CN113155920A - 一种烟气so3在线监测装置及方法 - Google Patents

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姚明宇
杨成龙
蔡铭
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郭中旭
程广文
杨嵩
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Abstract

本发明公开一种烟气SO3在线监测装置及方法，微通道反应器的烟气入口连接采样探头，微通道反应器的吸收液入口连接吸收液瓶和第一蠕动泵，其中微通道反应器可以提高对SO3的吸收效率，并且可以提高SO3测量精度；微通道反应器的输出端连接气液分离仓，气液分离仓输出端设置硫酸根电极用于检测，硫酸根电极测量吸收液内硫酸根浓度，相比化学反应再由吸光度测量硫酸根，响应快，结构简单，没有光学法的零点漂移、受环境温度影响等问题，气体流量检测系统可以实现对反应后烟气流量的监控，根据能量守恒定律，本发明可以达到实时在线监测烟气中的SO3。

Description

一种烟气SO3在线监测装置及方法
技术领域
本发明属于能源环保技术领域，具体涉及烟气中一种烟气SO3在线监测装置及方法。
背景技术
化石燃料的燃烧后造成的废气是大气污染物的重要来源，无论是工业锅炉还是电站锅炉，其排放的烟气中含有大量的有害气体以及细颗粒物。针对锅炉烟气中的污染物，现有环保设施可以很好地对SO2/NOx脱除，对于排放烟气严格检测，必须满足排放指标，数据引入CEMS实时监测。
然而烟气中含有少量的SO3一直未得到重视，其毒性是SO2的数十倍，也是PM2.5的前驱体之一，在现有环保设备中难以脱除，也不易检测。火电厂烟气中的SO3还会引发空气预热器堵塞、锅炉管道设备腐蚀，使电厂被迫停机，造成重大亏损。为了火电厂的安全稳定运行，急需对电厂烟气中的SO3排放浓度进行监测，这对预防空气预热器堵塞、烟气冷却器堵塞及管道腐蚀、控制火电厂SO3排放具有重要意义。
现有SO3测量方法都是离线监测法，即先采样，再对采集样品进行离线分析，只能对烟气中的SO3进行单次测量，不能长时间监测烟气SO3浓度，更无法配合相应技术有效地根据负荷变化对烟气中的SO3进行脱除。
发明内容
针对现有技术中存在不能长时间监测烟气中的SO3浓度，且无法有效根据负荷变化对烟气中的SO3进行脱除的问题，本发明提供一种烟气SO3在线监测装置及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种烟气SO3在线监测装置，包括采样枪、微通道反应器、气液分离仓和控制模块；微通道反应器的烟气入口连接采样枪输出端，微通道反应器的液体入口依次连接第一蠕动泵和吸收液瓶；微通道反应器的输出端与气液分离仓上部连通，且输出端与气液分离仓内壁相切设置；气液分离仓的液体出口设置硫酸根电极并连接第二蠕动泵的输入端，气液分离仓烟气出口连接气体流量检测系统；控制模块分别连接采样枪、第一蠕动泵、第二蠕动泵、硫酸根电极和气体流量检测系统。
进一步，微通道反应器和气液分离仓设置于半导体制冷器内部。
进一步，半导体制冷器保持5℃以下的恒温环境。
进一步，半导体制冷器外侧覆盖保温棉与保温壳，热端连接散热器，冷端接触微通道反应器导冷设置。
进一步，气体流量检测系统包括依次连接的干燥瓶、采样气泵和气体流量计。
进一步，微通道反应器为T型或Y型通道，微通道内径小于2mm，总长度小于3m。
进一步，吸收液瓶内吸收液为浓度不小于70％的异丙醇水溶液。
进一步，硫酸根电极采用非晶态Ni-P合金电极或PVC-POE液膜电极。
进一步，采样枪输出端设置过滤精度不大于5μm的过滤器。
一种烟气SO3在线监测方法，包括以下步骤：启动采样气泵抽气，原烟气经采样枪至微通道反应器，同时将微通道反应器环境温度控制在5℃以下；启动第一蠕动泵将吸收液瓶内液体抽入微通道反应器内，第一蠕动泵计算吸收液的液体流量为Ql，与原烟气反应吸收烟气中的SO3，反应后的烟气与吸收液在微通道反应器底部的气液分离仓内分离，烟气从顶部烟气出口排出，进入气体流量检测系统内测量烟气流量Qg；第二蠕动泵将反应后的吸收液排出的过程中，硫酸根电极测量吸收液的硫酸根离子浓度C，根据物质守恒定律，通过公式CSO3＝(Ql×C/Qg)80/96计算得到此时的烟气中的SO3浓度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种烟气SO3在线监测装置，微通道反应器的烟气入口连接采样探头，微通道反应器的吸收液入口连接吸收液瓶和第一蠕动泵，其中微通道反应器可以提高对SO3的吸收效率，并且可以提高SO3测量精度；微通道反应器的输出端连接气液分离仓，气液分离仓输出端设置硫酸根电极用于检测，硫酸根电极测量吸收液内硫酸根浓度，相比化学反应再由吸光度测量硫酸根，响应快，结构简单，没有光学法的零点漂移、受环境温度影响等问题，气体流量检测系统可以实现对反应后烟气流量的监控，根据能量守恒定律，本发明可以达到实时在线监测烟气中的SO3。
