一种烟气中SO3自动测量装置及方法与流程

本发明涉及污染物测试领域，特别涉及一种烟气中so3自动测量装置及方法。

背景技术：

so3是燃煤电厂重要污染物，其危害为：(1)提高酸露点，加快设备腐蚀，对燃煤电厂安全性和经济性造成威胁；(2)增加排烟不透明度或产生蓝烟，易引发群众对污染状况的担忧；(3)细微颗粒物形成的重要前体物质，加重空气污染；(4)刺激耳鼻喉及呼吸系统，危害身体健康；(5)与汞竞争活性炭的吸附位，影响烟气汞的脱除效果。鉴于上述原因，开展燃煤电厂so3治理至关重要，关键在于烟气中so3的测量。

so3的检测技术一直是难点，首先so3化学性质活泼，易与其他物质产生反应；在烟气中so3的浓度相对于so2浓度较小，而so2对so3的测量产生很大的影响，所以测量易产生误差；so3在烟气中与水蒸气结合产生硫酸，硫酸在500℃以下时会与水产生共沸物；当温度下降时，硫酸易冷凝，冷凝后的硫酸会与烟道及测量管路产生反应，造成测量结果偏低。以致于现有技术中，so3的测量精度较低、可靠性差、自动化程度不强。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种烟气中so3自动测量装置，还提供了一种烟气中so3自动测量方法，以解决上述问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种烟气中so3自动测量装置包括采样系统、收集系统、分析系统和控制系统，烟气1进入采样系统中，其中的采样系统、收集系统、分析系统经管道依次连接，所述采样系统、收集系统、分析系统均信号连接于控制系统；其中采样系统包括采样枪、过滤器和压缩空气系统，所述采样枪的一端安装有过滤器，所述采样枪的端部上方还经管道连接有压缩空气系统；采样系统还包括经管道顺次连接的逆止阀、流量计、抽气泵，所述逆止阀远离流量计的一端经管道连接于样品收集瓶；收集系统包括冷凝器、烧结玻璃滤器、超级恒温水浴锅、淋洗液容器和样品收集瓶，所述淋洗液容器、冷凝器、烧结玻璃滤器、样品收集瓶经管道顺次连接，且烧结玻璃滤器内置于冷凝器的底部，所述超级恒温水浴锅的一端经管道连接于冷凝器的侧面上方，所述超级恒温水浴锅的另一端经管道连接于冷凝器的侧面下方，所述冷凝器的顶部还经管道连接于采样枪的端部；分析系统包括比色装置、搅拌器、指示剂容器和碱液容器，所述样品收集瓶、指示剂容器、碱液容器分别经管路与比色装置连接，所述比色装置下方还设有搅拌器。

采样系统由采样枪、过滤器、压缩空气系统等组成，烟气在采样枪中加热升温，经过滤器去除粉尘；采样结束后，启动压缩空气系统对采样枪和过滤器进行反冲洗；采样系统中的抽气泵用于抽取烟气；流量计用于计算抽取烟气量；鉴于废气需返回采样烟道，还设置了逆止阀防止烟气反串。收集系统由冷凝器、烧结玻璃滤器、超级恒温水浴锅、淋洗液容器、样品收集瓶等组成，烟气中so3被冷凝器和烧结玻璃滤器捕集，经淋洗液容器中流出的淋洗液洗涤后进入样品收集瓶；其中，超级恒温水浴锅和冷凝器相连，冷凝器由玻璃管和内部的螺旋管组成，玻璃管内部和螺旋管外部空间充水，其由超级恒温水浴锅提供，使得冷凝器保持65℃-80℃的恒温，若是温度过低，水分会冷凝，影响测量结果；若是温度过高，三氧化硫不能全部捕集，影响测量精度。分析系统由比色装置、搅拌器、指示剂容器、碱液容器等组成，自样品收集瓶抽取一定量淋洗液进入比色装置并加入指示剂容器中的指示剂，启动搅拌器，随后以一定速率加入碱液容器中的碱液直至溶液颜色符合程序设定为止。控制系统内置逻辑模块，控制采样系统、收集系统、分析系统分别按照各测量步骤顺序并采集动作信号进行计算。

