专利名称：用于对包含具有很高的易吸附性的气体组分的烟道气体进行取样以便分析的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对分析物烟道气体进行取样的方法，该分析物烟道气体包含具有很高的易吸附性(即有很高的吸附性)的气体组分。该方法用于非常精确地确定包含在烟道气体中的少量氨气，且所获得的分析数据用于调节加在烟道气体NOx去除装置中的氨气水平。
背景技术：
按照常规，通常通过湿形式(wet-format)分析(包括从烟道气体中就地对分析物进行取样)或通过气体监测来进行烟道气体的气体组分分析。在烟道气体分析中，能够在取样步骤中在没有特殊技术问题的情况下对气体组分例如氧化氮和氧化硫进行取样，并能够很容易地以目标精度来对其进行确定。
在本发明中，要确定的气体组分(例如氨气)具有很高的可吸附性。这些气体组分在烟道气体的取样过程中将大量吸附在烟道气体取样管的内壁上。因此，当采用普通的取样方法时，取样的气体的一部分吸附在管的内壁上，并保持在管中，从而不能获得很高精度的测量结果。
为了解决上述问题，至今已经大致通过加热一气体取样管来减小该吸附问题。另外，JIS K0099规定了烟道气体氨分析方法，其中采用防止气体吸附的测量，例如加热一烟道气体引入管。由JIS K0099规定的方法是通过人工操作而在对烟道气体进行取样的普通设备中采用的标准方法。
当在烟道气体取样部位(例如布置在电站中的比较大型的锅炉烟道)中进行自动、连续的气体监测时，本发明人以前采用一种气体取样方法，其中采用装备有大型加热机构的烟道气体取样管，且大量烟道气体通过抽吸而被引入自动分析器。该方法在日本专利No.3229088和3322420中公开。
不过，当采用上述方法时，由于气体取样管的不充分加热或管的不充分加热区域而产生气体组分的吸附问题。因此，当用于微量分析以便在很高精度下确定大约100至大约1ppm浓度时，该方法并不令人满意。吸附性将导致要分析的气体组分的损失。
具体地说，在上述方法中，烟道气体通过抽吸而被引入吸收液体中，该吸收液体吸收包含在烟道气体中的氨，并确定捕获于吸收液体中的氨的量，从而获得烟道气体的氨含量。在该步骤中，包含在烟道气体中的一部分氨吸附在气体取样管的表面上或其它相关部分上。因此，所吸附的气体组分不能被捕获于吸收瓶中。
当产生上述现象时，获得的分析值小于预期值。在这种情况下，本发明涉及对在日本专利No.3229088和3322420中所述的烟道气体取样管部分的改进。
氨是可高度溶于水的组分，并很容易吸附在气体取样管上。因此，在对氨进行取样时，取样管通常被加热，以便抑制露水的形成和氨的吸附。这时，可以充分加热整个气体取样管，以便完全加热那些未充分加热的部分。因此，为了特别在取样管的连接部位和类似部位中获得充分的加热效果，需要技术诀窍和技能。
前述普通方法对于烟道气体的微组分分析并不令人满意。因此，本发明的目的是通过收集沉积在烟道气体取样管的表面上的气体组分而提供一种更可靠的气体取样方法，从而提高分析精度。
发明内容
本发明提供了一种气体取样方法，其中，将防止在取样过程中降低分析精度，否则可能由于气体组分沉积在取样管的表面上而使得分析精度降低。根据该方法，由洗涤水来洗涤取样管的内表面，且所形成的洗涤液体与试样液体组合，从而提供组合的试样液体(包含已取样的气体组分和沉积在取样管内表面上的气体组分)。通过分析该试样液体，能够确定整个分析物气体组分，因此，能够显著提高微量分析的分析精度。
