CN209778305U - So3标准气体制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于环保技术领域,涉及SO3标准气体制备装置。本装置包括经管路顺次连接的气体混配装置、气体加热装置、汽化装置、分解装置、SO3利用系统、尾气吸收装置,还包括供液装置,供液装置也经管路与汽化装置连接。本装置可通过调整混配气体流量、硫酸溶液浓度、给液速率进而调整SO3标准气体浓度、成分、湿度,无需添加催化剂,操作简单方便。
Description
技术领域
本实用新型属于环保技术领域,涉及SO3标准气体制备装置。
背景技术
SO3是燃煤电厂烟气排放常见污染物之一,主要来源于烟气中SO2的氧化,氧化部位在炉膛和脱硝装置(SCR)处,氧化率分别为0.5%~1.5%和0.25%~1.5%。随着国内燃煤电厂超低排放改造的推进,因脱硝催化剂用量增加,烟气中SO3浓度增加,加之SO2排放浓度降低(不高于35mg/m3),SO3对系统设备和环境影响凸显并引起广泛关注。SO3对系统设备和环境影响主要体现在以下方面:①提高酸露点,加快设备腐蚀;②与氨气反应生成黏性硫酸氢氨,造成空预器积灰和腐蚀;③与汞争夺活性炭反应位,影响烟气脱汞;④视觉污染:当SO3浓度超过 5ppm烟气开始出现不透明现象(俗称“拖尾”),超过10ppm出现蓝烟现象;⑤增加可凝结颗粒物含量(H2SO4气溶胶,1ppmSO3=4.375mg/m3颗粒物)。
为了有效控制SO3,需开展大量SO3检测技术和控制技术的研究,但因SO3化学性质活泼,缺乏必要的SO3标准气体,阻碍相关研究进展。现有技术有提到SO3标准气体的制备方法,但是普遍基于催化原理,制备过程中需要消耗大量的催化剂,成本较高且操作复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于,提供一种SO3标准气体制备装置,采用热力学原理,通过一系列装置调整混配气体流量、硫酸溶液浓度、给液速率等调整SO3标准气体浓度、成分、湿度,操作简单方便,无需使用催化剂便可制备符合条件的SO3标准气体,值得推广使用。
为解决上述技术问题,本实用新型采用如下的技术方案:
一种SO3标准气体制备装置包括经管路顺次连接的气体混配装置、气体加热装置、汽化装置、分解装置、SO3利用系统、尾气吸收装置,还包括供液装置,所述供液装置也经管路与汽化装置连接。本实用新型在分解装置前还设置了气体加热装置、汽化装置,目的是使硫酸溶液转化为气态硫酸,且使温度高于酸露点,避免硫酸气体冷凝损失,影响标准气体浓度。其中的SO3利用系统为用户需求端,具有多个端口,用途也不同,可以用于SO3测试方法的校正、硫酸氢铵生成动力学或热力学实验等,根据不同的需求设置相匹配的端口。
前述的SO3标准气体制备装置,所述供液装置包括经管路顺次连接的硫酸储液罐、供液泵、第一流量计,其中第一流量计还经管路连接有汽化装置。其中的第一流量计能够控制硫酸溶液进入汽化装置中的加液速率。
前述的SO3标准气体制备装置,所述气体混配装置包括经管路顺次连接的高压气瓶、混气瓶、第二流量计,其中第二流量计还经管路连接有气体加热装置;其中高压气瓶的出口处还安装有第三流量计。其中的高压气瓶有一个或多个,所述高压气瓶均经管路与混气瓶连接。高压气瓶的个数根据成分气体的种类所配置,成分气体越多,高压气瓶的数量也越多。本装置通过控制第三流量计的开度进而调配不同成分气体的比例。第二流量计能够控制成分气体进入气体加热装置时的混配气体流量。
