3检测液的颜色变化时，则继续进行化学滴定，当SO3检测液的颜色不变化时，则记录化学滴定过程中消耗的NaOH标准滴定液的量。
10.根据权利要求8所述的燃煤锅炉烟气中三氧化硫的采样和检测方法，其特征在于，NaOH标准滴定液的浓度为0.1mol/L。
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