前述的烟气中so3自动测量装置还包括比色光源，控制系统内置有控制器，所述比色光源电性连接于控制器。其中比色光源波长530nm，不同颜色的吸光度不同，反馈到控制器的信号不同，借此判断滴定终点；控制器是控制系统的一部分，用于信号反馈并控制滴定终点。

前述的烟气中so3自动测量装置还包括阀门，所述采样枪上靠近过滤器的一端安装有阀门；所述采样枪与冷凝器之间的连接管道上也安装有阀门；所述冷凝器与淋洗液容器之间的连接管道也安装有阀门。

前述的烟气中so3自动测量装置还包括蠕动泵a、蠕动泵b、蠕动泵c、蠕动泵d，所述冷凝器与淋洗液容器之间的连接管道安装有蠕动泵a，所述样品收集瓶与比色装置之间的连接管道也安装蠕动泵b，所述指示剂容器与比色装置之间的连接管道安装有蠕动泵c，所述碱液容器与比色装置之间的连接管道安装有蠕动泵d。

前述的烟气中so3自动测量装置，所述采样枪为伴热采样枪，所述过滤器为陶瓷过滤器，所述比色装置为比色杯，所述搅拌器为磁力搅拌器。

一种烟气中so3自动测量方法，采用前述的烟气中so3自动测量装置，包括以下过程：

装置启动后，采样枪和超级恒温水浴锅开始加热，待达到设计温度后，启动抽气泵；

采样枪对抽取的烟气进行加热升温，烟气经过滤器去除粉尘后，进入冷凝器，在冷凝器和烧结玻璃滤器的作用下，烟气中so3被捕集；

启动淋洗液容器与冷凝器连接管道上的蠕动泵a，抽取100ml淋洗液容器中淋洗液对冷凝器和烧结玻璃滤器进行冲洗后进入样品收集瓶，被捕集so3后排放的烟气经逆止阀返回原烟道；

自样品收集瓶抽取10ml淋洗液进入比色装置，并加入0.25ml指示剂容器中的指示剂，启动搅拌器；

随后以5ml/min的速率加入碱液容器中的碱液进行滴定，根据吸光度(比色光源为530nm光源，不同颜色液体吸光度不同，控制系统反馈信号不同，进而判断滴定终点)确定滴定终点；

根据烟气抽取量和碱液消耗量，控制系统自动计算烟气中so3浓度；

每次测量结束后，启动压缩空气系统对采样枪和过滤器进行反冲洗。

进一步的，前述的烟气中so3自动测量方法，根据烟气抽取量和碱液消耗量，控制系统自动计算烟气中so3浓度；具体的计算公式为：

其中：为烟气中三氧化硫浓度，mg/m³；cnaoh为氢氧化钠标准溶液浓度，mol/l；vnaoh为滴定消耗氢氧化钠标准溶液体积，ml；vgas为抽取烟气体积，m³。

前述的烟气中so3自动测量方法，采样枪的设计温度为260℃；超级恒温水浴锅的设计温度为65℃～80℃。

前述的烟气中so3自动测量方法，碱液容器中的碱液为氢氧化钠标准溶液，浓度为0.1mol/l；指示剂容器中的指示剂a为溴酚蓝指示剂；淋洗液容器中的淋洗液a为以溴酚蓝为指示剂调至中性的5％异丙醇溶液。

前述的烟气中so3自动测量方法，碱液容器中的碱液为氢氧化钠标准溶液，浓度为0.5mol/l；指示剂容器中的指示剂b为溴甲酚绿和甲基红的混合指示剂，其中溴甲酚绿和甲基红质量比为1:1；淋洗液容器中的淋洗液b为以溴甲酚绿和甲基红为指示剂调至中性的5％异丙醇溶液，其中溴甲酚绿和甲基红质量比也为1:1。根据烟气中so3浓度的不同，可选择不同浓度的碱液、两种指示剂和两种淋洗液都是适用的，配置方法依据标准dl/t998-2016《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)增加了采样枪和过滤器的反冲洗装置，即压缩空气系统，提高了so3的测量精度；

