本發(fā)明涉及燃煤煙氣成分的檢測方法，特別涉及一種SO₃在線檢測的方法及裝置。

背景技術(shù)：

我國的能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，煤燃燒過程中，其中的硫元素大部分以SO₂形式存在于煙氣中，小部分SO₂轉(zhuǎn)化為SO₃，一般情況下，在爐膛中大約有1-2％的SO₂被氧化成SO₃。此外，隨著火電廠大氣污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)《GB-13223-2011》的頒布，煙氣SCR脫硝工藝在火電廠得到了廣泛應(yīng)用。商用SCR催化劑會促進(jìn)SO₂的氧化，提高了煙氣中SO₃的含量，目前燃煤SO₂污染控制已經(jīng)達(dá)到超低排放的水平，SO₃的污染控制成為當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)。

SO₃是一種危害嚴(yán)重的污染性氣體，其危害主要體現(xiàn)在以下三方面：(一)，當(dāng)煙氣中的SO₃過含量超過10ppm時，就會對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，煙氣中的SO₃會與水蒸氣結(jié)合生成及其微小的硫酸霧滴，降低煙氣的透明度，導(dǎo)致“藍(lán)羽”現(xiàn)象的發(fā)生。(二)，煙氣中SO₃含量的增加會大幅度提高煙氣的酸露點(diǎn)，給鍋爐系統(tǒng)造成腐蝕現(xiàn)象。(三)，對于SCR脫硝工藝，SO₃還會與過量的NH₃反應(yīng)生成硝酸銨和硝酸氫銨，堵塞催化劑表面的微孔，縮短催化劑的使用壽命，對SCR反應(yīng)產(chǎn)生不良影響。SO₃的在線檢測是實(shí)現(xiàn)SO₃控制監(jiān)管的重要前提，因此需要高精度的SO₃在線檢測設(shè)備。

目前SO₃測量的方法分為取樣分析法和在線檢測法兩類。取樣分析法主要包括控制冷凝法、螺旋管法和異丙醇吸收法?？刂评淠ê吐菪芊ǘ际菍煔庠谝欢ǖ臏囟认逻M(jìn)行冷凝，使煙氣中的SO₃在收集器中凝結(jié)，然后用去離子水沖洗收集器，通過檢測水中的硫酸根離子含量，得到煙氣中SO₃的含量；異丙醇吸收法則是通過異丙醇實(shí)現(xiàn)SO₃的吸收，最后溶于水檢測硫酸根離子的含量?？刂评淠ā⒙菪芊ê彤惐嘉辗o法實(shí)現(xiàn)SO₃的高精度在線測量，而且煙氣取樣與過濾為高溫過程，而SO₃的冷凝和吸收均為低溫過程，因此存在從高溫到低溫的冷凝段，該過程中SO₃會在管壁沉積，而且低溫吸收過程中由于SO₃由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液滴或氣溶膠，導(dǎo)致吸收不完全，這些都對測量的精度產(chǎn)生不利的影響。SO₃在線檢測方法主要包括Pentol公司的在線檢測方法和浙江大學(xué)開發(fā)的SO₃在線檢測方法。Pentol公司的在線檢測設(shè)備能實(shí)現(xiàn)SO₃的在線檢測，但該方法仍然采用異丙醇對SO₃進(jìn)行吸收，然后再對吸收液進(jìn)行檢測；浙江大學(xué)(申請?zhí)?01310376879.5)開發(fā)的SO₃在線檢測設(shè)備后檢測吸收液中離子濃度。這兩種在線檢測方法的核心仍然是控制冷凝法和異丙醇吸收法，無法避免冷凝過程中SO₃的沉積和吸收不完全的問題，影響測量精度；此外，這兩種在線檢測方法的實(shí)現(xiàn)主要采用分光光度計(jì)法，儀器的便攜性、穩(wěn)定性存在問題。

本領(lǐng)域中已經(jīng)公開和發(fā)展了多種SO₃測試技術(shù)，申請?zhí)枮?01310376879.5的專利公開了一種煙氣中三氧化硫的在線檢測裝置及方法，裝置包括煙氣采集單元、氣液分離器、氣相檢測單元、第一溶液罐、液相檢測單元和數(shù)字控制單元。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了煙氣中SO₃的在線測量，對煙氣中的SO₃進(jìn)行采樣，并分析出SO₃的含量。該方法用低溫冷凝實(shí)現(xiàn)SO₃的分離，然后用異丙醇或水吸收分離后的SO₃并與鋇鹽形成沉淀，最后通過分光光度計(jì)對液相進(jìn)行檢測得到SO₃的含量，該方法采用低溫冷凝的采樣方法，采樣過程中SO₃的沉積和吸收不完全的問題，影響測量精度，且較復(fù)雜，不便于現(xiàn)場檢測。

