CN109603445B - 一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法，涉及烟气中含水蒸气时SO2气体测量技术领域。本发明为了解决针对烟气中水蒸气含量会对烟气成分测量准确性产生影响，现有方法不能解决对SO2吸附和溶解的问题。包括伴热带、采样管、N个干燥瓶、N‑1个中间管、输出管、干冰冷却装置、过滤器和SO2气体分析仪，N个干燥瓶分散置于干冰冷却装置内，N个干燥瓶通过N‑1个中间管连通在一起；伴热带缠绕在采样管的一端上。进入干冰冷却装置前采样管内的烟气由伴热带全程150～170℃伴热；含水蒸气的烟气经采样管后依次通入干冰冷却装置中的干燥瓶内，之后经过滤器进入烟气分析仪。快速脱除烟气中水蒸气，达到准确测量烟气中SO2的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种烟气中水蒸气脱除系统及方法，涉及烟气中含水蒸气时SO2气体测量技术领域。
背景技术
随着全球气候变暖，CO2减排势在必行，富氧燃烧技术是最有前景的CO2捕集技术。富氧燃烧过程中水蒸气的浓度要高于传统的燃烧方式，水蒸气存在时，对烟气成分测量的准确性将会产生很大影响，尤其是对易溶于水的SO2等气体的测量，影响明显。即使在煤和石油传统的燃烧方式下产生的烟气中也含有10％到15％的水蒸气，当采用烟气脱硫后更会增加烟气中的水蒸气含量[i]。
通常情况下，当气体中存在大量水蒸气时，会对在线测量产生诸多影响，具体表现为：1、水蒸气有很强的吸收红外辐射能力，它在2-7μm的波长范围内有21个吸收峰，是一种较难对付的干扰组分，红外法测量时，直接影响测量结果的精度，当所测气体中水蒸气含量超过10％时，会使CO2、NO、SO2等测量值存在较大误差；2、多量水存在时，若水蒸气在管道内冷凝，会使酸性气体(CO2，H2S，SO2)溶于水，形成相应酸性溶液，对管路腐蚀作用加剧；3、多量水存在时，若水蒸气在管道内冷凝，会使易溶于水的气体测量值偏低；4、水蒸气存在时，若采用气相色谱质谱测量，会使色谱柱中毒，影响检测结果[ii]。因此，为了保证在线仪器的正常运行和测量结果的准确性，需要对含水蒸气的烟气进行预脱水处理。
常见的脱除水蒸气的方法有水气分离器除水，干燥剂除水等，常用的干燥剂有无水氯化钙、硅胶、分子筛、高氯酸镁等，选用干燥剂时应注意不能与所测气体发生反应或吸附。硅胶、分子筛和无水氯化钙很容易吸附SO2，从而影响测量结果，高氯酸镁虽然能够干燥SO2，但其使用成本昂贵。且多数干燥剂在除水的过程中，水蒸气会液化积累，SO2易溶于水从而导致其测量值偏低，因此需要找到合适的方法对样气进行除水。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对烟气中水蒸气含量会对烟气成分测量准确性产生影响，现有除水方法不能很好地解决对SO2吸附和溶解的问题，进而提供了一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种烟气中水蒸气快速脱除系统，所述系统包括伴热带、采样管、N个干燥瓶、N-1个中间管、输出管、干冰冷却装置、过滤器和SO2气体分析仪，所述N个干燥瓶分散置于干冰冷却装置内，N个干燥瓶通过N-1个中间管连通在一起；伴热带缠绕在采样管的一端上，采样管的另一端插装在连通在一起的N个干燥瓶中的第一个干燥瓶内，连通在一起的N个干燥瓶中的最后一个干燥瓶与输出管连通；在输出管上安装有SO2气体分析仪，所述最后一个干燥瓶与SO2气体分析仪之间的输出管上还安装有过滤器。
N为大于或等于2的整数。其取值范围可以是2至10或更多，可取4、6、或8等。
进一步地，伸入干燥瓶内的内管，其伸入瓶内长度为瓶身高度1/2～3/4。
进一步地，所述干燥瓶当其容积为500ml，其直径为50mm，其总高260mm，其瓶身高200mm，伸入瓶内的内管体最粗处直径为22mm。
进一步地，采样管为316L钢制作的采样管，过滤器为316L钢制的过滤器。
进一步地，SO2气体分析仪采用傅里叶变换红外气体分析仪(FTIR)，测量误差为标定量程的±2％。
一种利用上述系统的烟气中水蒸气快速脱除方法，所述方法的实现过程为：
进入干冰冷却装置前采样管内的烟气由伴热带全程150℃～170℃伴热；