(2)采用控制冷凝法捕集烟气中so3，提高了测量的可靠性；

(3)通过测试酸根离子含量计算so3浓度；

(4)采用酸碱滴定法测量酸根离子浓度。

综合，本发明基于控制冷凝法捕集烟气中so3，基于酸碱滴定进行酸根离子测量，结合烟气采样体积计算烟气中so3浓度，能够降低烟气粉尘对so3测量影响、提高测量精度和可靠性，自动化程度高、操作方便，适用于烟气中so3的自动测量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在实际应用时的控制逻辑流程图。

附图标记的含义：1-烟气，2-采样枪，3-过滤器，4-压缩空气系统，5-阀门，6-冷凝器，7-烧结玻璃滤器，8-超级恒温水浴锅，9-淋洗液容器，10a-蠕动泵a，10b-蠕动泵b，10c-蠕动泵c，10d-蠕动泵d，11-样品收集瓶，12-比色装置，13-搅拌器，14-指示剂容器，15-碱液容器，16-比色光源，17-控制器，18-逆止阀，19-流量计，20-抽气泵。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例1：如图1和图2所示，一种烟气中so3自动测量装置包括采样系统、收集系统、分析系统和控制系统，烟气1进入采样系统中，其中的采样系统、收集系统、分析系统经管道依次连接，所述采样系统、收集系统、分析系统均信号连接于控制系统；其中采样系统包括采样枪2、过滤器3和压缩空气系统4，所述采样枪2的一端安装有过滤器3，所述采样枪2的端部上方还经管道连接有压缩空气系统4；采样系统还包括经管道顺次连接的逆止阀18、流量计19、抽气泵20，所述逆止阀18远离流量计19的一端经管道连接于样品收集瓶11；收集系统包括冷凝器6、烧结玻璃滤器7、超级恒温水浴锅8、淋洗液容器9和样品收集瓶11，所述淋洗液容器9、冷凝器6、烧结玻璃滤器7、样品收集瓶11经管道顺次连接，且烧结玻璃滤器7内置于冷凝器6的底部，所述超级恒温水浴锅8的一端经管道连接于冷凝器6的侧面上方，所述超级恒温水浴锅8的另一端经管道连接于冷凝器6的侧面下方，所述冷凝器6的顶部还经管道连接于采样枪2的端部；分析系统包括比色装置12、搅拌器13、指示剂容器14和碱液容器15，所述样品收集瓶11、指示剂容器14、碱液容器15分别经管路与比色装置12连接，所述比色装置12下方还设有搅拌器13。

采样系统由采样枪2、过滤器3、压缩空气系统4等组成，烟气1在采样枪2中加热升温，经过滤器3去除粉尘；采样结束后，启动压缩空气系统4对采样枪2和过滤器3进行反冲洗；采样系统中的抽气泵20用于抽取烟气；流量计19用于计算抽取烟气量；鉴于废气需返回采样烟道，还设置了逆止阀18防止烟气反串。收集系统由冷凝器6、烧结玻璃滤器7、超级恒温水浴锅8、淋洗液容器9、样品收集瓶11等组成，烟气1中so3被冷凝器6和烧结玻璃滤器7捕集，经淋洗液容器9中流出的淋洗液洗涤后进入样品收集瓶11；其中，超级恒温水浴锅8和冷凝器6相连，冷凝器6由玻璃管和内部的螺旋管组成，玻璃管内部和螺旋管外部空间充水，其由超级恒温水浴锅8提供，使得冷凝器6保持65℃-80℃的恒温，若是温度过低，水分会冷凝，影响测量结果；若是温度过高，三氧化硫不能全部捕集，影响测量精度。分析系统由比色装置12、搅拌器13、指示剂容器14、碱液容器15等组成，自样品收集瓶11抽取一定量淋洗液进入比色装置12并加入指示剂容器14中的指示剂，启动搅拌器13，随后以一定速率加入碱液容器15中的碱液直至溶液颜色符合程序设定为止。控制系统内置逻辑模块，控制采样系统、收集系统、分析系统分别按照各测量步骤顺序并采集动作信号进行计算。控制系统为市面上常规使用的系统，比如plc控制器等。

