CN115979996A - 一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置及方法，提高在线监测的准确可靠性。主要包括气罐、流量计、采样气路、高温炉、催化室、激光器、气体分析池、光电探测器、水浴冷却装置、真空泵、数据采集分析模块。打开真空泵，通入氮气完成激光三氧化硫浓度在线监测系统的零气标定；通入二氧化硫与空气的混合气体，在钒触媒的作用下，在高温环境中生成三氧化硫气体，经过气池，记录光学特征值，然后在水浴冷却装置收集三氧化硫，以国标控制冷凝三氧化硫离线测试结果为参考依据，完成监测系统的两点标定。标定过程中气体分析池与水浴冷却装置串联，确保三氧化硫通量完全一致。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤烟气污染物监测技术领域，尤其涉及一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置及方法。
背景技术
燃煤电厂以及工业锅炉的排放烟气中常含有三氧化硫（SO3），一方面是来自矿物燃料燃烧生成的硫氧化物进一步氧化，从而形成SO3，遇水形成硫酸（H2SO4），当烟气温度降至酸露点以下时，H2SO4会粘附在管道壁上，造成低温腐蚀，若排放到大气中，则造成酸雨等环境污染；另一方面大多数电厂配备的选择性还原（SCR）脱硝系统，在这些系统的催化剂上，可能存在额外的二氧化硫（SO2）氧化为SO3的情况，由于氮氧化物的还原产物氨的存在，这些SO3就会形成硫酸铵和硫酸氢铵盐，其直径在几微米左右，从而导致PM10的排放，同时也会污染催化剂的微孔结构，限制反应活性。因此，准确监控工业烟气中的SO3浓度，对于燃煤电厂等工业生产活动中的烟道腐蚀防治和控制SO3排放有重要意义。
如今SO3主要检测方法有控制冷凝法、异丙醇吸收法、盐吸收法、吸收光谱法等。在线测量方法主要基于异丙醇吸收的在线监测法和激光吸收光谱法等。不同方法具有不同的检测原理及优缺点。离线测试方式，具有测量周期长，测量结果无法实时反映烟气特性，检测设备和流程较为复杂，人为误差较大等缺陷。基于吸收光谱法的在线监测系统则需要稳定浓度的SO3气体对仪器量程进行标定。因此，目前亟需一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置及方法。
在公布号为 CN211825963U 的文献中公开了一种SO3标准物质发生及在线分析仪的标定系统，涉及烟气监测技术领域，该系统包括气罐，气罐与反应装置通过管线连接且此管线上设有流量计，气罐还与采样装置通过管线连接，所述的反应装置外设有控温装置，反应装置与采样装置通过管线连接，采样装置外设有控温装置，采样装置与分析仪及水浴冷却装置连接，所述的水浴冷却装置与实验室分析装置连接。此专利发生部分通过四个气瓶和转子流量计进行配气，然后进入反应装置，易引入人为误差，同时实验室分析装置与在线分析仪并联，无法保证两者气体流量和浓度一致，并且上述专利没有明确适用便携式在线仪器原理，无法满足激光吸收光谱法测量保持负压的要求。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的需求，提供一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置及方法。SO3常温下呈液态，标准状况下呈固态，无法通过气罐保存稳定浓度的标准气体。激光吸收光谱法能够实现在线测量，不影响气体化学性质，但常用三氧化硫吸收谱线常压下受临近水的吸收谱线干扰，因此需要在负压环境下测量。本发明通过稳定的SO3发生装置、水浴冷却装置和真空泵等装置，实现对激光三氧化硫浓度在线监测系统的标定，并且能够通过三通阀快速切换至采样工作状态。
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置及方法，提高在线监测的准确可靠性。
本发明的主要技术方案：激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置，主要包括氮气气罐和混合气体气罐，氮气气罐通过三通阀联接气体分析装置，混合气罐联接三氧化硫发生装置通过三通阀联接采样气路和气体分析装置；所述气体分析装置包括激光器、气体分析池、光电探测器和数据采集分析模块；所述三氧化硫发生装置包括流量计、高温炉和催化室；所述气体分析池联接水浴冷却装置和真空泵。
本发明还提供了采用激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法：采用上述装置，进行如下操作：零气标定、量程标定及标定功能切换；所述零气标定使用氮气气罐，量程标定使用二氧化硫和干燥空气的标准混合气体气罐，高温下催化生成三氧化硫气体。
一般地，所述氮气气罐采用99.999%的高纯氮气，混合气体气罐采用指定浓度的SO2和干燥空气标准混合气体。
所述量程标定时，切换三通阀，使气体分析池、水浴冷却装置和真空泵串联。
所述标定完成后，切换三通阀，使采样气路、气体分析池和真空泵串联。
所述的催化室填充钒触媒（含五氧化二钒），内置于高温炉中，温度设置为500℃，生成后的气体通入气体分析池中，整个气路通过伴热带进行保温，温度设置为220℃。