含水蒸气的烟气经采样管后依次通入干冰冷却装置中的干燥瓶内，之后经过滤器进入烟气分析仪。
进一步地，控制烟气的流量为1.5L/min～2.5L/min。
进一步地，进入干冰冷却装置前采样管内的烟气由伴热带全程160℃伴热。
进一步地，所述烟气中含有10％～15％(体积)的水蒸气。
本发明能够实现迅速脱水的基本原理：含有水蒸气的热烟气经干冰冷却装置，被迅速冷却下来。干冰熔点为-78℃，沸点为-57℃，干冰在升华的过程中会使周围的温度降低到-20℃。而SO2的沸点为-10℃，当气体中含有的SO2浓度较低时，其分压较低，沸点会相应降低。实验结果表明，干冰能够使烟气中的水蒸气迅速冷凝成固体，但不会使低浓度的SO2液化，从而能够快速脱除烟气中的水蒸气，进而实现对SO2的精确测量。同时，由于CO2、CO、CH4的沸点分别为-56.5℃、-191.5℃、-161.5℃，干冰对其含量均不会产生影响，其测量值也不会受到影响。
本发明具有以下有益技术效果：
如图2、图3所示，向系统中通入10％水蒸气和550ppm SO2标准气体混合气体，经过干冰快速冷却装置，SO2的总量没有发生变化；将煤样放在反应管中，通入氩气，产生的热解气分别经过干冰冷却和不经过干冰冷却，其SO2测得的总量误差较小，说明干冰在将水蒸气迅速冷却成冰的同时不会对SO2的测量产生影响，可见干冰快速冷却脱除水蒸气的方法可行。通过发明提出的“一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法”可以达到对含烟气中水蒸气快速脱除的效果，从而可以达到准确测量烟气中SO2的目的。含水蒸气的烟气经采样管后通入干冰冷却装置，之后经过滤器进入烟气分析仪。烟气进入干冰冷却装置前由伴热带全程160℃伴热，可防止水蒸气液化。本发明也适于实验室用。
附图说明
图1为本发明所述系统的结构示意图，
其中：1—采样管，2—干燥瓶，3—干冰，4—过滤器，5—SO2气体分析仪；
图2为在10％水蒸气含量下通入浓度为500ppm的SO2标准气体时，经干冰冷却与未经干冰冷却，傅里叶变换红外光谱气体分析仪(FTIR)检测的SO2浓度对比结果；
图3为500℃，不含水蒸气进行热解实验，经干冰冷却与未经干冰冷却，FTIR检测的SO2浓度对比结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做一步说明。需要指出的是，具体实施例只用于说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，而不代表本发明的实施方式仅局限于此。
如图1所示，一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法，包括采样管2，干冰快速冷却装置包括干燥瓶6和干冰冷却装置3，过滤器4和气体分析仪5；干燥瓶3为特制玻璃干燥瓶，其容积、内外管直径和长度均会对冷却效果产生影响。为使达到很好的冷却效果且不易堵塞，瓶身外径应尽量小，而内管直径应尽量大，且内管伸入瓶内长度对冷却效果也有影响，不可太长，也不可太短，长度约为瓶身高度1/2即可。当其容积为500ml，直径为50mm，总高260mm，瓶身高200mm，内管最粗处直径为22mm，气体流量为1.5L/min时，可实现较好的冷却效果。
实施例一：如图2，通入体积占比为10％的H2O和浓度为500ppm的SO2标准气体，用氩气进行平衡，用傅里叶变换红外光谱气体分析仪5进行在线实时监测，经干冰冷却后，水蒸气迅速凝华为冰，测得SO2浓度约为550ppm，折算掉因水的减少而对气体体积的影响后，SO2折算后浓度约也约为500ppm，没有因干冰的加入而受影响。
实施例二：如图3，在500℃时进行了热解实验，实验产生的热解气分别经干冰冷却和未经干冰冷却，用傅里叶变换红外光谱气体分析仪5进行在线实时监测，曲线代表实验过程中SO2产生的实时浓度，曲线最大值不同在于干冰冷却过程中增加了干燥瓶，气体存在置换现象，使最大值降低。曲线的积分值代表产生的SO2总量，四条曲线积分值分别为4853.015，4682.63，4309.195和4326.025，可见误差在允许的范围内。
本发明中援引的参考文献：
[1]樊保国,祁海鹰,由长福,徐旭常.烟气中的凝结水对SO2浓度测量的影响[J].燃烧科学与技术,2002(05):453-456.
[2]刘有法.也谈样气预处理除水[J].化工自动化及仪表,1984(05):52-54.
Claims (5)
1.一种利用烟气中水蒸气快速脱除系统的水蒸气快速脱除方法，所述一种烟气中水蒸气快速脱除系统包括伴热带（1）、采样管（2）、N个干燥瓶（6）、N-1个中间管（7）、输出管（8）、干冰冷却装置（3）、过滤器（4）和SO2气体分析仪（5），所述N个干燥瓶（6）分散置于干冰冷却装置（3）内，N个干燥瓶（6）通过N-1个中间管（7）连通在一起；伴热带（1）缠绕在采样管（2）的一端上，采样管（2）的另一端插装在连通在一起的N个干燥瓶（6）中的第一个干燥瓶（6）内，连通在一起的N个干燥瓶（6）中的最后一个干燥瓶（6） 与输出管（8）连通；在输出管（8）上安装有SO2气体分析仪（5），所述最后一个干燥瓶（6）与SO2气体分析仪（5）之间的输出管（8）上还安装有过滤器（4）；伸入干燥瓶（6）内的内管，其伸入瓶内长度为瓶身高度1/2~3/4；所述干燥瓶（6）当其容积为500ml，其直径为50mm，其总高260mm，其瓶身高200mm，伸入瓶内的内管体最粗处直径为22mm；N为大于或等于2的整数；
其特征在于，所述脱除方法的实现过程为：
进入干冰冷却装置（3）前采样管（2）内的烟气由伴热带全程150℃~170℃伴热；
经采样管（2）通入体积占比为10%的H2O和浓度为500ppm 的SO2标准气体，通入干冰冷却装置中的干燥瓶（6）内，通入氩气进行平衡，用SO2气体分析仪（5）进行在线实时监测，经干冰冷却后，水蒸气迅速凝华为冰，测得SO2浓度为550ppm，折算掉因水的减少而对气体体积的影响后，SO2折算后浓度为500 ppm。
2.根据权利要求1所述的一种利用烟气中水蒸气快速脱除系统的水蒸气快速脱除方法，其特征在于，采样管（2）为316L钢制作的采样管，过滤器（4）为316L钢制的过滤器。
3.根据权利要求1所述的一种利用烟气中水蒸气快速脱除系统的水蒸气快速脱除方法，其特征在于， SO2气体分析仪（5）采用傅里叶变换红外气体分析仪（FTIR），测量误差为标定量程的±2%。
4.根据权利要求1所述的一种利用烟气中水蒸气快速脱除系统的水蒸气快速脱除方法，其特征在于，控制烟气的流量为1.5L/min~2.5L/min。
5.根据权利要求1所述的一种利用烟气中水蒸气快速脱除系统的水蒸气快速脱除方法，其特征在于，进入干冰冷却装置（3）前采样管（2）内的烟气由伴热带全程160℃伴热。
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