CN111537327A - 一种冷干法在线分析样气处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种冷干法在线分析样气处理系统，包括通过样气管道连接的采样单元、样气处理单元和样气控制单元，所述样气处理单元包括除尘装置和除湿装置以及设置在所述除湿装置上游的磷酸引入单元，所述磷酸引入单元包括盛装磷酸的第一容器以及通过第一微量泵与所述第一容器连接的汽化装置，所述汽化装置连通所述样气管道。本发明通过在样气除湿之前设置磷酸引入单元，在样气管道中滴入磷酸，使得样气处于酸性环境中，有效抑制SO2等可溶于水的气体损失，进而使得后端气体分析仪的测量数据更真实、更准确。
Description
技术领域
本发明涉及烟气在线监测技术领域，特别是涉及一种冷干法在线分析样气处理系统。
背景技术
烟气在线监测分析系统(Continuous Emission Monitoring System)是指对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到监管部门的装置。在线监测分析系统需要长期连续稳定的检测分析，必须要连续取样和严格的样气处理技术，要求到达后端分析仪的样气快速传输且不失真，进入分析仪的样气能达到接近标准气般的高品质，保证分析仪在最短的滞后时间内得到具有代表性的样气，样品的状态(温度、压力、流量和清洁度)适合分析仪所需要的操作条件。可见，样气处理系统的技术在很大程度上影响在线监测分析系统长期连续运行的可靠性和安全性。
目前我国常用的CEMS系统是冷干法在线分析系统，即待测烟气在进入分析仪之前，通过系统除尘、除湿成为干燥、洁净的样气，也是我国环保法中所规定的“干基”测量。在冷干法样气处理系统的除湿过程中，会冷凝形成液态水，SO2等易溶于水的气体会溶于水使得检测值偏低甚至为零。另外，现有烟气分析仪在超低排放背景下普遍存在测量值易受粉尘和水汽干扰等共性问题。其中，超低排放是指采用多种污染物高效协同脱除集成系统技术，使得大气污染物排放浓度基本符合排放限值，即烟尘、SO2、NOX排放浓度(基准含氧量6％)分别不超过5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，且超低排放改造后的烟气还有湿度大的特点。因此，现有烟气分析仪在超低排放背景下，尤其受水汽干扰较为严重，如分析仪使用非分散红外吸收法时，SO2、NOX和水汽的吸收峰存在交叉重叠，尤其在低浓度情况下水汽对测量的影响将更加突出。
发明内容
本发明旨在解决上述技术问题，提供一种冷干法在线分析样气处理系统，旨在保证进入分析仪的样气品质的稳定性和准确性。
具体地，本发明提供的冷干法在线分析样气处理系统，包括通过样气管道连接的采样单元、样气处理单元和样气控制单元，所述样气处理单元包括除尘装置和除湿装置，所述样气处理单元还包括按照样气流动方向设置在所述除湿装置上游的磷酸引入单元，所述磷酸引入单元包括盛装磷酸的第一容器以及通过第一微量泵与所述第一容器连接的汽化装置，所述汽化装置连通所述样气管道。
进一步，所述第一容器内盛装的磷酸质量浓度为1％-10％，引入所述汽化装置的磷酸流量为50-100μL/min。
进一步，所述样气管道包括伴热管线和气体管道，所述伴热管线设置在所述采样单元与所述汽化装置之间。
进一步，所述除尘装置包括设置在样气处理系统不同位置处的第一过滤器、第二过滤器和第三过滤器。
进一步，按样气流动方向，所述第一过滤器设置在所述采样单元的上游，所述第二过滤器设置在所述汽化装置与所述除湿装置之间，所述第三过滤器设置在气体分析仪的上游且紧邻所述气体分析仪。
进一步，还包括连接所述样气管道的标准气配气装置，所述标准气配气装置接入所述样气管道的接入口设置在所述第三过滤器的上游。
进一步，所述除湿装置包括冷凝器和连接所述冷凝器的蠕动泵。
进一步，所述采样单元包括采样探头、采样泵以及连接采样头的反吹装置。
进一步，所述样气控制单元包括可调节流量的气体泵、监测所述样气管道压力的负压表以及样气温度监测装置，所述气体泵连接有调节阀。
进一步，所述磷酸引入单元还包括盛装水的第二容器和第二微量泵，所述第二容器通过第二微量泵连接所述汽化装置。
通过上述技术方案，本发明的有益效果在于：
1.本发明通过在样气除湿之前设置磷酸引入单元，在样气管道中滴入磷酸，使得样气处于酸性环境中，有效抑制SO2等可溶于水的气体损失。磷酸属于三元中强酸，酸性强于亚硫酸，通过磷酸在水中电离出的H+阻止SO2与水生成亚硫酸的反应，能有效抑制SO2损失；同时磷酸能吸收样气中的逃逸氨，生成磷酸铵，过量的磷酸依然可以保持样气的酸性环境，有效防止SO2与氨的反应生成亚硫氨，不会造成SO2的二次丢失，使得后端气体分析仪的测量数据更真实、更准确。
2.本发明将磷酸引入单元设置在伴热管线的下游且紧邻伴热管线设置，有利于汽化的磷酸与高温样气充分混合，进入后续的除湿单元。
3.本发明利用多级分离的除尘方式，多级过滤器合理设置在样气处理系统的不同位置处，并且过滤孔径逐级降低，使得样气处理系统的传输阻力减小，并能够保证过滤效果，有利于系统维护也提高了整个系统的可靠性和稳定性。
4.本发明还设计磷酸引入单元的结构，实现利用同一装置，根据不同样气流量和样气中气体浓度，来调节引入样气处理系统内的磷酸浓度和磷酸流量。
本发明的附加方面和其他优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例1的冷干法样气处理系统的结构示意图。
图2为本发明实施例2的冷干法样气处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
应该注意的是，本发明中使用的“第一”、“第二”等仅用于区分不同对象，而不意味着这些对象之间具有任何特定顺序关系。术语“包括”和“含有”及其派生词意为包括而非限制。除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供的样气处理系统从烟道8中采集样气，经样气处理系统处理后，输送至气体分析仪9。
实施例1
图1是本发明实施例1提供的冷干法样气处理系统的结构示意图。如图1所示，本发明提供的冷干法在线分析样气处理系统，包括通过样气管道4连接的采样单元1、样气处理单元和样气控制单元3，所述样气控制单元3配置为监测并控制所述样气处理系统的样气流量和样气温度；所述样气处理单元包括除尘装置2和除湿装置3，按样气流动方向，在所述除湿装置2上游设置磷酸引入单元5，所述磷酸引入单元5包括盛装磷酸的第一容器51以及通过第一微量泵52与所述第一容器51连接的汽化装置53，所述汽化装置53连通所述样气管道4。磷酸溶液由精密微量泵注入汽化装置，与传输至此的烟气混合，随之混有磷酸的热烟气传输到下游处理单元。在样气除湿之前在烟气管道中滴入磷酸，使烟气处于酸性环境中。磷酸属于三元中强酸，酸性强于亚硫酸，通过磷酸在水中电离出的H+阻止SO2与水生成亚硫酸的反应，能有效抑制SO2损失；同时磷酸能吸收烟气中的逃逸氨，生成磷酸铵(以磷酸一氨、磷酸二氨为主，在此环境中磷酸铵可以完全溶于酸液)，过量的磷酸依然可以保持烟气的酸性环境，有效防止SO2与氨的反应生成亚硫氨，不会造成SO2的二次丢失，可使测量数据更真实、更准确。气体管线传输流量可为1-2L/min，第一容器51中盛装的磷酸溶液的质量浓度可为2％-10％，磷酸加液量可为50-100μL/min。在本发明的一个具体实施例中，气体管线传输流量为2L/min，磷酸溶液的质量浓度为5％，磷酸滴定流量为60μL/min。
在本发明中，样气管道4包括伴热管线41和气体管道42，伴热管线41设置在采样单元1的下游且紧邻采样单元1设置。样气处理系统中其他装置之间采用普通气体管道42连接。为了防止在样气传输的过程中发生相变以及冷凝吸附，伴热管线41温度设置为120℃或以上，即超过烟气酸露点即可。在本发明的优选实施例中，汽化装置53设置在伴热管线41的下游且紧邻伴热管线41设置，如此设置汽化装置53汽化的磷酸更容易与来自伴热管线41的高温样气充分混合。
采样单元1包括采样探头11、采样泵(未示出)以及与所述采样探头11连接的反吹装置12，所述采样探头11的上游设置第一过滤器21，采样探头11为保温探头。在对烟道8中烟气进行取样时，采样探头容易被烟尘颗粒物堵塞，特别是当烟气含水量高时更容易堵塞，为了解决堵塞问题，在烟气采样探头的前端设置过滤器。并且，为了避免在取样时待测烟气在取样探头位置处发生冷凝，本发明的取样探头为加热保温探头，保温探头的温度在160℃左右，保温探头的温度可设置为比伴热管线的温度稍高，因为该位置是最先接触烟气的位置。前端设置有过滤器21的采样探头11是过滤烟气中颗粒物最重要的位置，也是过滤烟气中颗粒物最多的位置，长时间使用会有堵塞问题发生，所以需要使用高压气体对过滤器21进行反吹，可以使堵塞现象减至最低，反吹气体一般使用0.4-0.7MPa(60-100psi)干燥、洁净的仪表空气，反向空气(与烟气流动方向相反)吹扫采样探头11前端的过滤器21。反吹气体可予以加热，不可将采样探头冷却到酸性气体或其他气体能冷凝析出的温度。
样气处理单元的除尘装置2除了包括上述设置采样单元上游的第一过滤器21，还包括第二过滤器22和第三过滤器23。第二过滤器22设置在除湿装置3之前。优选地，第二过滤器22设置在汽化装置53和除湿装置3之间。第三过滤器23设置在样气处理系统的气体流向的末端，即设置在气体分析仪9的上游。第一过滤器21、第二过滤器22和第三过滤器23过滤颗粒物的粒径逐渐降低。本发明提供的样气处理系统采用多级分离的除尘方式，即分成三级除尘，采样单元前端的第一过滤器、除湿装置前端的第二过滤器和气体分析仪前端的第三过滤器，过滤孔径逐级降低，可以让样气处理系统的传输阻力减小，还能保证过滤效果，不仅利于系统维护也提高了系统的可靠性和稳定性。
样气处理单元的除湿装置3包括冷凝器31和连接冷凝器的蠕动泵32，烟气进入冷凝器31进行除湿，在冷凝器内烟气露点降至5℃以下，脱除烟气中大部分水，压缩除湿中产生的液态水通过蠕动泵32经由冷凝水出口33排除。
样气控制单元6包括气体泵61和样气流量、温度监测装置(未示出)。气体泵61包括与之连接的调节阀62，烟气排放连续监测中，被测烟道的压力通常为负压或者微正压，必须采用气体泵从烟道抽取烟气，向分析仪传输。被测烟道的压力通过负压表63监测。连接气体泵61的调节阀62目的是控制样气流量大小。
如图1所示，样气处理系统还包括用于校准气体分析仪9的标准气配气装置7，所述标准气配气装置7连通样气管道4。优选地，标准气配气装置7的接入口设置在第三过滤器23的上游，如此设置能够消除第三过滤器对样气的影响，使得到达气体分析仪的样气更加真实。
表1示出不同含水量的情况下未进行磷酸滴定和进行了磷酸滴定的SO2监测结果。
表1不同条件下SO2监测结果
实施例2
图2是本发明实施例2提供的冷干法样气处理系统的结构示意图。实施例2的样气处理系统与实施例1的样气处理系统结构类似。区别在于，该实施例中，磷酸引入单元5包括盛装基准磷酸的第一容器51以及通过第一微量泵52与所述第一容器51连接的汽化装置53，此外，磷酸引入单元5还包括盛装水的第二容器54和第二微量泵55，第二容器54通过第二微量泵55连接汽化装置53。该实施例的磷酸引入单元5能够实现根据样气处理系统中样气的流量、样气中SO2等气体浓度，向样气处理系统中滴加不同浓度的磷酸。例如，在后端气体分析仪测得的SO2浓度较高情况下，SO2损失较少，可采用低浓度的磷酸滴入系统，当后端分析仪测得的SO2浓度偏低时，SO2溶于水损失较多，可滴入相对高浓度的磷酸溶液。在该实施例中，气体管线传输流量为1-2L/min，第一容器51中盛装的基准磷酸溶液的质量浓度为10％，通过第二容器中蒸馏水的引入，加入汽化装置53中的磷酸溶液的质量浓度可调节的范围为1％-10％，磷酸加液量为50-100μL/min。
表2示出了，气体管线传输流量与加入汽化装置的磷酸溶液质量浓度以及磷酸加液量之间的最佳对应关系。
表2磷酸滴定量和烟气流量对应关系
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：包括通过样气管道(4)连接的采样单元(1)、样气处理单元和样气控制单元(6)，所述样气处理单元包括除尘装置(2)和除湿装置(3)，所述样气处理系统还包括按照样气流动方向设置在所述除湿装置(3)上游的磷酸引入单元(5)，所述磷酸引入单元(5)包括盛装磷酸的第一容器(51)以及通过第一微量泵(52)与所述第一容器(51)连接的汽化装置(53)，所述汽化装置(53)连通所述样气管道(4)。
2.根据权利要求1所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：所述第一容器内盛装的磷酸质量浓度为1％-10％，引入所述汽化装置的磷酸流量为50-100μL/min。
3.根据权利要求1所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：所述样气管道(4)包括伴热管线(41)和气体管道(42)，所述伴热管线设置在所述采样单元(1)与所述汽化装置(53)之间。
4.根据权利要求1所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：所述除尘装置(2)包括设置在样气处理系统不同位置处的第一过滤器(21)、第二过滤器(22)和第三过滤器(23)。
5.根据权利要求4所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：按样气流动方向，所述第一过滤器(21)设置在所述采样单元(1)的上游，所述第二过滤器(22)设置在所述汽化装置(53)与所述除湿装置(3)之间，所述第三过滤器(23)设置在气体分析仪(9)的上游且紧邻所述气体分析仪(9)。
6.根据权利要求5所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：还包括连接所述样气管道(4)的标准气配气装置(7)，所述标准气配气装置(7)连接所述样气管道的接入口设置在所述第三过滤器(23)的上游。
7.根据权利要求1所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：所述除湿装置(3)包括冷凝器(31)和连接所述冷凝器的蠕动泵(32)。
8.根据权利要求1所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：所述采样单元(1)包括采样探头(11)、采样泵以及连接采样头的反吹装置(12)。
9.根据权利要求1所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：所述样气控制单元(6)包括可调节流量的气体泵(61)、监测所述样气管道(4)压力的负压表(63)以及样气温度监测装置，所述气体泵(61)连接有调节阀(62)。
10.根据权利要求1所述的一种冷干法在线分析样气处理系统，其特征在于：所述磷酸引入单元(5)还包括盛装水的第二容器(54)和第二微量泵(55)，所述第二容器(54)通过第二微量泵(55)连接所述汽化装置(53)。
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