前述的SO3标准气体制备装置,所述气体加热装置包括加热套、温度探头、温控仪、石英管,其中加热套的内部套设有石英管,温度探头的一端置于石英管内,温度探头的另一端与温控仪连接。通过加热套、温度探头、温控仪一系列布置能够实时控制石英管内部温度,使其满足加热的温度需求。
前述的SO3标准气体制备装置,所述汽化装置包括加热套、温度探头、温控仪、石英管、锯齿板,其中加热套的内部套设有石英管,温度探头的一端置于石英管内,温度探头的另一端与温控仪连接;其中石英管底部还铺设有锯齿板。通过加热套、温度探头、温控仪一系列布置能够实时控制石英管内部温度,使其满足汽化的温度需求。锯齿板的结构布置能够增大硫酸溶液与气体的接触面积,缩短蒸发时间。具体的,锯齿板的材质可以为石英。
前述的SO3标准气体制备装置,所述锯齿板倾斜布置,其中锯齿板靠近供液装置一端高于锯齿板靠近分解装置一端。锯齿板沿气体流动方向呈小坡度下斜,该种布置方式避免硫酸溶液倒流,且进一步增加硫酸溶液与气体的接触面积。
前述的SO3标准气体制备装置,所述分解装置包括加热套、温度探头、温控仪、石英管,其中加热套的内部套设有石英管,温度探头的一端置于石英管内,温度探头的另一端与温控仪连接。通过加热套、温度探头、温控仪等一系列布置能够实时控制石英管内部温度,使其满足分解的温度需求。
前述的SO3标准气体制备装置,所述尾气吸收装置包括冰浴槽、一级碱液吸收装置、二级碱液吸收装置,所述一级碱液吸收装置、二级碱液吸收装置均置于冰浴槽内,其中一级碱液吸收装置经一根管路与SO3利用系统连接,一级碱液吸收装置还经另一根管路与二级碱液吸收装置连接,二级碱液吸收装置经另一根管路与大气连通。其中一级碱液吸收装置起到的作用是吸收气体中残余的SO3,避免污染环境;二级碱液吸收装置起到的作用是确保SO3吸收彻底。冰浴槽的作用是使一级碱液吸收装置和二级碱液吸收装置中的SO3气体冷凝,提升吸收效率。
与现有技术相比,本实用新型的有益之处在于:SO3标准气体制备装置采用的基本原理是硫酸的汽化分解特性,主要由供液装置、气体混配装置、气体加热装置、汽化装置、分解装置和尾气吸收装置等组成;本装置可通过调整混配气体流量、硫酸溶液浓度、给液速率进而调整SO3标准气体浓度、成分、湿度,无需添加催化剂,操作简单方便。本申请能够实现特定浓度的硫酸溶液以特定速率滴至汽化装置,特定流量的混配气体经加热至特定温度进入汽化装置,二者在汽化装置中进行充分接触形成特定浓度的硫酸气体,后进入分解装置形成特定浓度、特定湿度的SO3标准气体,经利用后被尾气吸收装置处理,值得推广使用。
附图说明
图1是本实用新型中SO3标准气体制备装置示意图;
图2是本实用新型中SO3标准气体制备方法机理图。
附图标记的含义:1-气体混配装置;41-第二流量计;2-高压气瓶;24-第三流量计;3- 混气瓶;5-气体加热装置;6-加热套;7-温度探头;8-温控仪;9-供液装置;94-第一流量计; 10-硫酸储液罐;11-供液泵;12-石英管;13-汽化装置;14-锯齿板;15-分解装置;16-SO3利用系统;17-冰浴槽;18-一级碱液吸收装置;19-二级碱液吸收装置。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
具体实施方式
本实用新型的实施例1:如图1和图2所示,一种SO3标准气体制备装置包括经管路顺次连接的气体混配装置1、气体加热装置5、汽化装置13、分解装置15、SO3利用系统16、尾气吸收装置,还包括供液装置9,所述供液装置9也经管路与汽化装置13连接。本实用新型在分解装置15前还设置了气体加热装置5、汽化装置13,目的是使硫酸溶液转化为气态硫酸,且使温度高于酸露点,避免硫酸气体冷凝损失,影响标准气体浓度。