本发明一种烟气SO3在线监测方法，通过在微通道反应器反应后产生的烟气经气体流量检测系统干燥后的气体流量为Qg，吸收液经硫酸根电极反应后的浓度C，经第一蠕动泵的液体流量Ql，根据能量守恒定律即可计算得烟气中的SO3浓度；本方法，将烟气中的SO3转换为离子状态，配合硫酸根电极能长时间实时监测SO3浓度，同时配合微通道反应器比表面积大、传递速率高等特性还能有效的对烟气中的SO3进行脱除，碳酸根电极减少了响应时间，操作简单，测量精度高。
进一步，微通道反应器在半导体制冷器内部，半导体制冷器内保持5℃以下的恒温低温环境，可以提高SO3采样效果，不受环境温度影响，降低SO2对测量结果的影响，提高准确率。
附图说明
图1为本发明具体实施例中一种烟气SO3在线监测装置的示意图。
图中：1采样枪，2过滤器，3微通道反应器，4半导体制冷器，5第一蠕动泵，6第二蠕动泵，7吸收液瓶，8干燥瓶，9采样气泵，10气体流量计，11控制模块，12硫酸根电极，13气液分离仓。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
一种烟气SO3在线监测装置，如图1所示，包括采样枪1、微通道反应器3、气液分离仓13和控制模块11；微通道反应器3的烟气入口连接采样枪1输出端，通道反应器3的液体入口依次连接第一蠕动泵5和吸收液瓶7；微通道反应器3的输出端与气液分离仓1上部连通，且输出端与气液分离仓13内壁相切设置；
其中，微通道反应器3和气液分离仓13设置于半导体制冷器4的内部，并且微通道反应器3的水平高度高于气液分离仓13，便于微通道反应器3反应后产生的气体和液体进入气液分离仓13内部；同时半导体制冷器4总是保持5℃以下的恒温低温环境，可以提高SO3采样效果，不受环境温度影响，降低SO2对测量结果的影响，提高准确率。
采样枪1连接过滤器2，其中过滤器2采用陶瓷滤芯或其它等精度高强度滤芯，其过滤精度不大于5μm；微通道反应器3为T型或Y型通道，并且微通道内径小于2mm，总长度小于3m，微通道具有比表面积大，传递速率高和数增方法等特性，能够提高反应效率。吸收液瓶7内吸收液为浓度不小于70％的异丙醇水溶液。
气液分离仓13的液体出口设置有硫酸根电极12，并且连接第二蠕动泵6，烟气出口连接气体流量检测系统；控制模块11分别连接采样枪1、第一蠕动泵5、第二蠕动泵6、硫酸根电极12和气体流量检测系统，并控制启停；其中，硫酸根电极12采用非晶态Ni-P合金电极或PVC-POE液膜电极具有强度高和耐蚀性强的特点。
气体流量检测系统包括依次连接的干燥瓶8、采样气泵9和气体流量计10；半导体制冷器4外侧覆盖保温棉与保温壳，热端连接散热器，冷端接触微通道反应器3导冷设置，；
一种烟气SO3在线监测方法，通过控制模块11启动采样气泵9进行抽气，则原烟气经采样枪1至微通道反应器3，同时将微通道反应器3环境温度控制在5℃以下，即半导体制冷器4温度保持在5℃以下的恒温低温环境，可以提高SO3采样效果，不受环境温度影响，降低SO2对测量结果的影响，提高准确率；
通过控制模块11启动第一蠕动泵5将吸收液瓶7内吸收液抽入微通道反应器3内，且第一蠕动泵5计算经过的吸收液的液体流量为Ql，与原烟气反应后吸收烟气中的SO3，烟气与吸收液在微通道反应器3底部的气液分离仓13内分离，反应后的烟气从顶部烟气出口排出，进入干燥瓶8进行干燥，并在气体流量计10内测量烟气流量Qg；
通过控制模块11启动第二蠕动泵6将吸收液从半导体制冷器4底部排出，同时通过硫酸根电极12测量吸收液的硫酸根离子浓度C；根据质量守恒定律，其中气体流量计10内测量烟气流量Qg，第一蠕动泵5的液体流量Ql，硫酸根电极12测量吸收液的硫酸根离子浓度C，根据烟气中的SO3浓度计算公式CSO3＝(Ql×C/Qg)80/96计算得到此时的烟气中的SO3浓度。