專利201410125511.6公開了一種三氧化硫氣體濃度的檢測與控制方法：使用光源發(fā)出光束，使光束穿過反應(yīng)腔體的一端到達(dá)另一端。通過測量光敏電阻的電阻值大小即可檢測反應(yīng)腔體中三氧化硫氣體的濃度。該方法操作簡單，但受到煙氣中飛灰、水蒸氣以及其他組分的影響，難以準(zhǔn)確測量SO₃的含量。

申請?zhí)枮?01510562239.2的發(fā)明提供了一種三氧化硫分析儀器及方法，通過采樣槍采集煙氣，然后與異丙醇溶液在洗氣瓶內(nèi)混合，三氧化硫被吸收為硫酸根離子；將樣品液抽送至反應(yīng)器，與氯冉酸鋇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鋇并釋放出等當(dāng)量的氯冉酸根離子；利用分光光度計(jì)測量反應(yīng)液中的氯冉酸根離子濃度，從而得到樣品液中的硫酸根離子濃度，計(jì)算出煙氣中的三氧化硫濃度。該方法仍然屬于異丙醇吸收法，儀器繁多，操作復(fù)雜，且無法避免低溫吸收帶來的缺點(diǎn)。

申請?zhí)?01520621768.0公開了一種便攜式三氧化硫化學(xué)吸收自動采樣裝置，包括取樣管、過濾器，化學(xué)吸收裝置、控制裝置。該方法采用吸收液對采樣煙氣中的SO₃進(jìn)行吸收，由于低溫下SO₃為硫酸霧、硫酸液滴狀態(tài)，存在吸收不完全的問題，影響測量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種SO₃在線檢測的方法及裝置，具有測量精度高、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡單、不受人為因素的干擾等優(yōu)點(diǎn)。

一種SO₃在線檢測的方法，將采集后煙氣控溫至高于SO₃凝結(jié)溫度，再將控溫后的煙氣與氯鹽進(jìn)行反應(yīng)，并控制反應(yīng)的溫度高于SO₃凝結(jié)溫度，檢測反應(yīng)后煙氣中HCl的濃度，根據(jù)該濃度及煙氣中原有HCl的初始濃度得出實(shí)際產(chǎn)出的HCl的濃度，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)出的HCl的濃度計(jì)算得出煙氣中SO₃的濃度，其中，所述氯鹽為能夠與SO₃反應(yīng)生成HCl的氯化物或若干種氯化物的混合物。

所述的SO₃凝結(jié)溫度為氣態(tài)SO₃可與水蒸氣結(jié)合并轉(zhuǎn)化為液態(tài)的最高溫度。

優(yōu)選的，采集未與氯鹽接觸的煙氣并檢測煙氣中原有HCl的初始濃度；然后檢測與氯鹽接觸、反應(yīng)后的煙氣中HCl的濃度，反應(yīng)后的煙氣中HCl的濃度減去原有HCl的初始濃度即得到實(shí)際產(chǎn)出的HCl的濃度，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)出的HCl的濃度計(jì)算得出煙氣中SO₃的濃度。

檢測煙氣中原有HCl的初始濃度的步驟與檢測反應(yīng)后煙氣中HCl的濃度的步驟可以調(diào)換。

進(jìn)一步優(yōu)選的，煙氣的采集方法為等速采樣法。采氣流速大于或小于采樣點(diǎn)煙氣流速都將導(dǎo)致測量誤差，本發(fā)明采用等速采樣法能夠提高檢測煙氣中SO₃的含量的精度。

進(jìn)一步優(yōu)選的，當(dāng)將控溫后的煙氣與鹽進(jìn)行反應(yīng)時，將煙氣除去飛灰后與鹽進(jìn)行反應(yīng)；當(dāng)檢測煙氣中原有HCl的初始濃度時，將煙氣除去飛灰后檢測煙氣中原有HCl的濃度。除去飛灰的優(yōu)點(diǎn)在于：避免飛灰沉積堵塞采樣煙氣通道，避免飛灰的存在影響HCl的測量精度。

