CN110398398A - 一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统与方法，包括了采样头、伴热管线、加热过滤器、冷凝管、水汽分离瓶、干冲击瓶、滤膜夹、吸收瓶组件、两级汽水分离器、烟尘采样仪、S型皮托管及其配套微压传感器；采样头和部分伴热管线伸入烟道，加热过滤器中放置有玻璃纤维或聚四氟乙烯滤筒/滤膜；过滤器出口连接冷凝管入口，烟气经过冷凝管后依次通过水汽分离瓶、干冲击瓶和滤膜夹进入吸收瓶组件；吸收瓶组件出口经过两级汽水分离器后与烟尘采样仪相连通；该系统将氨排放的测量范围从气态氨排放扩大至总氨排放；同时实现在高湿烟气条件下对烟气中存在的不同形态的氨进行分类采样，详细了解氨排放的特点和组成，并具有采样稳定，实用性强等特点。

Description

一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统与方法

技术领域

本发明涉及一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统与方法，属于烟气污染物排放监测技术领域。

背景技术

氨是一种常见的大气污染物，会对人和动物的皮肤，眼睛，以及呼吸器官的粘膜早场灼伤，过度吸入甚至造成死亡。随着近年来我国农业，化工行业的飞速发展，铵类化工产品需求突增，合成氨工业迅猛发展，同时含氨废气排放也急剧增加。

对于氨排放浓度的准确测量，是控制减低氨排放的基础。目前氨排放浓度测试的方法可分为在线检测技术和离线分析测试两种。在线监测技术多采用激光法，但由于测量探头需要长时间暴露在工业现场较为恶劣的环境条件下，面临温度湿度变化，高粉尘环境等考验，同时测点所处位置相对单一，其选取是否具有代表性，都影响了氨排放浓度检测的准确性和可靠性。而离线氨浓度分析技术主要采用化学吸收法，相关标准有美国的EPAmethod CTM 027和中国DL/T260-2012《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》，采用稀硫酸吸收烟气中的氨，此方法通常具有很高的准确度，因此广泛应用于工业现场的测试。

但上述的离线测试方法的应用尚有一些局限性。根据烟气环境和排放环境的不同，氨排放可能存在多种状态：烟气中一部分氨附着在飞灰上或本身以固态铵盐形式存在，当烟气中含有液滴，氨还可能以含氨液滴形式存在；当温度较高的高湿烟气被排放到温度和湿度都较低的环境中，烟气中的水汽会产生快速冷凝形成雾滴，烟气中部分游离的气态氨与雾滴会形成新的含氨液滴；当排放到环境中，烟气中仍含有一定量以气态形式存在的游离氨。上述测试方法中，为了防止烟尘进入采集的烟气，要求在烟气采集管的前端填充石英棉等过滤材料，这样采集到的氨仅为气态氨，而上述以其他形态存在的氨排放全部被忽略，得到的测量结果远低于实际的排放量。因此，需要开发一种可适用于高湿烟气环境的氨排放浓度测试采样系统，可以实现对上述几种氨排放的形式进行分类采样，从而详细了解不同装置在不同的生产条件下产生氨排放的特点和组成，以便有针对性地减少氨排放。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统与方法，其克服了上述现有技术的缺点，将氨排放的测量范围从气态氨排放扩大至总氨排放；同时实现在高湿烟气条件下对烟气中存在的不同形态的氨进行分类采样，详细了解氨排放的特点和组成。

技术方案：为达到上述目的，本发明提供了一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统，所述采样系统包括采样头、伴热管线、过滤器、与过滤器配套的加热器、冷凝管、恒温循环水浴装置、水汽分离瓶、干冲击瓶、滤膜夹、冰水浴装置、吸收瓶组件、第一级汽水分离器、第二级汽水分离器、带有微压传感器的烟尘采样仪和S型皮托管；

所述采样头、伴热管线、过滤器、冷凝管、水汽分离瓶、干冲击瓶、滤膜夹、吸收瓶组件、第一级汽水分离器、第二级汽水分离器和烟尘采样仪通过管路顺次连通；所述过滤器设于加热器内，且过滤器内装有滤筒或滤膜，所述水汽分离瓶和干冲击瓶的瓶身浸没在恒温循环水浴装置中；所述吸收瓶组件由一级吸收瓶和二级吸收瓶串联而成，且吸收瓶的瓶身均浸没在冰水浴中；所述滤膜夹内放置玻璃纤维或聚四氟乙烯材料的滤膜；所述S型皮托管的一端与微压传感器连接。