其中的SO3利用系统16为用户需求端,具有多个端口,用途也不同,可以用于SO3测试方法的校正、硫酸氢铵生成动力学或热力学实验等,根据不同的需求设置相匹配的端口。若是只需进行SO3测试方法的校正,那么SO3利用系统16即为一个端口,仅用于SO3测试方法的校正实验,实验后经管路与尾气吸收装置连接,进行SO3的回收,防止污染大气。若是只需进行硫酸氢铵生成热力学实验,那么SO3利用系统16即为一个端口,仅用于硫酸氢铵生成热力学实验,实验后经管路与尾气吸收装置连接,进行SO3的回收,防止污染大气。若是需要同时进行用于SO3测试方法的校正、硫酸氢铵生成动力学实验、硫酸氢铵生成热力学实验,那么SO3利用系统16为三个端口,分别进行相应实验,实验结束后经管路与尾气吸收装置连接,进行SO3的回收,防止污染大气。
实施例2:如图1和图2所示,一种SO3标准气体制备装置包括经管路顺次连接的气体混配装置1、气体加热装置5、汽化装置13、分解装置15、SO3利用系统16、尾气吸收装置,还包括供液装置9,所述供液装置9也经管路与汽化装置13连接。本实用新型在分解装置15 前还设置了气体加热装置5、汽化装置13,目的是使硫酸溶液转化为气态硫酸,且使温度高于酸露点,避免硫酸气体冷凝损失,影响标准气体浓度。其中的SO3利用系统16为用户需求端,具有多个端口,用途也不同,可以用于SO3测试方法的校正、硫酸氢铵生成动力学或热力学实验等,根据不同的需求设置相匹配的端口。
进一步的,所述汽化装置13包括加热套6、温度探头7、温控仪8、石英管12、锯齿板14,其中加热套6的内部套设有石英管12,温度探头7的一端置于石英管12内,温度探头7 的另一端与温控仪8连接;其中石英管12底部还铺设有锯齿板14。所述锯齿板14倾斜布置,其中锯齿板14靠近供液装置9一端高于锯齿板14靠近分解装置15一端。通过加热套6、温度探头7、温控仪8一系列布置能够实时控制石英管12内部温度,使其满足汽化的温度需求。锯齿板14的结构布置能够增大硫酸溶液与气体的接触面积,缩短蒸发时间。具体的,锯齿板 14的材质可以为石英。锯齿板14沿气体流动方向呈小坡度下斜,该种布置方式避免硫酸溶液倒流,且进一步增加硫酸溶液与气体的接触面积。
实施例3:如图1和图2所示,一种SO3标准气体制备装置包括经管路顺次连接的气体混配装置1、气体加热装置5、汽化装置13、分解装置15、SO3利用系统16、尾气吸收装置,还包括供液装置9,所述供液装置9也经管路与汽化装置13连接。本实用新型在分解装置15 前还设置了气体加热装置5、汽化装置13,目的是使硫酸溶液转化为气态硫酸,且使温度高于酸露点,避免硫酸气体冷凝损失,影响标准气体浓度。其中的SO3利用系统16为用户需求端,具有多个端口,用途也不同,可以用于SO3测试方法的校正、硫酸氢铵生成动力学或热力学实验等,根据不同的需求设置相匹配的端口。
具体的,所述供液装置9包括经管路顺次连接的硫酸储液罐10、供液泵11、第一流量计 94,其中第一流量计94还经管路连接有汽化装置13。其中的第一流量计94能够控制硫酸溶液进入汽化装置13中的加液速率。具体的,第一流量计94可以为转子流量计。所述气体混配装置1包括经管路顺次连接的高压气瓶2、混气瓶3、第二流量计41,其中第二流量计41还经管路连接有气体加热装置5;其中高压气瓶2的出口处还安装有第三流量计24。其中的高压气瓶2有一个或多个,所述高压气瓶2均经管路与混气瓶3连接。高压气瓶2的个数根据成分气体的种类所配置,成分气体越多,高压气瓶2的数量也越多。具体的,成分气体可以为N2、CO2、O2等。本装置通过控制第三流量计24的开度进而调配不同成分气体的比例。第二流量计41能够控制成分气体进入气体加热装置5时的混配气体流量。具体的,第二流量计 41、第三流量计24可以为转子流量计。