所述的激光器选择为中红外波段量子级联激光器，激光波段范围在7.323微米附近，光电探测器响应波段配套。
所述的数据采集分析模块包括信号发生器、数据采集卡及计算机，信号发生器输出特定波形的电压信号对激光器进行调制，数据采集卡对光电探测器的模拟信号进行采集，通过计算机对数据在线分析，通过朗伯比尔定律得到包含气体浓度信息的光学特征值。
所述的水浴冷却装置，在量程标定时与气体分析池串联，以国标控制冷凝离线测试结果为参考依据，完成系统量程浓度标定。
所述零气标定，启动气体分析池，打开氮气气罐，通入气体分析池，通过激光器、光电探测器和数据采集分析模块完成零气标定，优选启动气体分析池保持温度为220℃。
所述量程标定，启动高温炉，启动气体分析池（，打开混合气体气罐，气体经催化室反应，通入气体分析池，激光器、光电探测器和数据采集分析模块完成光学特征值采集，通过水浴冷却装置完成三氧化硫冷凝，以国标控制冷凝离线测试结果为参考依据，完成系统量程浓度标定，优选启动高温炉保持温度为500℃，启动气体分析池保持温度为220℃。
所述完成标定后，切换三通阀，可通过采样气路进行三氧化硫浓度在线监测。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明使用指定浓度的SO2和干燥空气标准混合气体来反应生成SO3气体，无需在标定时配气，保证产出浓度稳定性。量程标定时水浴冷却装置与气体分析池串联，保证SO3气体通量一致，同时真空泵维持负压环境，有效降低气体的凝结点，使SO3气体在水浴冷却装置内部充分凝结，保证标定过程的准确可靠性。本发明装置及方法在为激光三氧化硫浓度在线监测系统提供标定的同时，能够便捷切换到采样分析状态，适用于系统定期标定。
附图说明
图1为本发明实例中所叙述的激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置结构示意图。
图中：1—氮气气罐，2—混合气体气罐， 3—流量计，4—采样气路，5—高温炉，6—催化室，7—激光器，8—气体分析池，9—光电探测器，10—水浴冷却装置，11—真空泵，12—数据采集分析模块。
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，需要说明的是，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
实施例
一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置参考附图1，主要包括氮气气罐（1）、混合气体气罐（2）、流量计（3）、采样气路（4）、高温炉（5）、催化室（6）、激光器（7）、气体分析池（8）、光电探测器（9）、水浴冷却装置（10）、真空泵（11）和数据采集分析模块（12）。
实施例中，氮气气罐（1）通过三通阀联接气体分析装置，混合气体气罐（2）联接三氧化硫发生装置通过三通阀联接采样气路（4）和气体分析装置；气体分析装置包括激光器（7）、气体分析池（8）、光电探测器（9）和数据采集分析模块（12）；三氧化硫发生装置包括流量计（3）、高温炉（5）和催化室（6）；气体分析池（8）联接水浴冷却装置（10）和真空泵（11）。
实施例中，氮气气罐（1）采用99.999%的高纯氮气，混合气体气罐（2）采用指定浓度的SO2和干燥空气标准混合气体。
实施例中，催化室（6）填充钒触媒（含五氧化二钒），内置于高温炉（5）中，温度设置为500℃，生成后的气体通入气体分析池中，整个气路通过伴热带进行保温，温度设置为220℃。
实施例中，激光器（7）选择为中红外波段量子级联激光器，激光波段范围在7.323微米附近，光电探测器响应波段配套。
实施例中，数据采集分析模块（12）包括信号发生器、数据采集卡及计算机，信号发生器输出特定波形的电压信号对激光器进行调制，数据采集卡对光电探测器的模拟信号进行采集，通过计算机对数据在线分析，通过朗伯比尔定律得到包含气体浓度信息的光学特征值。
实施例激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置的标定方法如下。
零点标定：启动气体分析池（8）保持温度为220℃，打开氮气气罐（1），通入气体分析池（8），通过激光器（7）、光电探测器（9）和数据采集分析模块（12）完成零气标定。
量程标定：启动高温炉（5）保持温度为500℃，启动气体分析池（8）保持温度为220℃，打开混合气体气罐（2），气体经催化室（6）反应，通入气体分析池（8），激光器（7）、光电探测器（9）和数据采集分析模块（12）完成光学特征值采集，通过水浴冷却装置（10）完成三氧化硫冷凝，以国标控制冷凝离线测试结果为参考依据，完成系统量程浓度标定。
实施例装置，完成标定后切换三通阀，可通过采样气路（4）进行三氧化硫浓度在线监测。
具体标定方法如下：激光三氧化硫浓度在线监测系统零气标定，启动气体分析池保持温度为220℃，打开氮气气罐，通入气体分析池，真空泵维持分析池压力为60hPa，通过激光器、光电探测器和数据采集分析模块完成零气标定，记录零气特征值H1。
激光三氧化硫浓度在线监测系统量程标定，启动高温炉保持温度为500℃，启动气体分析池保持温度为220℃，打开混合气体气罐，气体经催化室反应，通入气体分析池，真空泵维持分析池压力为60hPa，激光器、光电探测器和数据采集分析模块完成光学特征值采集，记录特征值H2，通过水浴冷却装置完成SO3冷凝，以国标控制冷凝离线测试结果CS为参考依据，完成系统量程标定，浓度CS对应特征值为H2。