優(yōu)選的，所述氯化物為氯化鈣、氯化鉀、氯化銅、氯化鋇或氯化鈉。

優(yōu)選的，煙氣的溫度控制至200℃以上。

進(jìn)一步優(yōu)選的，煙氣的溫度控制至260℃以上。

優(yōu)選的，HCl的檢測方法為電化學(xué)法檢測、在線質(zhì)譜檢測或紅外檢測。

一種SO₃在線檢測的裝置，包括煙氣采集部件、煙氣動力部件、溫控部件、反應(yīng)部件、控制部件及HCl檢測部件，所述煙氣采集部件、反應(yīng)部件及HCl檢測部件依次連接，所述反應(yīng)部件為并聯(lián)的空白部件與鹽吸收部件，所述煙氣動力部件使所述煙氣采集部件采集煙氣，且所述煙氣動力部件能夠?yàn)椴杉療煔獾妮斔吞峁﹦恿Γ鰷乜夭考刂撇杉臒煔獾臏囟?、煙氣輸送至鹽吸收部件過程的溫度及鹽吸收部件的溫度均高于SO₃凝結(jié)溫度，所述鹽吸收部件內(nèi)盛放氯鹽，所述控制部件控制煙氣流經(jīng)空白部件或鹽吸收部件。

一種SO₃在線檢測的裝置，包括鹽吸收支路、空白支路、煙氣動力部件、溫控部件、控制部件及HCl檢測部件，所述鹽吸收支路與HCl檢測部件連接，所述空白支路與鹽吸收支路并聯(lián)，所述鹽吸收支路包括第一煙氣采集部件和鹽吸收部件，所述第一煙氣采集部件采集的煙氣經(jīng)鹽吸收部件進(jìn)入HCl檢測部件，所述空白支路包括第二煙氣采集部件和空白部件，所述第二煙氣采集部件經(jīng)空白部件進(jìn)入HCl檢測部件，所述煙氣動力部件使所述煙氣采集部件采集煙氣，且所述煙氣動力部件能夠?yàn)椴杉療煔獾妮斔吞峁﹦恿?，所述溫控部件控制采集的煙氣的溫度、煙氣輸送至鹽吸收部件過程的溫度及鹽吸收部件的溫度均高于SO₃凝結(jié)溫度，所述鹽吸收部件內(nèi)盛放氯鹽，所述控制部件控制煙氣流經(jīng)空白部件或鹽吸收部件。

其中，溫控部件可以對空白部件所在的支路控溫至高于SO₃凝結(jié)溫度，也可以不對空白部件所在的支路進(jìn)行控溫。

優(yōu)選的，所述煙氣采集部件、第一煙氣采集部件、第二煙氣采集部件均為能夠?qū)煹纼?nèi)煙氣輸送至本發(fā)明裝置中的管道部件。例如采樣頭、采樣管等。

優(yōu)選的，所述煙氣動力部件為能夠?qū)煹纼?nèi)煙氣內(nèi)氣體吸入至本發(fā)明裝置的動力部件。例如可控制氣體流量的采樣泵或可控制氣體流量的抽氣泵等。

優(yōu)選的，所述溫控部件為根據(jù)檢測的溫度控制加熱裝置將溫度控制至設(shè)定溫度以上。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述設(shè)定溫度為200℃。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述設(shè)定溫度為260℃。

其中，所述空白部件為沒有盛放氯鹽的部件。如沒有盛放氯鹽的鹽吸收部件、沒有盛放氯鹽的連接管、或沒有盛放氯鹽的容器等。

優(yōu)選的，所述控制部件為開關(guān)組件或三通閥。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述閥門組件包括開關(guān)A和開關(guān)B，開關(guān)A設(shè)置在鹽吸收部件所在的支路上，開關(guān)B設(shè)置在空白部件所在的支路上。

優(yōu)選的，在煙氣采集部件與反應(yīng)部件之間設(shè)有過濾部件，或所述反應(yīng)部件中鹽吸收裝置的上游及所述空白部件所在支路上均設(shè)有過濾部件。