进一步，所述一级吸收瓶和二级吸收瓶的瓶内均装有氨气吸收液。

进一步，所述滤筒或滤膜的材质为玻璃纤维或聚四氟乙烯。

本发明还提供了一种上述的系统的分类采样方法，包括如下步骤：

步骤一、将S型皮托管的入口端、采样头和部分伴热管线穿过待测烟道的管壁，并置于烟道内，采样头和S型皮托管入口在烟道内正对烟气流动方向；然后打开伴热管线和加热器，加热至与烟道内烟气相同温度或更高温度；接着打开烟尘采样仪，开始等速抽取烟道中的高温烟气，高温烟气依次通过采样头、伴热管线、过滤器、冷凝管、水汽分离瓶、干冲击瓶、滤膜夹、吸收瓶组件、第一汽水分离器和第二汽水分离器，最终进入烟尘采样仪，实现本系统对高湿烟气中全形态氨排放的分类采样；

步骤二、完成步骤一的分类采样后用无氨水冲洗采样头、伴热管线和过滤器的前端，并用无氨水震荡溶解过滤器中滤筒/滤膜上捕集的氨，合并定容得到含氨溶液；用无氨水冲洗冷凝管、水汽分离瓶和干冲击瓶，并用无氨水震荡溶解滤膜夹中的滤膜，合并定容得到含氨溶液；另取氨气吸收液冲洗从滤膜夹后端到吸收瓶组件之间的管路，与吸收瓶组件内的氨气吸收液合并定容得到含氨溶液；分别测量三份溶液中的氨浓度，结合烟尘采样仪的烟气采样体积，可分别计算得到高湿烟气中气溶胶态氨排放浓度、可凝结氨排放浓度、以及气态氨排放浓度。

进一步，所述烟道内烟气温度高于环境温度。

进一步，所述烟道内烟气温度不高于环境温度时，无需对烟气进行降温冷凝处理，可关闭伴热管线和加热器，并拆除冷凝管、水汽分离瓶、干冲击瓶和滤膜夹，将吸收瓶组件入口与过滤器的出口直接相连，采样对象为可过滤氨和游离气态氨。

有益效果：采用本发明分类采样系统对高湿烟气中氨排放浓度进行采样测量时，首先加热过滤装置中的滤筒/滤膜会对烟气中固/液态含氨污染物进行过滤捕集，后续的冷凝管，水汽分离瓶，干冲击瓶，以及滤膜夹中的滤膜，可对在烟气降温过程中产生的新的固/液态含氨污染物进行收集，最后吸收瓶组件可对烟气中的气态游离氨进行吸收，将氨排放的测量范围从气态氨排放扩大至总氨排放。同时实现在高湿烟气条件下对烟气中存在的不同形态的氨进行分类采样，详细了解氨排放的特点和组成。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

其中1为采样头，2为伴热管线，3为S型皮托管，4为加热过滤器，5为过滤组件，6为冷凝管，7为恒温循环水浴装置，8为水汽分离瓶，9为干冲击瓶，10为滤膜夹，11为冰水浴装置，12为两级吸收瓶，13为第一级汽水分离器，14为第二级汽水分离器，15为微压传感器，16为烟尘采样仪，17为待测烟道。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明作详细说明。

实施例1

本发明提供了一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统，所述采样系统包括采样头1、伴热管线2、过滤器5、与过滤器5配套的加热器4、冷凝管6、恒温循环水浴装置7、水汽分离瓶8、干冲击瓶9、滤膜夹10、冰水浴装置11、吸收瓶组件12、第一级汽水分离器13、第二级汽水分离器14、带有微压传感器15的烟尘采样仪16和S型皮托管3；