Claims (10)

1.一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，包括采样枪(1)、微通道反应器(3)、气液分离仓(13)和控制模块(11)；
所述微通道反应器(3)的烟气入口连接采样枪(1)输出端，微通道反应器(3)的液体入口依次连接第一蠕动泵(5)和吸收液瓶(7)；微通道反应器(3)的输出端与气液分离仓(13)上部连通，且输出端与气液分离仓(13)内壁相切设置；
所述气液分离仓(13)的液体出口设置硫酸根电极(12)并连接第二蠕动泵(6)的输入端，气液分离仓(13)烟气出口连接气体流量检测系统；
所述控制模块(11)分别连接采样枪(1)、第一蠕动泵(5)、第二蠕动泵(6)、硫酸根电极(12)和气体流量检测系统。
2.根据权利要求1所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述微通道反应器(3)和气液分离仓(13)设置于半导体制冷器(4)内部。
3.根据权利要求2所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述半导体制冷器(4)保持5℃以下的恒温环境。
4.根据权利要求2所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述半导体制冷器(4)外侧覆盖保温棉与保温壳，热端连接散热器，冷端接触微通道反应器(3)导冷设置。
5.根据权利要求1所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述气体流量检测系统包括依次连接的干燥瓶(8)、采样气泵(9)和气体流量计(10)。
6.根据权利要求1所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述微通道反应器(3)为T型或Y型通道，微通道内径小于2mm，总长度小于3m。
7.根据权利要求1所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述吸收液瓶(7)内吸收液为浓度不小于70％的异丙醇水溶液。
8.根据权利要求1所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述硫酸根电极(12)采用非晶态Ni-P合金电极或PVC-POE液膜电极。
9.根据权利要求1所述一种烟气SO3在线监测装置，其特征在于，所述采样枪(1)输出端设置过滤精度不大于5μm的过滤器(2)。
10.一种烟气SO3在线监测方法，其特征在于，基于权利要求1-9所述任意一种烟气SO3在线监测装置，包括以下步骤：
启动采样气泵(9)抽气，原烟气经采样枪(1)至微通道反应器(3)，同时将微通道反应器(3)环境温度控制在5℃以下；
启动第一蠕动泵(5)将吸收液瓶(7)内液体抽入微通道反应器(3)内，第一蠕动泵(5)计算吸收液的液体流量为Ql，与原烟气反应吸收烟气中的SO3，反应后的烟气与吸收液在微通道反应器(3)底部的气液分离仓(13)内分离，烟气从顶部烟气出口排出，进入气体流量检测系统内测量烟气流量Qg；
第二蠕动泵(6)将反应后的吸收液排出的过程中，硫酸根电极(12)测量吸收液的硫酸根离子浓度C，根据物质守恒定律，通过公式CSO3＝(Ql×C/Qg)80/96计算得到此时的烟气中的SO3浓度。
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