優(yōu)選的，所述第一煙氣采集部件與鹽吸收部件之間設(shè)置第一過濾部件；所述空白支路上的第二煙氣采集部件的下游設(shè)置第二過濾部件。

其中，過濾部件、第一過濾部件和第二過濾部件均能夠去除煙氣中的飛灰。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述過濾部件的濾芯采用的材料為燒結(jié)金屬、陶瓷、石英棉或纖維。

優(yōu)選的，所述煙氣采集部件和鹽吸收部件通過連接管連接，所述溫控部件控制連接管的溫度高于SO₃凝結(jié)溫度；所述空白部件為第二連接管。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述鹽吸收部件可拆卸地安裝在連接管內(nèi)。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述鹽吸收部件為兩側(cè)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的中空的筒狀裝置。

優(yōu)選的，所述煙氣采集部件為碳鋼管、不銹鋼管、聚四氟乙烯管或氟膠管。

優(yōu)選的，所述煙氣采集部件的進(jìn)氣口直徑為2mm-16mm。

優(yōu)選的，所述煙氣動力部件安裝在HCl檢測部件之后。

優(yōu)選的，所述HCl檢測部件為電化學(xué)檢測裝置、在線質(zhì)譜檢測裝置或紅外檢測裝置。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明將煙氣加熱至SO₃凝結(jié)溫度之上，避免SO₃凝結(jié)，之后用氯化物對SO₃進(jìn)行吸收反應(yīng)產(chǎn)生氯化氫，避免了控制冷凝法和異丙醇吸收法中SO₃在管壁的凝結(jié)及吸收不完全導(dǎo)致測量不精確的弊端。

2.本發(fā)明采用等速采樣的方式抽取煙氣，然后將煙氣加熱至SO₃凝結(jié)溫度之上，避免SO₃的凝結(jié)，通過過濾裝置去除煙氣中的飛灰，之后用氯化物對SO₃進(jìn)行吸收反應(yīng)產(chǎn)生氯化氫，最后通過檢測反應(yīng)生成的氯化氫的含量分析得到SO₃的含量，具有操作簡單、精度高、人為操作誤差小的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為鹽吸收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1.采樣頭，2.連接管，3.加熱裝置，4.過濾裝置，5.閥門A，6.閥門B，7.鹽吸收裝置，8.溫控裝置，9.連接彎管，10.氯化氫檢測裝置，11.采樣泵，12.第二連接管，13.筒狀裝置，14.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，15.鉤子，16.第二采樣頭，17.第二過濾裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種SO₃在線檢測的裝置，包括采樣頭1、連接管2、加熱裝置3、過濾裝置4、閥門A5、閥門B6、鹽吸收裝置7、溫控裝置8、氯化氫檢測裝置10和采樣泵11，采樣頭1連接在連接管2的一端，用于對煙氣進(jìn)行等速采樣，加熱裝置3設(shè)置在連接管2外側(cè)，用于對煙氣進(jìn)行加熱，過濾裝置4設(shè)置于連接管2的前部，用于去除煙氣中的飛灰，鹽吸收裝置7設(shè)置于連接管2的后部，用于吸收煙氣中的SO₃，連接管2的另一端通過連接彎管9與氯化氫檢測裝置10連接，所述連接彎管9上設(shè)有閥門B6，氯化氫檢測裝置10用于檢測氯化氫的含量，溫控裝置8位于加熱裝置末端，用于對加熱溫度進(jìn)行調(diào)整和控制，采樣泵11位于氯化氫檢測裝置下游，用于控制采樣流量。

過濾裝置4后設(shè)置第二連接管12，第二連接管12與鹽吸收裝置7并聯(lián)，第二連接管12的進(jìn)口設(shè)置在過濾裝置4與鹽吸收裝置7之間的連接管2上，第二連接管12上設(shè)有閥門A5，第二連接管12后端與氯化氫檢測裝置10連通。

采樣頭1直徑為7mm(煙氣流速為15m/s)。

連接管2為碳鋼管。

過濾裝置4為燒結(jié)金屬的濾芯。濾芯為多孔圓柱狀結(jié)構(gòu)，濾芯恰好能與連接管2配合。

如圖2所示，鹽吸收裝置7為兩側(cè)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)14的中空的筒狀裝置13，筒狀裝置13的恰好能與連接管2配合，在鹽吸收裝置7的筒外壁上設(shè)有密封圈，且密封圈的外徑略大于連接管內(nèi)徑，使鹽吸收裝置7恰好能夠安裝在連接管2內(nèi)，同時保證鹽吸收裝置7與連接管2的無縫安裝，筒狀裝置13的一側(cè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)14上設(shè)有鉤子15，方便拆卸和安裝鹽吸收裝置7。

鹽吸收裝置7內(nèi)的鹽為氯化鈉。

氯化氫檢測裝置10為電化學(xué)檢測裝置。

煙氣(模擬煙氣，模擬煙氣溫度為300℃，模擬煙氣中SO₃的含量為12.0ppm)以等速采樣的方式通過采樣頭1進(jìn)入連接管2(采樣頭1應(yīng)放入煙氣中一段時間，確保其與煙氣溫度相同后才開始采樣)，連接管2外布置加熱裝置3對煙氣加熱至240℃，避免SO₃的凝結(jié)；隨后借助過濾裝置4去除煙氣中的飛灰，之后煙氣分為兩路，可通過閥門進(jìn)行切換，一路通過閥門A5(此時閥門B6關(guān)閉)，由第二連接管12直接進(jìn)入電化學(xué)檢測裝置，測量原始煙氣中HCl的初始濃度，另一路進(jìn)入鹽吸收裝置7(此時閥門B6開啟，閥門A5關(guān)閉)，檢測反應(yīng)后煙氣中氯化氫的濃度(其原理為：煙氣中的SO₃與氯鹽反應(yīng)生成硫酸鹽，同時生成氯化氫，然后煙氣進(jìn)入電化學(xué)檢測裝置)，兩路煙氣中氯化氫濃度的差值為反應(yīng)生成氯化氫的濃度為23.7ppm，計(jì)算得到煙氣中SO₃的含量為11.85ppm，最后煙氣經(jīng)采樣泵11排出。

實(shí)施例2

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于：

采樣頭1直徑為12mm(煙氣流速為5m/s)。

連接管2為不銹鋼管。

過濾裝置4為陶瓷的濾芯。

鹽吸收裝置7內(nèi)的鹽為氯化鉀。

氯化氫檢測裝置10為紅外檢測裝置。

連接管2外布置加熱裝置3對煙氣加熱至260℃。

煙氣采用SO₃含量為70.1ppm的模擬煙氣。

檢測得到的反應(yīng)生成氯化氫的濃度為134.7ppm，得到煙氣中SO₃的濃度為67.35ppm。

實(shí)施例3

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于：

采樣頭1直徑為9mm(煙氣流速為10m/s)。

連接管2為聚四氟乙烯管。

過濾裝置4為石英棉的濾芯。

鹽吸收裝置7內(nèi)的鹽為氯化銅。

氯化氫檢測裝置10為在線質(zhì)譜檢測裝置。

連接管2外布置加熱裝置3對煙氣加熱至300℃。

煙氣采用SO₃含量為12.3ppm的模擬煙氣。

檢測得到的反應(yīng)生成氯化氫的濃度為25.3ppm，得到煙氣中SO₃的含量為12.65ppm。

實(shí)施例4

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于：

采樣頭1直徑為8mm(煙氣流速為12m/s)。

連接管2為氟膠管。

過濾裝置4為纖維的濾芯。

鹽吸收裝置7內(nèi)的鹽為氯化鈣與氯化鉀的混合物。

連接管2外布置加熱裝置3對煙氣加熱至400℃。

煙氣采用SO₃含量為30.6ppm的模擬煙氣。

檢測得到的反應(yīng)生成氯化氫的濃度為62.4ppm，得到煙氣中SO₃的含量為31.2ppm。

實(shí)施例5

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于：

采樣頭1直徑為6mm(煙氣流速為15m/s)，

連接管2為聚四氟乙烯管。

過濾裝置4為陶瓷的濾芯。

鹽吸收裝置7內(nèi)的鹽為氯化鋇與氯化鈉的混合物。

連接管2外布置加熱裝置3對煙氣加熱至260℃。

煙氣采用SO₃含量為7.2ppm的模擬煙氣。

檢測得到的反應(yīng)生成氯化氫的濃度為15.0ppm，得到煙氣中SO₃的含量為7.5ppm。

實(shí)施例6

本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于：如圖3所示，第二連接管12的進(jìn)口連接第二采樣頭16，第二連接管內(nèi)設(shè)有第二過濾裝置17，第二過濾裝置17與過濾裝置4的規(guī)格相同。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。