CN208155870U - 一种三氧化硫测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三氧化硫测试仪，技术系统包括：进样、反应、光源、检测以及控制等系统，反应系统包括混合器，混合器顶部开设A、B、C、D四个进口，C进口连通通入混合器底部的进气管，混合器底部开设出口，A、B、C及D与进样系统连通使样品、显色剂、清洗液以及排尽气从进口控制进入混合器，混合器出口通过直通阀与流动比色皿进口连通，比色皿出口与废液瓶连通，光源系统通过光纤与检测系统连通，光纤经过流动比色皿将光源系统的光导入比色皿，检测采用电荷耦合元件CCD、或光电倍增管为监测器，光电倍增管需与特定波段的光学过滤片联用，光源可为白光卤钨灯、或为任意种类符合本检测要求的530‑550nm单色光源。

Description

一种三氧化硫测试仪

技术领域

本实用新型属于三氧化硫在线分析装置领域，特别是涉及一种三氧化硫测试仪。

背景技术

化石燃料在工业生产过程中产生的强腐蚀性、高污染性的副产物，实时监测三氧化硫对现代工业生产具有重要意义。

SO3监测的重要性主要体现在：1)SO3会对选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)的催化剂造成中毒；2)SO₃与SCR系统使用的氨气(NH3)反应生成硫酸氢铵(ABS)，硫酸氢铵是粘附性极强的腐蚀性粉末状晶体，会造成空预器和SCR催化器气孔堵塞；3)SO₃会引起空预器换热元件、下游烟道金属表面和低温电除尘极板的严重腐蚀；4)SO₃会降低除汞装置(活性碳技术)的能效；5)燃煤产生的SO₃不仅造成了酸性烟雾，而且排放时会形成蓝色或黄色烟羽“蓝羽”，在烟囱排放口形成硫酸雾和气溶胶，造成PM2.5排放浓度的增加。

由于SO₃以硫酸雾气溶胶形态存在，其化学性质非常活泼，极易被水吸收并易附着在采样管壁，且SO₃在烟气中浓度非常低并且易受SO₂测量影响，因此SO₃检测技术的难点具体体现在：1)烟气中的SO₃含量低，较小的测定误差会带来较大的相对误差，测量精度难以保证；2)锅炉烟气组成复杂，对SO₃/H₂SO₄的检测造成干扰，加上高温含尘的烟气条件，普通的采样技术很难保证采样准确度；3)烟气中SO₃含量和水分的增加，提高了酸露点，需要保障采样管路的温度在酸露点之上，以避免形成凝结，造成测量结果偏低；4)SO₃化学性质活泼，采样管路不能采用不锈钢或其他金属材料，宜采用石英等惰性材料作为采样管路；5)SO₃易于与烟气中的物质(如氨气、水等)发生反应，形成硫酸盐或硫酸雾，影响采样和收集；6)SO₃气溶胶吸附性强，极易被各种物质壁面吸附，并对测量仪器和采样设备造成腐蚀，使得仪器标定和定量测定存在很大难度；7)烟气中存在高浓度的SO₂在水蒸汽存在及高温作用下，极易氧化吸水生成H₂SO₄，从而影响SO₃的测量，使测定结果偏高；8)烟气中的飞灰颗粒造成酸雾凝结，不但影响测量结果，而且容易堵塞采样管路并腐蚀测量设备。

目前人们已经探索出对硫酸根的分析方法有很多，如重量法、滴定法、原子吸收法、光度法、离子色谱法及离子选择电极法等。

重量法：将所测样品和过量的氯化钡混合，在酸性条件下，使试样中的硫酸根离子沉淀完全生成白色硫酸钡，经过滤、烘干、称重后，可以根据硫酸钡的质量间接计算硫酸根离子的质量。

此法是测定硫酸根含量的经典方法，方法成熟，准确度较高，但是耗时较长，操作繁琐,不可能实现联系在线测量。如若样品中含有悬浮物、硝酸盐、亚硫酸盐、二氧化硅、碱金属硫酸盐、铁、铬等物质会影响检测结果。

滴定法：铬酸钡容量法测定硫酸根

利用硫酸钡和铬酸钡在稀盐酸中的溶解度，硫酸钡不溶而铬酸钡易溶，所测试样中加入过量铬酸钡的稀盐酸溶液，反应结束后，将溶液中和、过滤，再加入碘化钾和盐酸溶液，之后用标准硫代硫酸钠溶液滴定，即可计算出硫酸根的含量。该方法不可能实现连续在线测量。

H₂Cr₂O₇+6KI+12HCl→2CrCl₃+3I₂+6KCl+7H₂O

盐酸联苯胺容量法检测硫酸根含量：在酸性溶液中，盐酸联苯胺和硫酸根生成难溶的沉淀，过滤沉淀，并将沉淀溶于沸水中，用酚酞作为指示剂，用氢氧化钠标准溶液滴定至终点，进而计算出硫酸根含量。该方法不可能实现联系在线测量。

原子吸收光谱法：此方法是在待测元素独有的波长下，通过测量试样所产生的原子蒸气对辐射光的吸收，来测定试样中该元素浓度的一种方法，此法适合于分析微量和痕量元素。利用原子吸收光谱可间接计算硫酸根含量，其方法是：在弱酸性溶液中，硫酸根与铬酸钡反应，释放出铬酸根，化学方程式如下：

为进一步降低硫酸钡的溶解度，往溶液中加如氨水和乙醇溶液。然后用微孔滤膜过滤去除沉淀，取滤液用原子吸收光谱法检测铬，从而间接得出硫酸根含量。该方法不可能实现联系在线测量。

离子色谱法：离子色谱法是一种高分离度、高选择性和高灵敏度的分析方法。它是利用离子交换的原理，连续对多种阴离子进行定量分析。具有操作简便、可同时测定多组分、线性范围宽、灵敏度高等优点。但是该方法不可能实现联系在线测量，同时离子色谱本身不可以区分硫酸与亚硫酸根。而通常测试环境中亚硫酸根远高于硫酸根，导致微量的亚硫酸根会极大的影响硫酸根的测量。

光度法：铬酸钡光度法是间接测定硫酸根含量的方法，其方法如下，在酸性条件下，BaCrO₄与生成硫酸钡沉淀和铬酸根离子，之后再将溶液中和至碱性，过滤除去BaSO₄和过量的BaCrO₄沉淀，此时滤液呈现为黄色，这是由于所置换出来的的颜色。然后利用分光光度法在波长为420nm处测滤液中的吸光度，从而间接得到含量。该方法有可能实现联系在线测量。

经过上述分析，光度法更易实现硫酸跟离子的在线测量，并提高检测限。因此，本测试仪的基本原理是依据光度法设计，利用自动控制系统实现硫酸跟离子的在线自动检测。

实用新型内容

本实用新型克服现有技术存在的不足，提供一种三氧化硫测试仪。本实用新型以氯冉酸钡为显色剂，当量转化间接测定的可见光光度分析法为基础，实现三氧化硫的在线高精度分析、检测，本测试仪可以适用于煤炭、电力、化工、石油、天然气、农业、环保、食品和卫生等众多领域液相和固相(土壤)样品中硫酸根、气相样品中三氧化硫的进行定量浓度检测，对其它酸根的存在具有抗干扰能力，有很高的检测精度。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种三氧化硫测试仪，包括进样系统、反应系统、光源系统、检测系统以及控制系统，控制系统与进样系统、反应系统、光源系统以及检测系统连接并控制其工作；

所述反应系统包括混合器，混合器的顶部开设有A进口、B进口、C进口以及D进口四个进口，C进口连通进气管，进气管通入混合器底部，混合器底部开设出口，A进口、B进口、C进口以及D进口与进样系统连通使样品、显色剂、清洗液以及排空气从进口自动进入混合器，混合器出口通过直通阀与流动比色皿的进口连通，流动比色皿的出口与废液瓶连通，光源系统通过光纤与检测系统连通，光纤经过流动比色皿将光源系统的光导入比色皿

所述进样系统包括瓶口分液器、样品储罐、注射泵以及气泵，瓶口分液器与A进口连通，样品储罐与第二三通电磁阀的进口相连通，第二三通电磁阀的一个出口与B进口连通，第二三通电磁的另一出口与第一三通电磁阀的一个出口连通，第一三通电磁阀的另一出口与注射泵连通，第一三通电磁阀的进口与清洗液储罐连通，所述气泵的进口与气阀的一端连通，气阀的另一端与C进口连通，气泵的出口与第三三通电磁阀的进口连通，第三三通电磁阀的一个出口与D进口连通，气体起混合、排空液体作用。

所述混合器的底部高于流动比色皿的进口，混合器内的液体在自重作用下流入流动比色皿内。

进一步地，所述光源系统采用波段为530-550nm的单色光源。

进一步地，所述光源系统采用卤钨灯光源。

进一步地，所述检测系统采用电感耦合CCD光谱仪。

进一步地，所述检测系统采用光电倍管和波段为530-550nm的光学过滤片组合。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：与现有的检测方法相比，本实用新型的测试仪可以同时达到连续在线、准确及抗干扰的目标，因此是现存所有要求高精度、在线分析以及抗干扰性强的三氧化硫方法的最优选择。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1为混合器，2为A进口，3为B进口，4为C进口，5为D进口，6为混合器出口，7为瓶口分液器，8为样品储罐，9为注射泵，10为清洗液储罐，11为第一三通电磁阀，12为第二三通电磁阀，13为第三三通电磁阀，14为气泵，15为气阀，16为直通阀，17为流动比色皿，18为光源系统，19为检测系统，20为废液瓶。

具体实施方式

如图1所示，一种三氧化硫测试仪，包括进样系统、反应系统、光源系统18、检测系统19以及控制系统，控制系统与进样系统、反应系统、光源系统18以及检测系统19连接并控制其工作。

反应系统包括混合器1，混合器1的顶部开设有A进口2、B进口3、C进口4以及D进口5四个进口，C进口4连通进气管，进气管通入混合器1底部，混合器1底部开设混合器出口6，A进口2、B进口3、C进口4以及D进口5与进样系统连通使样品、显色剂、清洗液以及排空气从进口自动进入混合器1，混合器1出口通过直通阀16与流动比色皿17的进口连通，混合器1的底部高于流动比色皿17的进口，混合器1内的液体在自重作用下流入流动比色皿17内，流动比色皿17的出口与废液瓶20连通，光源系统18通过光纤与检测系统19连通，光纤经过流动比色皿17将光源系统18的光导入比色皿。

进样系统的具体结构为：包括瓶口分液器7、样品储罐8、注射泵9以及气泵14，瓶口分液器7与A进口2连通，样品储罐8与第二三通电磁阀12的进口相连通，第二三通电磁阀12的一个出口与B进口3连通，第二三通电磁的另一出口与第一三通电磁阀11的一个出口连通，第一三通电磁阀11的另一出口与注射泵9连通，第一三通电磁阀11的进口与清洗液储罐10连通，所述气泵14的进口与气阀15的一端连通，气阀15的另一端与C进口4连通，气泵14的出口与第三三通电磁阀13的进口连通，第三三通电磁阀13的一个出口与D进口5连通，气体起混合、排空液体作用。

注射泵9的主要结构和工作原理为：注射泵9是由步进电机及其驱动器、丝杆、支架等构成，具有往复移动的丝杆和螺母，螺母与注射器的活塞相连。工作时，由上位机下达脉冲命令控制步进电机的旋转，步进电机带动丝杠上的螺母将旋转变为直线运动，推动注射器的活塞进行注射输液。气密性进样器材质采用高硼硅玻璃，绿色环保，具有很好的化学稳定性和膨胀系数、耐腐蚀等显著特点，活塞采用聚四氟PTFE材料，耐腐蚀，耐高温；锥形活塞更利于气泡排出，减少残留。

测试仪的测量过程为：进液时，直通阀16为关闭状态，控制系统发出信号控制瓶口分液器7将显色剂从A进口2注射进入混合器1内，同时控制系统控制第一三通电磁阀11和第二三通电磁阀12以及注射泵9工作将样品导入混合器1内，然后控制系统控制第三三通电磁阀13使混合器1的D进口5与大气相通，打开气阀15，气体进入混合器1，反应液呈现鼓泡现象，两溶液充分混合反应。待充分反应结束，关闭气泵14，打开直通阀16，反应液在自身重力的作用下流动进入比色皿。

利用卤钨灯作为光源，通过光纤将光通过比色皿，再由光纤将光接入检测系统19收集信号。检测系统19可以采用CCD光谱仪。采用CCD光谱仪完成生成的氯冉酸在530nm紫红色可见光的测量。

CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入了许多微小的光敏物质(像素)，且包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号，因此也可称其为CCD图像传感器。CCD光谱仪采用了全反射式光学系统，该系统结构简单，体积小，易于携带，光谱仪可以将光信号变成电信号，经电路系统处理后，通过软件显示在电脑上，即可观察光谱信息。本专利还可采用光电倍增管作为监测器，只需特定波段的光学过滤片联用即可(530-550nm)。

待测量结束后，控制系统发出信号控制第一三通电磁阀11和第二三通电磁阀12以及注射泵9工作将清洗液注射进入混合器1内，清洗混合器1后，打开直通阀16，废液经过流动比色皿17进入废液瓶20内，清洗完成后，就能够进行下一次测量。

本测试仪完成三氧化硫检测步骤。

步骤1)配置清洗液、饱和显色剂溶液以及硫酸根标准物质(1mmol/L、2mmol/L、5mmol/L、10mmol/L)；

步骤2)利用硫酸根标准物质绘制标准曲线，确定曲线方程，每次测量均需要进行清洗；

步骤3)标准曲线绘制完成后，将待测样品和饱和显色剂溶液导入混合器1内，按照测试仪的测量过程进行，测量完成后与标准曲线比较，计算得出三氧化硫的含量。

本测试仪可以在很宽的三氧化硫或硫酸根离子浓度范围检测，测量范围可选，横跨0.1-50ppm，测量精度可达0.1ppm，更低或更高浓度可以根据特殊需要调整，有特殊机型配合。本测试仪的突出特点是对常规烟气中的卤素(如氯、溴)、其它主要酸性气体(二氧化硫和氮氧化物和二氧化碳)以及众多重金属有很强抗干扰能力；如检测对象是液体，本测试仪可对各种溶解的酸根有恒强的抗干扰能力。

上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种三氧化硫测试仪，其特征在于：包括进样系统、反应系统、光源系统(18)、检测系统(19)以及控制系统，控制系统与进样系统、反应系统、光源系统(18)以及检测系统(19)连接并控制其工作；

所述反应系统包括混合器(1)，混合器(1)的顶部开设有A进口(2)、B进口(3)、C进口(4)以及D进口(5)四个进口，C进口(4)连通进气管，进气管通入混合器(1)底部，混合器(1)底部开设出口(6)，A进口(2)、B进口(3)、C进口(4)以及D进口(5)与进样系统连通使样品、显色剂、清洗液以及排尽气从进口自动进入混合器(1)，混合器出口(6)通过直通阀(16)与流动比色皿(17)的进口连通，流动比色皿(17)的出口与废液瓶(20)连通，光源系统(18)通过光纤与检测系统(19)连通，光纤经过流动比色皿(17)将光源系统(18)的光导入流动比色皿(17)。

2.根据权利要求1所述的一种三氧化硫测试仪，其特征在于：所述进样系统包括瓶口分液器(7)、样品储罐(8)、注射泵(9)以及气泵(14)，瓶口分液器(7)与A进口(2)连通，样品储罐(8)与第二三通电磁阀(12)的进口相连通，第二三通电磁阀(12)的一个出口与B进口(3)连通，第二三通电磁的另一出口与第一三通电磁阀(11)的一个出口连通，第一三通电磁阀(11)的另一出口与注射泵(9)连通，第一三通电磁阀(11)的进口与清洗液储罐(10)连通，所述气泵(14)的进口与气阀(15)的一端连通，气阀(15)的另一端与C进口(4)连通，气泵(14)的出口与第三三通电磁阀(13)的进口连通，第三三通电磁阀(13)的一个出口与D进口(5)连通，气体起混合、排空液体作用。

3.根据权利要求2所述的一种三氧化硫测试仪，其特征在于：所述混合器(1)的底部高于流动比色皿(17)的进口，混合器(1)内的液体在自重作用下流入流动比色皿(17)内。

4.根据权利要求1所述的一种三氧化硫测试仪，其特征在于：所述光源系统(18)采用波段为530-550nm的单色光源。

5.根据权利要求4所述的一种三氧化硫测试仪，其特征在于：所述光源系统(18)采用卤钨灯光源。

6.根据权利要求1所述的一种三氧化硫测试仪，其特征在于：所述检测系统(19)采用电感耦合CCD光谱仪。

7.根据权利要求1所述的一种三氧化硫测试仪，其特征在于：所述检测系统(19)采用光电倍管和波段为530-550nm的光学过滤片组合。