所述气体加热装置5包括加热套6、温度探头7、温控仪8、石英管12,其中加热套6的内部套设有石英管12,温度探头7的一端置于石英管12内,温度探头7的另一端与温控仪8连接。气体加热装置5中石英管12的一端经管路与第二流量计41连接。通过加热套6、温度探头7、温控仪8一系列布置能够实时控制石英管12内部温度,使其满足加热的温度需求。所述汽化装置13包括加热套6、温度探头7、温控仪8、石英管12、锯齿板14,其中加热套 6的内部套设有石英管12,温度探头7的一端置于石英管12内,温度探头7的另一端与温控仪8连接;其中石英管12底部还铺设有锯齿板14。所述锯齿板14倾斜布置,其中锯齿板14 靠近供液装置9一端高于锯齿板14靠近分解装置15一端。汽化装置13中石英管12的一端经管路与气体加热装置5中石英管12连接,还经管路与第一流量计94连接。通过加热套6、温度探头7、温控仪8一系列布置能够实时控制石英管12内部温度,使其满足汽化的温度需求。锯齿板14的结构布置能够增大硫酸溶液与气体的接触面积,缩短蒸发时间。具体的,锯齿板14的材质可以为石英。锯齿板14沿气体流动方向呈小坡度下斜,该种布置方式避免硫酸溶液倒流,且进一步增加硫酸溶液与气体的接触面积。
所述分解装置15包括加热套6、温度探头7、温控仪8、石英管12,其中加热套6的内部套设有石英管12,温度探头7的一端置于石英管12内,温度探头7的另一端与温控仪8 连接。分解装置15中石英管12一端经管路与汽化装置13中石英管12连接,分解装置15中石英管12另一端经管路与SO3利用系统16连接。通过加热套6、温度探头7、温控仪8等一系列布置能够实时控制石英管12内部温度,使其满足分解的温度需求。所述尾气吸收装置包括冰浴槽17、一级碱液吸收装置18、二级碱液吸收装置19,所述一级碱液吸收装置18、二级碱液吸收装置19均置于冰浴槽17内,其中一级碱液吸收装置18经一根管路与SO3利用系统16连接,一级碱液吸收装置18还经另一根管路与二级碱液吸收装置19连接,二级碱液吸收装置19经另一根管路与大气连通。其中一级碱液吸收装置18储存的是氢氧化钠溶液,起到的作用是吸收气体中残余的SO3,避免污染环境;二级碱液吸收装置19储存的也是氢氧化钠溶液,起到的作用是确保SO3吸收彻底;氢氧化钠溶液的浓度可根据需要调配,一般可以取 1mol/L。冰浴槽17的作用是使一级碱液吸收装置18和二级碱液吸收装置19中的SO3气体冷凝,提升吸收效率。
实施例4:如图1和图2所示,一种SO3标准气体制备方法,采用前述的SO3标准气体制备装置,包括以下过程:供液装置9中特定浓度的硫酸溶液以特定速率滴至汽化装置13,同时气体混配装置1中特定流量的混配气体经气体加热装置5经加热至特定温度后也进入汽化装置13,二者在汽化装置13中进行充分接触形成特定浓度的硫酸气体,后进入分解装置15,形成特定浓度、特定湿度的SO3标准气体,经SO3利用系统16利用后被尾气吸收装置处理。其中特定浓度、特定速率、特定流量、特定温度等具体数据是根据需求、保证硫酸溶液完全蒸发而匹配的。
SO3标准气体浓度的计算如下所示:
其中:为SO3标准气体浓度,mg/m3;为硫酸溶液浓度,mol/l;VL为加液速率,l/s;VG为混配气体流量,m3/s。
SO3标准气体浓度由上述公式计算所得。其中,硫酸溶液浓度为硫酸储液罐10中浓度,根据不同需求配置得到;加液速率由第一流量计94测量所得,混配气体流量由第二流量计 41测量所得。