所述的标定功能切换，完成标定后切换三通阀，即可通过采样气路进行三氧化硫浓度在线监测。此时通入采样气体，得到光学特征值H3，代入标定，得到浓度值C：
。
Claims (10)
1.一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置，其特征在于：所述装置包括氮气气罐和混合气体气罐，氮气气罐通过三通阀联接气体分析装置，混合气罐联接三氧化硫发生装置通过三通阀联接采样气路和气体分析装置；所述气体分析装置包括激光器、气体分析池、光电探测器和数据采集分析模块；所述三氧化硫发生装置包括流量计、高温炉和催化室；所述气体分析池联接水浴冷却装置和真空泵。
2.一种激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法：其特征在于，采用权利要求1所述的装置，进行如下操作：零气标定、量程标定及标定功能切换；所述零气标定使用氮气气罐，量程标定使用二氧化硫和干燥空气的标准混合气体气罐，高温下催化生成三氧化硫气体。
3.根据权利要求2所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法，其特征在于：所述量程标定时，切换三通阀，使气体分析池、水浴冷却装置和真空泵串联。
4.根据权利要求2所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法，其特征在于：标定完成后，切换三通阀，使采样气路、气体分析池和真空泵串联。
5.根据权利要求2所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法，其特征在于：启动气体分析池，打开氮气气罐，通入气体分析池，通过激光器、光电探测器和数据采集分析模块完成零气标定。
6.根据权利要求5所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法，其特征在于：启动气体分析池保持温度为220℃。
7.根据权利要求2所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法，其特征在于：启动高温炉，启动气体分析池（，打开混合气体气罐，气体经催化室反应，通入气体分析池，激光器、光电探测器和数据采集分析模块完成光学特征值采集，通过水浴冷却装置完成三氧化硫冷凝，以国标控制冷凝离线测试结果为参考依据，完成系统量程浓度标定。
8.根据权利要求7所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法，其特征在于：启动高温炉保持温度为500℃，启动气体分析池保持温度为220℃。
9.根据权利要求2所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定方法，其特征在于：完成标定后，切换三通阀，可通过采样气路进行三氧化硫浓度在线监测。
10.根据权利要求所述激光三氧化硫浓度在线监测系统标定装置，其特征在于：所述的催化室填充含五氧化二钒的钒触媒，内置于高温炉中，整个气路通过伴热带进行保温；所述的激光器选择中红外波段量子级联激光器，激光波段范围在7.323微米附近，光电探测器响应波段配套；所述的数据采集分析模块包括信号发生器、数据采集卡及计算机，信号发生器输出特定波形的电压信号对激光器进行调制，数据采集卡对光电探测器的模拟信号进行采集，通过计算机对数据在线分析，通过朗伯比尔定律得到包含气体浓度信息的光学特征值。
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|---|---|---|---|---|
| CN114460038A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-10 | 南京星空低碳科技中心(有限合伙) | 一种在线监测三氧化硫浓度的装置及方法 |
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2021
- 2021-10-14 CN CN202111198843.3A patent/CN115979996A/zh active Pending
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| CN114460038A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-05-10 | 南京星空低碳科技中心(有限合伙) | 一种在线监测三氧化硫浓度的装置及方法 |
| CN114460038B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-09-01 | 南京星空低碳科技中心(有限合伙) | 一种在线监测三氧化硫浓度的装置及方法 |
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