实施例2：如图1和图2所示，一种烟气中so3自动测量装置包括采样系统、收集系统、分析系统和控制系统，烟气1进入采样系统中，其中的采样系统、收集系统、分析系统经管道依次连接，所述采样系统、收集系统、分析系统均信号连接于控制系统；其中采样系统包括采样枪2、过滤器3和压缩空气系统4，所述采样枪2的一端安装有过滤器3，所述采样枪2的端部上方还经管道连接有压缩空气系统4；采样系统还包括经管道顺次连接的逆止阀18、流量计19、抽气泵20，所述逆止阀18远离流量计19的一端经管道连接于样品收集瓶11；收集系统包括冷凝器6、烧结玻璃滤器7、超级恒温水浴锅8、淋洗液容器9和样品收集瓶11，所述淋洗液容器9、冷凝器6、烧结玻璃滤器7、样品收集瓶11经管道顺次连接，且烧结玻璃滤器7内置于冷凝器6的底部，所述超级恒温水浴锅8的一端经管道连接于冷凝器6的侧面上方，所述超级恒温水浴锅8的另一端经管道连接于冷凝器6的侧面下方，所述冷凝器6的顶部还经管道连接于采样枪2的端部；分析系统包括比色装置12、搅拌器13、指示剂容器14和碱液容器15，所述样品收集瓶11、指示剂容器14、碱液容器15分别经管路与比色装置12连接，所述比色装置12下方还设有搅拌器13。采样系统由采样枪2、过滤器3、压缩空气系统4等组成，烟气1在采样枪2中加热升温，经过滤器3去除粉尘；采样结束后，启动压缩空气系统4对采样枪2和过滤器3进行反冲洗；采样系统中的抽气泵20用于抽取烟气；流量计19用于计算抽取烟气量；鉴于废气需返回采样烟道，还设置了逆止阀18防止烟气反串。收集系统由冷凝器6、烧结玻璃滤器7、超级恒温水浴锅8、淋洗液容器9、样品收集瓶11等组成，烟气1中so3被冷凝器6和烧结玻璃滤器7捕集，经淋洗液容器9中流出的淋洗液洗涤后进入样品收集瓶11；其中，超级恒温水浴锅8和冷凝器6相连，冷凝器6由玻璃管和内部的螺旋管组成，玻璃管内部和螺旋管外部空间充水，其由超级恒温水浴锅8提供，使得冷凝器6保持65℃-80℃的恒温，若是温度过低，水分会冷凝，影响测量结果；若是温度过高，三氧化硫不能全部捕集，影响测量精度。分析系统由比色装置12、搅拌器13、指示剂容器14、碱液容器15等组成，自样品收集瓶11抽取一定量淋洗液进入比色装置12并加入指示剂容器14中的指示剂，启动搅拌器13，随后以一定速率加入碱液容器15中的碱液直至溶液颜色符合程序设定为止。控制系统内置逻辑模块，控制采样系统、收集系统、分析系统分别按照各测量步骤顺序并采集动作信号进行计算。控制系统为市面上常规使用的系统，比如plc控制器等。

烟气中so3自动测量装置还包括比色光源16，控制系统内置有控制器17，所述比色光源16电性连接于控制器17。其中比色光源16波长530nm，不同颜色的吸光度不同，反馈到控制器17的信号不同，借此判断滴定终点；控制器17是控制系统的一部分，用于信号反馈并控制滴定终点。烟气中so3自动测量装置还包括阀门5，所述采样枪2上靠近过滤器3的一端安装有阀门5；所述采样枪2与冷凝器6之间的连接管道上也安装有阀门5；所述冷凝器6与淋洗液容器9之间的连接管道也安装有阀门5。烟气中so3自动测量装置还包括蠕动泵a10a、蠕动泵b10b、蠕动泵c10c、蠕动泵d10d，所述冷凝器6与淋洗液容器9之间的连接管道安装有蠕动泵a10a，所述样品收集瓶11与比色装置12之间的连接管道安装有蠕动泵b10b，所述指示剂容器14与比色装置12之间的连接管道安装有蠕动泵c10c，所述碱液容器15与比色装置12之间的连接管道安装有蠕动泵d10d。