进一步的,气体加热装置5中的温度为150~200℃;汽化装置13中的温度为150~200℃;分解装置15中的温度为500~550℃。具体的,当气体加热装置5中的温度为200℃,汽化装置13中的温度为200℃,分解装置15中的温度为500℃时,制备效果更佳。其中气体加热装置5作用是加热气体,其温度的确定需保证硫酸溶液气化、且不发生冷凝和分解。汽化装置 13的温度范围需保证硫酸溶液气化、且不发生冷凝和分解。分解装置15的温度范围需保证气态硫酸完全分解且能耗最低。
实施例5:如图1和图2所示,若是需要模拟某典型燃煤电厂烟气,此时高压气瓶2的数量设三个,分别储存的气体为CO2、O2、N2,通过第三流量计24控制进入混气瓶3中的CO2、O2、N2比例为14%、6%、80%,此时配置的硫酸储液罐10中的硫酸溶液浓度为0.1mol/L,通过第一流量计94调整加液速率为1ml/min,通过第二流量计41控制混配气体流量为 100L/min;二者在汽化装置13中进行充分接触形成硫酸气体,后进入分解装置15中形成 80mg/m3浓度的SO3标准气体,经SO3利用系统16进行SO3测试方法的校正实验后被尾气吸收装置处理。
实施例6:如图1和图2所示,若是需要模拟某典型燃煤电厂烟气,此时高压气瓶2的数量设三个,分别储存的气体为CO2、O2、N2,通过第三流量计24控制进入混气瓶3中的CO2、O2、N2比例为14%、6%、80%,此时配置的硫酸储液罐10中的硫酸溶液浓度为0.2mol/L,通过第一流量计94调整加液速率为0.5ml/min,通过第二流量计41控制混配气体流量为 100L/min;二者在汽化装置13中进行充分接触形成硫酸气体,后进入分解装置15中形成 80mg/m3浓度的SO3标准气体,经SO3利用系统16进行硫酸氢铵生成动力学实验后被尾气吸收装置处理。
实施例7:如图1和图2所示,若是需要模拟某典型燃煤电厂烟气,此时高压气瓶2的数量设三个,分别储存的气体为CO2、O2、N2,通过第三流量计24控制进入混气瓶3中的CO2、O2、N2比例为14%、6%、80%,此时配置的硫酸储液罐10中的硫酸溶液浓度为0.2mol/L,通过第一流量计94调整加液速率为1ml/min,通过第二流量计41控制混配气体流量为200L/min;二者在汽化装置13中进行充分接触形成硫酸气体,后进入分解装置15中形成80mg/m3浓度的 SO3标准气体,经SO3利用系统16进行硫酸氢铵生成热力学实验后被尾气吸收装置处理。本实用新型可根据浓度、所需流量、所需湿度的不同,灵活进行调整。
本实用新型的工作原理:如图2所示的SO3标准气体制备方法机理图,为不同气体湿度下, SO3与H2SO4随温度变化的转换关系。由图可见,当温度一定时,硫酸气体会发生如下分解反应:
温度越高、湿度越低,硫酸越容易分解。当温度高于500℃,硫酸会全部分解,以SO3形态存在;当温度低于200℃,不会发生分解。
SO3标准气体浓度的计算如下所示:
其中:为SO3标准气体浓度,mg/m3;为硫酸溶液浓度,mol/l;VL为加液速率,l/s;VG为混配气体流量,m3/s。
SO3标准气体浓度由上述公式计算所得。其中,硫酸溶液浓度为硫酸储液罐10中浓度,根据不同需求配置得到;加液速率由第一流量计94测量所得,混配气体流量由第二流量计 41测量所得。
配制一定浓度的硫酸溶液置于硫酸储液罐10中,通过供液泵11和流量计4以一定速率滴至汽化装置13的锯齿板14上;气体混配装置1的高压气瓶2中不同成分气体以一定的比例通过混气瓶3和流量计4配制特定成分和特定流量的混配气体,通过气体加热装置5加热;高温混配气体与硫酸溶液在汽化装置13中充分接触生成硫酸气体,后在分解装置15中生成特定浓度的SO3标准气体。期间通过温度探头7、温控仪8控制加热套6的启闭,维持气体加热装置5、汽化装置13和分解装置15温度分别为200℃左右、200℃左右和500℃左右。特定浓度SO3标准气体被SO3利用系统16利用后,通过冰浴槽17中的一级碱液吸收装置18和二级碱液吸收装置19吸收后排放。