为了提供一种气体分析装置(该气体分析装置实现气体取样管的自动洗涤，同时取样管在气体取样过程中安装在烟道气体管上)，取样管需要有非常适于该目的的结构。具体地说，结构要求如下气体取样管具有双管结构；洗涤水被引入在内部管和外部管之间的空间内；在内部管的对着外部管的位置处提供有用于将洗涤水引入取样管中的小通孔；烟道气体能够通过抽吸而由烟道气体抽吸泵收集在气体吸收瓶中；以及洗涤水通过泵被强行引入烟道气体取样管中。而且，根据本发明，前述气体取样通过控制条件来进行，例如小通孔(洗涤水通过该小通孔供给)的位置、洗涤水的量和洗涤时间。
图1是表示本发明的烟道气体取样方法的实施例的示意图。
图2是图1中的烟道气体取样管的放大图，表示了本发明的烟道气体取样方法的实施例。
图3是表示根据本发明的烟道气体取样方法实施例进行的NH3气体(高浓度)取样测试的结果以及其它气体取样测试的结果的曲线图。
图4是表示根据本发明的烟道气体取样方法实施例进行的NH3气体(低浓度)取样测试的结果以及其它气体取样测试的结果的曲线图。
图5是表示根据本发明的烟道气体取样方法实施例和对比方法进行的NH3气体(高浓度)取样测试的结果的直方图。
图6是表示根据本发明的烟道气体取样方法实施例和对比方法进行的NH3气体(低浓度)取样测试的结果的直方图。
下面将介绍附图中所示的参考标号。参考标号根据下面对本发明的说明需要而使用。
1 烟道2 取样管3 烟道气体4 内部管5 外部管
6 小通孔7 凸缘8 密封件9 洗涤液体进口10 气体抽吸进口11 洗涤液体泵12 气体吸收瓶13 洗涤液体14 抽吸泵15 气体流量计具体实施方式
下面将参考附图详细介绍本发明的实施例。图1是本发明的自动测量装置的示意结构。图2是气体取样管部分的放大图。具有单管结构的气体取样管(2)的顶端部分将与流过烟道(1)的烟道气体(3)接触。气体取样管由能承受烟道气体的高温的材料制成，通常由不锈钢制成。气体取样管的直径大约为5mm。
从烟道外部的一部分延伸至凸缘(7)位置的气体取样管的一部分有双管结构(4、5)。气体取样管(2)与烟道气体吸收瓶(12)连接，该烟道气体吸收瓶(12)还与抽吸泵(14)和气体流量计(15)连接。吸收了所关心的烟道气体组分的试样液体被自动收集和传送给自动分析器(未示出)。
将洗涤液体注入内部管和外部管之间的空间(即双管结构(4、5)的内部)内。通过洗涤液体泵(11)来供给洗涤液体，并通过布置在双管结构(4、5)的下游侧的洗涤液体进口(9)而将其注入。
下面将介绍气体取样过程。通过烟道气体抽吸泵(14)的操作，流过烟道(1)的烟道气体通过抽吸而被吸入。烟道气体经过取样管，并传送至气体吸收瓶(12)，在该吸收瓶(12)处吸收分析物气体组分(在本例中为氨)。在完成吸收后，通过抽吸而进一步吸入烟道气体，并通过气体流量计(8)而将其排出。
在收集预定量的烟道气体之后，洗涤液体泵(11)工作，同时抽吸泵(14)继续工作，因此，洗涤液体(13)注入气体取样管的双管结构中。
洗涤液体供给布置在内部管和外部管之间的双管结构(4、5)中，并通过布置在管顶端部分中的小通孔6而注入内部管中(即烟道气体取样管(2)的内部)。
已经注入烟道气体取样管中的洗涤液体通过抽吸而由工作的抽吸泵(14)传送给气体吸收瓶。通过该步骤，洗涤取样管的内表面，因此，沉积在内表面上的氨组分传送给吸收瓶。这样，通过洗涤取样管的内表面，能够更高效和可靠地收集氨。
将进一步介绍在烟道气体取样管的双管结构中产生的现象。对着烟道气体的双管的顶端部分通过与烟道气体接触而被加热至200至300℃。在洗涤液体注入的开始阶段，洗涤液体(在本例中为纯水)在该部分中沸腾。这样产生的蒸汽通过小通孔6而沿气体抽吸方向被吸入。在通过管道的过程中，蒸汽冷却，且形成的水收集在吸收瓶中。
当继续注入洗涤液体时，整个双管冷却。这时，洗涤液体以液体形式通过小通孔(6)而注入。洗涤液体收集在吸收瓶中，从而捕获氨(下文中表示为NH3)。
在通过本发明实施例分析的烟道气体组分中，下面将介绍NH3气体的分析精度。烟道气体取样试验在大型烟道中进行，该大型烟道与布置在热电站中的锅炉连接，该热电站装备有NOX除去装置。三个不同的取样管安装在布置于相同凸缘中的相应烟道气体取样孔处。各取样管有伸入烟道的顶端部分，且长度为1150mm。取样时间、取样间隔和其它条件固定。本发明的取样方法(包含于连续气体测量方法中)与普通的基于加热的取样方法(即日本专利No.3229088和3322420中所述的方法)进行比较。作为参考取样方法(人工分析)，也执行JIS K0099的方法。这三个连续方法分别与JIS方法同时进行。
基于加热的方法在两个不同加热条件下进行。上述方法的烟道气体取样条件如表1中所示。在上述条件下进行的试验的结果如表2、图3、表3和图4中所示。表2和图3表示了在相对较高的NH3浓度(大约130ppm)下进行的试验的结果。连续进行取样，以避免取样条件变化，且取样试验由系列试验号表示。各连续方法与JIS方法(人工分析)同时进行。表3和图4表示了在相对较低的NH3浓度(大约15ppm)下进行的试验的结果。
烟道气体取样条件烟道气体条件烟道气体温度大约350℃灰尘含量大约10g/m3
试验结果(高浓度范围)
试验结果(低浓度范围)
图3和4更清楚地表示了获得的数据。为了更好地理解，图5和6表示了直方图，显示了在通过连续方法确定的浓度和通过JIS方法确定的浓度之间的差值。如图5所示，当基于加热的方法1用于高浓度范围的分析时，获得的浓度值小于通过JIS方法获得的浓度值。这些更小的值可能是由于不能完全捕获NH3。连续确定方法提供了可靠的测量值。
基于加热的方法2提供的浓度值几乎等于通过JIS方法获得的浓度值，显示了方法2获得比方法1更有效的加热。本发明的方法提供的浓度值比通过JIS方法获得的浓度值高得多，显示本发明方法充分捕获NH3。与高浓度范围分析的情况类似，如图6所示，基于加热的方法1在低浓度范围中提供更小的浓度值，但是本发明的方法获得很高的浓度值。因此，本发明的方法明显适于确定从低浓度至高浓度范围的NH3气体浓度。
工业实用性如上所述，根据本发明的烟道气体取样方法，能够明显高精度地确定烟道气体的氨气体组分浓度。如图3至6所示，本发明的方法明显优于普通方法。通过本发明方法与用于连续确定的自动分析器的组合，自动分析器将有更大价值。
权利要求
1.一种用于对分析物烟道气体进行取样的方法，与自动烟道气体测量装置相关，该分析物烟道气体包含具有高吸附性的气体组分，其特征在于，该方法包括提供一气体取样管，该气体取样管具有包括内部管和外部管的双管结构；使得已取样的气体流过内部管；将用于洗出沉积在内部管表面上的烟道气体组分的洗涤液体注入在内部管和外部管之间的空间内；通过布置在内部管的、对着外部管的位置处的小通孔而将洗涤液体注入内部管内，烟道气体通过该内部管；以及将洗涤液体收集在烟道气体吸收瓶中，从而收集沉积在烟道气体取样管表面上的气体组分。
全文摘要
本发明的目的是对于微量氨获得非常精确的烟道气体分析，以便控制加在烟道气体NOx除去装置上的氨气水平。因为要确定的氨气具有很高的可吸附性，因此在烟道气体的取样过程中，气体组分大量吸附在烟道气体取样管的表面上。当采用普通取样方法(包括加热一气体取样管)时，取样的气体的量在气体取样过程中通过吸附而减少，从而不能获得非常精确的浓度值。因此，代替普通的基于加热的方法的高精度气体取样方法包括通过吸收液体(因此用作洗涤液体)完全洗出沉积在烟道气体取样管(2)的内壁上的目标氨气，从而完全收集气体组分。通过分析所获得的洗涤液体，能够进行高精度的分析。
文档编号G01N1/22GK1926423SQ200480042648
公开日2007年3月7日 申请日期2004年4月1日 优先权日2004年4月1日
发明者岛田裕, 田村晋也, 德永直行, 吉川惠 申请人:中国电力株式会社