具体的，所述采样枪2为伴热采样枪，所述过滤器3为陶瓷过滤器，所述比色装置12为比色杯，所述搅拌器13为磁力搅拌器。

实施例3：如图1和图2所示，一种烟气中so3自动测量方法，采用前述的烟气中so3自动测量装置，包括以下过程：

装置启动后，采样枪2和超级恒温水浴锅8开始加热，待达到设计温度后，启动抽气泵20；

采样枪2对抽取的烟气1进行加热升温，烟气经过滤器3去除粉尘后，进入冷凝器6，在冷凝器6和烧结玻璃滤器7的作用下，烟气中so3被捕集；

启动淋洗液容器9与冷凝器6连接管道上的蠕动泵a10a，抽取100ml淋洗液容器9中淋洗液对冷凝器6和烧结玻璃滤器7进行冲洗后进入样品收集瓶11，被捕集so3后排放的烟气经逆止阀18返回原烟道；

自样品收集瓶11抽取10ml淋洗液进入比色装置12，并加入0.25ml指示剂容器14中的指示剂，启动搅拌器13；

随后以5ml/min的速率加入碱液容器15中的碱液进行滴定，根据吸光度(比色光源16为530nm光源，不同颜色液体吸光度不同，控制系统反馈信号不同，进而判断滴定终点)确定滴定终点；

根据烟气抽取量和碱液消耗量，控制系统自动计算烟气中so3浓度；

每次测量结束后，启动压缩空气系统4对采样枪2和过滤器3进行反冲洗。

进一步的，根据烟气抽取量和碱液消耗量，控制系统自动计算烟气中so3浓度；具体的计算公式为：

其中：为烟气中三氧化硫浓度，mg/m³；cnaoh为氢氧化钠标准溶液浓度，mol/l；vnaoh为滴定消耗氢氧化钠标准溶液体积，ml；vgas为抽取烟气体积，m³。

具体的，采样枪2的设计温度为260℃；超级恒温水浴锅8的设计温度为65℃～80℃。

进一步的，碱液容器15中的碱液为氢氧化钠标准溶液，浓度为0.1mol/l；指示剂容器14中的指示剂a为溴酚蓝指示剂；淋洗液容器9中的淋洗液a为以溴酚蓝为指示剂调至中性的5％异丙醇溶液。

进一步的，碱液容器15中的碱液为氢氧化钠标准溶液，浓度为0.5mol/l；指示剂容器14中的指示剂b为溴甲酚绿和甲基红的混合指示剂，其中溴甲酚绿和甲基红质量比为1:1；淋洗液容器9中的淋洗液b为以溴甲酚绿和甲基红为指示剂调至中性的5％异丙醇溶液，其中溴甲酚绿和甲基红质量比也为1:1。根据烟气中so3浓度的不同，可选择不同浓度的碱液、两种指示剂和两种淋洗液都是适用的，配置方法依据标准dl/t998-2016《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》。

本发明的工作原理：本发明中的装置启动后，采样枪2和超级恒温水浴锅8开始加热，待达到设计温度后，启动抽气泵20；烟气经过滤器3去除粉尘后，进入冷凝器6，so3在冷凝器6和烧结玻璃滤器7中捕集；启动淋洗液容器9与冷凝器6连接管道上的蠕动泵a10a，抽取100ml淋洗液对冷凝器6和烧结玻璃滤器7进行冲洗后进入样品收集瓶11，废气(捕集so3后设备排放的烟气)经逆止阀18返回原烟道；自样品收集瓶11抽取10ml淋洗液，加入0.25ml指示剂容器14中的指示剂，启动搅拌器13，抽取碱液容器15中的碱液并以5ml/min的速率进行滴定；根据吸光度(比色光源16为530nm光源，不同颜色液体吸光度不同，控制系统反馈信号不同，进而判断滴定终点)确定滴定终点，计算溶液中酸根离子浓度，结合抽气体积，计算烟气中so3浓度。公式：其中为烟气中三氧化硫浓度，mg/m³；cnaoh为氢氧化钠标准溶液浓度，mol/l；vnaoh为滴定消耗氢氧化钠标准溶液体积，ml；vgas为抽取烟气体积，m³。