Claims (8)
1.一种SO3标准气体制备装置,其特征在于,包括经管路顺次连接的气体混配装置(1)、气体加热装置(5)、汽化装置(13)、分解装置(15)、SO3利用系统(16)、尾气吸收装置,还包括供液装置(9),所述供液装置(9)也经管路与汽化装置(13)连接。
2.根据权利要求1所述的SO3标准气体制备装置,其特征在于,所述供液装置(9)包括经管路顺次连接的硫酸储液罐(10)、供液泵(11)、第一流量计(94),其中第一流量计(94)还经管路连接有汽化装置(13)。
3.根据权利要求1所述的SO3标准气体制备装置,其特征在于,所述气体混配装置(1)包括经管路顺次连接的高压气瓶(2)、混气瓶(3)、第二流量计(41),其中第二流量计(41)还经管路连接有气体加热装置(5);其中高压气瓶(2)的出口处还安装有第三流量计(24)。
4.根据权利要求1所述的SO3标准气体制备装置,其特征在于,所述气体加热装置(5)包括加热套(6)、温度探头(7)、温控仪(8)、石英管(12),其中加热套(6)的内部套设有石英管(12),温度探头(7)的一端置于石英管(12)内,温度探头(7)的另一端与温控仪(8)连接。
5.根据权利要求1所述的SO3标准气体制备装置,其特征在于,所述汽化装置(13)包括加热套(6)、温度探头(7)、温控仪(8)、石英管(12)、锯齿板(14),其中加热套(6)的内部套设有石英管(12),温度探头(7)的一端置于石英管(12)内,温度探头(7)的另一端与温控仪(8)连接;其中石英管(12)底部还铺设有锯齿板(14)。
6.根据权利要求5所述的SO3标准气体制备装置,其特征在于,所述锯齿板(14)倾斜布置,其中锯齿板(14)靠近供液装置(9)一端高于锯齿板(14)靠近分解装置(15)一端。
7.根据权利要求1所述的SO3标准气体制备装置,其特征在于,所述分解装置(15)包括加热套(6)、温度探头(7)、温控仪(8)、石英管(12),其中加热套(6)的内部套设有石英管(12),温度探头(7)的一端置于石英管(12)内,温度探头(7)的另一端与温控仪(8)连接。
8.根据权利要求1所述的SO3标准气体制备装置,其特征在于,所述尾气吸收装置包括冰浴槽(17)、一级碱液吸收装置(18)、二级碱液吸收装置(19),所述一级碱液吸收装置(18)、二级碱液吸收装置(19)均置于冰浴槽(17)内,其中一级碱液吸收装置(18)经一根管路与SO3利用系统(16)连接,一级碱液吸收装置(18)还经另一根管路与二级碱液吸收装置(19)连接,二级碱液吸收装置(19)经另一根管路与大气连通。
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CN110272028A (zh) * | 2019-07-01 | 2019-09-24 | 中国华电科工集团有限公司 | So3标准气体制备装置及方法 |
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2019
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CN110272028B (zh) * | 2019-07-01 | 2023-12-01 | 中国华电科工集团有限公司 | So3标准气体制备装置及方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |