一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法与流程

本发明涉及一种烟气中水蒸气脱除系统及方法，涉及烟气中含水蒸气时so2气体测量技术领域。

背景技术：

随着全球气候变暖，co2减排势在必行，富氧燃烧技术是最有前景的co2捕集技术。富氧燃烧过程中水蒸气的浓度要高于传统的燃烧方式，水蒸气存在时，对烟气成分测量的准确性将会产生很大影响，尤其是对易溶于水的so2等气体的测量，影响明显。即使在煤和石油传统的燃烧方式下产生的烟气中也含有10％到15％的水蒸气，当采用烟气脱硫后更会增加烟气中的水蒸气含量^[i]。

通常情况下，当气体中存在大量水蒸气时，会对在线测量产生诸多影响，具体表现为：1、水蒸气有很强的吸收红外辐射能力，它在2-7μm的波长范围内有21个吸收峰，是一种较难对付的干扰组分，红外法测量时，直接影响测量结果的精度，当所测气体中水蒸气含量超过10％时，会使co2、no、so2等测量值存在较大误差；2、多量水存在时，若水蒸气在管道内冷凝，会使酸性气体(co2，h2s，so2)溶于水，形成相应酸性溶液，对管路腐蚀作用加剧；3、多量水存在时，若水蒸气在管道内冷凝，会使易溶于水的气体测量值偏低；4、水蒸气存在时，若采用气相色谱质谱测量，会使色谱柱中毒，影响检测结果[ii]。因此，为了保证在线仪器的正常运行和测量结果的准确性，需要对含水蒸气的烟气进行预脱水处理。

常见的脱除水蒸气的方法有水气分离器除水，干燥剂除水等，常用的干燥剂有无水氯化钙、硅胶、分子筛、高氯酸镁等，选用干燥剂时应注意不能与所测气体发生反应或吸附。硅胶、分子筛和无水氯化钙很容易吸附so2，从而影响测量结果，高氯酸镁虽然能够干燥so2，但其使用成本昂贵。且多数干燥剂在除水的过程中，水蒸气会液化积累，so2易溶于水从而导致其测量值偏低，因此需要找到合适的方法对样气进行除水。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对烟气中水蒸气含量会对烟气成分测量准确性产生影响，现有除水方法不能很好地解决对so2吸附和溶解的问题，进而提供了一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种烟气中水蒸气快速脱除系统，所述系统包括伴热带、采样管、n个干燥瓶、n-1个中间管、输出管、干冰冷却装置、过滤器和so2气体分析仪，所述n个干燥瓶分散置于干冰冷却装置内，n个干燥瓶通过n-1个中间管连通在一起；伴热带缠绕在采样管的一端上，采样管的另一端插装在连通在一起的n个干燥瓶中的第一个干燥瓶内，连通在一起的n个干燥瓶中的最后一个干燥瓶与输出管连通；在输出管上安装有so2气体分析仪，所述最后一个干燥瓶与so2气体分析仪之间的输出管上还安装有过滤器。

n为大于或等于2的整数。其取值范围可以是2至10或更多，可取4、6、或8等。

进一步地，伸入干燥瓶内的内管，其伸入瓶内长度为瓶身高度1/2～3/4。

进一步地，所述干燥瓶当其容积为500ml，其直径为50mm，其总高260mm，其瓶身高200mm，伸入瓶内的内管体最粗处直径为22mm。

进一步地，采样管为316l钢制作的采样管，过滤器为316l钢制的过滤器。

进一步地，so2气体分析仪采用傅里叶变换红外气体分析仪(ftir)，测量误差为标定量程的±2％。

一种利用上述系统的烟气中水蒸气快速脱除方法，所述方法的实现过程为：

进入干冰冷却装置前采样管内的烟气由伴热带全程150℃～170℃伴热；

含水蒸气的烟气经采样管后依次通入干冰冷却装置中的干燥瓶内，之后经过滤器进入烟气分析仪。

进一步地，控制烟气的流量为1.5l/min～2.5l/min。

进一步地，进入干冰冷却装置前采样管内的烟气由伴热带全程160℃伴热。

进一步地，所述烟气中含有10％～15％(体积)的水蒸气。

本发明能够实现迅速脱水的基本原理：含有水蒸气的热烟气经干冰冷却装置，被迅速冷却下来。干冰熔点为-78℃，沸点为-57℃，干冰在升华的过程中会使周围的温度降低到-20℃。而so2的沸点为-10℃，当气体中含有的so2浓度较低时，其分压较低，沸点会相应降低。实验结果表明，干冰能够使烟气中的水蒸气迅速冷凝成固体，但不会使低浓度的so2液化，从而能够快速脱除烟气中的水蒸气，进而实现对so2的精确测量。同时，由于co2、co、ch4的沸点分别为-56.5℃、-191.5℃、-161.5℃，干冰对其含量均不会产生影响，其测量值也不会受到影响。

本发明具有以下有益技术效果：

如图2、图3所示，向系统中通入10％水蒸气和550ppmso2标准气体混合气体，经过干冰快速冷却装置，so2的总量没有发生变化；将煤样放在反应管中，通入氩气，产生的热解气分别经过干冰冷却和不经过干冰冷却，其so2测得的总量误差较小，说明干冰在将水蒸气迅速冷却成冰的同时不会对so2的测量产生影响，可见干冰快速冷却脱除水蒸气的方法可行。通过发明提出的“一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法”可以达到对含烟气中水蒸气快速脱除的效果，从而可以达到准确测量烟气中so2的目的。含水蒸气的烟气经采样管后通入干冰冷却装置，之后经过滤器进入烟气分析仪。烟气进入干冰冷却装置前由伴热带全程160℃伴热，可防止水蒸气液化。本发明也适于实验室用。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构示意图，

其中：1—采样管，2—干燥瓶，3—干冰，4—过滤器，5—so2气体分析仪；

图2为在10％水蒸气含量下通入浓度为500ppm的so2标准气体时，经干冰冷却与未经干冰冷却，傅里叶变换红外光谱气体分析仪(ftir)检测的so2浓度对比结果；

图3为500℃，不含水蒸气进行热解实验，经干冰冷却与未经干冰冷却，ftir检测的so2浓度对比结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做一步说明。需要指出的是，具体实施例只用于说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，而不代表本发明的实施方式仅局限于此。

如图1所示，一种烟气中水蒸气快速脱除系统及方法，包括采样管2，干冰快速冷却装置包括干燥瓶6和干冰冷却装置3，过滤器4和气体分析仪5；干燥瓶3为特制玻璃干燥瓶，其容积、内外管直径和长度均会对冷却效果产生影响。为使达到很好的冷却效果且不易堵塞，瓶身外径应尽量小，而内管直径应尽量大，且内管伸入瓶内长度对冷却效果也有影响，不可太长，也不可太短，长度约为瓶身高度1/2即可。当其容积为500ml，直径为50mm，总高260mm，瓶身高200mm，内管最粗处直径为22mm，气体流量为1.5l/min时，可实现较好的冷却效果。

实施例一：如图2，通入体积占比为10％的h2o和浓度为500ppm的so2标准气体，用氩气进行平衡，用傅里叶变换红外光谱气体分析仪5进行在线实时监测，经干冰冷却后，水蒸气迅速凝华为冰，测得so2浓度约为550ppm，折算掉因水的减少而对气体体积的影响后，so2折算后浓度约也约为500ppm，没有因干冰的加入而受影响。

实施例二：如图3，在500℃时进行了热解实验，实验产生的热解气分别经干冰冷却和未经干冰冷却，用傅里叶变换红外光谱气体分析仪5进行在线实时监测，曲线代表实验过程中so2产生的实时浓度，曲线最大值不同在于干冰冷却过程中增加了干燥瓶，气体存在置换现象，使最大值降低。曲线的积分值代表产生的so2总量，四条曲线积分值分别为4853.015，4682.63，4309.195和4326.025，可见误差在允许的范围内。

本发明中援引的参考文献：

[1]樊保国,祁海鹰,由长福,徐旭常.烟气中的凝结水对so2浓度测量的影响[j].燃烧科学与技术,2002(05):453-456.

[2]刘有法.也谈样气预处理除水[j].化工自动化及仪表,1984(05):52-54.