所述采样头1、伴热管线2、过滤器5、冷凝管6、水汽分离瓶8、干冲击瓶9、滤膜夹10、吸收瓶组件12、第一级汽水分离器13、第二级汽水分离器14和烟尘采样仪16通过管路顺次连通；所述过滤器5设于加热器4内，且过滤器5内装有玻璃纤维或聚四氟乙烯材质的滤筒/滤膜，所述水汽分离瓶8和干冲击瓶9的瓶身浸没在恒温循环水浴装置7中；所述吸收瓶组件12由一级吸收瓶和二级吸收瓶串联而成，且吸收瓶的瓶身均浸没在冰水浴11中以保证较低且稳定的环境温度，冰水浴装置也用于为冷凝管6提供循环冷凝水；所述滤膜夹10内放置玻璃纤维或聚四氟乙烯材料的滤膜；所述S型皮托管3的一端与微压传感器15连接。所述冷凝管中循环水温度保持足够低，以保证将管线中的烟气温度降低至环境温度或以下；第一级汽水分离器13为空瓶，第二级汽水分离器14可装有变色硅胶等吸水材料。一级吸收瓶和二级吸收瓶的瓶内均装有用于吸收气态氨的氨气吸收液（可为但不限于稀硫酸），用来吸收气态氨排放。

本发明的分类采样系统分为三部分：1）原始高湿烟气中现存附着氨的飞灰及含氨液滴采集部分（1,2,4,5）；2）随温度下降而形成的新的含氨液滴等气溶胶捕集系统（6-10）；3）冷却烟气中依然存在的游离氨吸收组件（11,12）。具体采样过程如下：

步骤一、将S型皮托管3的入口端、采样头1和部分伴热管线2穿过待测烟道17的管壁，并置于烟道内，采样头1和S型皮托管3入口在烟道内正对烟气流动方向；然后打开伴热管线2和加热器4，伴热管线2和加热器4以足够高的功率加热到与烟道内烟气相同温度或更高温度防止烟气经过时冷凝；接着打开烟尘采样仪16，开始等速抽取烟道中的高温烟气（通过皮托管3测量烟道内烟气的压力变化，微压传感器15将获得的压力信息传递至烟尘采样仪16内部进行处理转化为烟气流速变化，根据烟气流速变化自动调节采样泵16的烟气采样速度，可实现对烟气的等速采样。），高温烟气依次通过采样头1、伴热管线2、过滤器5、冷凝管6、水汽分离瓶8、干冲击瓶9、滤膜夹10、吸收瓶组件12、第一汽水分离器13和第二汽水分离器14，其中，过滤器5过滤捕集原始烟气中现存的含氨颗粒物或液滴；冷凝管6将烟气温度降低至环境温度或以下，降温过程中新产生的含氨液滴被收集在冷凝管6中、水汽分离瓶8中、干冲击瓶9中以及滤膜夹10中的滤膜上；此时低温烟气中仍存在的气态游离氨可被吸收瓶组件12吸收；其后烟气依次经过两级汽水分离器13和14，最终进入烟尘采样仪16，实现本系统对高湿烟气中全形态氨排放的分类采样；

步骤二、上述过滤器5中的滤膜/滤筒对原始烟气中附着氨的飞灰和含氨液滴等气溶胶进行第一次捕集采样；冷凝管6、水汽分离瓶8、干冲击瓶9和滤膜夹10协同对冷却烟气中凝结形成的含氨雾滴进行第二次捕集采样；吸收瓶组件12对冷却烟气中剩余的游离气态氨进行吸收，进行第三次捕集采样。以上过程实现了本系统与方法对高湿烟气中氨排放的三次分类采样。因此分类采样后，用无氨水冲洗采样头1、伴热管线2和过滤器5的前端，并用无氨水震荡溶解过滤器5中滤筒/滤膜上捕集的氨，合并定容得到含氨溶液1；用无氨水冲洗冷凝管6、水汽分离瓶8和干冲击瓶9，并用无氨水震荡溶解滤膜夹10中的滤膜，合并定容得到含氨溶液2；另取氨气吸收液冲洗从滤膜夹10后端到吸收瓶组件12之间的管路，与吸收瓶组件内的氨气吸收液合并定容得到含氨溶液3；含氨溶液1、2、3即为本系统与方法对高湿烟气中氨排放的分类采样中分别获得的样品，分别对应烟气排放时以气溶胶形式存在的可过滤氨、烟气温度降低后凝结形成的可凝结氨、以及在低温烟气中存在的游离气态氨。分别测量含氨溶液1-3中的氨浓度，结合烟尘采样仪16的烟气采样体积，可分别计算得到高湿烟气中气溶胶态氨排放浓度、可凝结氨排放浓度、以及气态氨排放浓度。

本发明提供的系统不仅能适用于高湿烟气中氨排放的分类采样，也适用于低温烟气，例如当遇到烟道内烟气温度不高于环境温度时，无需对烟气进行降温冷凝处理，可关闭伴热管线2和加热器4，并拆除冷凝管6、水汽分离瓶8、干冲击瓶9和滤膜夹10，将吸收瓶组件12入口与过滤器5的出口直接相连，采样对象仅为可过滤氨和游离气态氨。

上面结合附图对本发明进行了简单描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统，其特征在于：所述采样系统包括采样头(1)、伴热管线(2)、过滤器(5)、与过滤器(5)配套的加热器(4）、冷凝管(6)、恒温循环水浴装置(7)、水汽分离瓶(8)、干冲击瓶(9)、滤膜夹(10)、冰水浴装置(11)、吸收瓶组件(12)、第一级汽水分离器(13）、第二级汽水分离器(14)、带有微压传感器(15)的烟尘采样仪(16)和S型皮托管(3)；

所述采样头(1)、伴热管线(2)、过滤器(5)、冷凝管(6)、水汽分离瓶(8)、干冲击瓶(9)、滤膜夹(10)、吸收瓶组件(12)、第一级汽水分离器(13）、第二级汽水分离器(14)和烟尘采样仪(16)通过管路顺次连通；所述过滤器(5)设于加热器(4）内，且过滤器(5)内装有滤筒或滤膜，所述水汽分离瓶(8)和干冲击瓶(9)的瓶身浸没在恒温循环水浴装置(7)中；所述吸收瓶组件(12)由一级吸收瓶和二级吸收瓶串联而成，且吸收瓶的瓶身均浸没在冰水浴(11)中；所述滤膜夹(10)内放置玻璃纤维或聚四氟乙烯材料的滤膜；所述S型皮托管(3)的一端与微压传感器(15)连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统，其特征在于：所述一级吸收瓶和二级吸收瓶的瓶内均装有氨气吸收液。

3.根据权利要求1所述的一种适用于高湿烟气中氨排放的分类采样系统，其特征在于：所述滤筒或滤膜的材质为玻璃纤维或聚四氟乙烯。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统的分类采样方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将S型皮托管（3）的入口端、采样头(1)和部分伴热管线(2)穿过待测烟道的管壁，并置于烟道内，采样头(1)和S型皮托管（3）入口在烟道内正对烟气流动方向；然后打开伴热管线(2)和加热器（4），加热至与烟道内烟气相同温度或更高温度；接着打开烟尘采样仪(16)，开始等速抽取烟道中的高温烟气，高温烟气依次通过采样头(1)、伴热管线(2)、过滤器(5)、冷凝管(6)、水汽分离瓶(8)、干冲击瓶(9)、滤膜夹(10)、吸收瓶组件(12)、第一汽水分离器(13）和第二汽水分离器(14)，最终进入烟尘采样仪(16)，实现本系统对高湿烟气中全形态氨排放的分类采样；

步骤二、完成步骤一的分类采样后用无氨水冲洗采样头（1）、伴热管线(2)和过滤器（5）的前端，并用无氨水震荡溶解过滤器（5）中滤筒/滤膜上捕集的氨，合并定容得到含氨溶液1；用无氨水冲洗冷凝管（6）、水汽分离瓶（8）和干冲击瓶（9），并用无氨水震荡溶解滤膜夹（10）中的滤膜，合并定容得到含氨溶液2；另取氨气吸收液冲洗从滤膜夹（10）后端到吸收瓶组件（12）之间的管路，再与吸收瓶组件内的氨气吸收液合并定容得到含氨溶液3；分别测量三份溶液中的氨浓度，结合烟尘采样仪（16）的烟气采样体积，可分别计算得到高湿烟气中气溶胶态氨排放浓度、可凝结氨排放浓度、以及气态氨排放浓度。

5.根据权利要求4所述的分类采样方法，其特征在于：所述烟道内烟气温度高于环境温度。