一种低浓度三氧化硫气体在线测量装置及方法与流程

本发明涉及三氧化硫检测技术领域，具体为一种低浓度三氧化硫气体在线测量装置及方法。

背景技术：

燃煤电厂及工业锅炉的烟气中常含有so3，so3是酸雨的主要成因之一，由于其易于形成亚微米气溶胶，进而形成二次硫酸盐颗粒，因此也是大气中pm2.5的重要来源之一,自2015年起，国内各地相关环保部门陆续将燃煤锅炉的so3排放浓度限值定为5mg/m3。部分电厂喷射碱剂以降低烟气中的so3浓度，so3生成浓度受负荷影响大，so3的浓度直接决定着碱剂的喷射量。另外，so3会导致烟道腐蚀，与nh3、h2o结合生成粘结性的nh4hso4还会导致scr失活、空预器堵塞等问题。尤其在我国燃煤烟气超低排放的政策要求下，为提高nox的去除效率，烟气在scr中的停留时间变长，进一步增加了scr中so2向so3的转化率。因此烟气中so3的准确测量技术越来越受到重视。

当前，最常见的so3检测方法是控制冷凝法及异丙醇法。控制冷凝法普遍被认为是较为准确的方法，然而控制冷凝法系统复杂，加热过程及降温过程都需控制温度。此外，控制冷凝法也非实时测量技术，硫酸根离子的检测同样费时费力。异丙醇法虽然可以吸收so3,但同时也会吸收部分so2，因此会增加溶液中硫酸根离子的浓度，形成正偏差。

在本领域中已经发展了多种用于测量烟气中so3浓度的技术。专利号为200620163937.1的新型实用专利公开了一种烟气中so3的采样装置，包括除尘机构、采样管、螺旋收集管和抽吸机构，其中除尘机构安装在采样管的入口端，该采样管的出口端通过管路与螺旋收集管的进口连接，螺旋收集管的进、出口均位于螺旋形的上端，其出口通过硅胶软管与所述抽吸机构相通。在专利中无测量部分，而且无法实现在线测量。

专利号为20091021169.1的发明专利公开了一种用于检测、测量和控制烟道气中so3和其他可冷凝物的方法和装置，能够测量多种可冷凝物的浓度，但是该方法对于材料精度要求高，无法实现在线连续的测量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低浓度三氧化硫气体在线测量装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低浓度三氧化硫气体的在线测量装置，包括水容器，其特征在于：所述水容器的底部设置加热器，所述水容器的进口与取样气体连接，所述水容器的出口与可控三通阀连接，所述可控三通阀的另外两个端口分别连接空气接口和光学测量池，所述光学测量池为直通式结构，池体的左右两侧设置加热窗口，所述加热窗口的外侧设置紫外光发射器和紫外光接收器。

优选的，所述紫外线光接收器上还设置有光信号检测器，所述检测器具体采用锗光敏二极管作为检测元件，所述光信号检测器的工作波长为300-1500nm之间。

优选的，所述加热窗口、加热器和可控三通阀均通过控制器进行控制。

一种低浓度三氧化硫气体在线测量方法,包括以下几个步骤：

步骤一：以一容器为载体，装水，然后将容器加热，加热的水蒸气与来自工艺过程取样的干燥或不完全干燥的三氧化硫气体结合，三氧化硫则与水蒸气结合形成so3∙h2o状态，完成三氧化硫转化为酸雾（so3∙h2o）的目的；

步骤二：雾化后的so3∙h2o气体通过可控三通阀进入光学测量池，然后通过观察窗对三氧化硫的浓度进行观察，同时光学测量池执行三氧化硫的浓度测量；

步骤三：零点矫正并记录。

所述步骤一中设定三氧化硫的取样气体流量，然后通过控制器来测量和控制三氧化硫的流量，使得三氧化硫的取样气体的流量在设定值上；

所述步骤一中水汽的蒸发量通过控制容器中水的温度来实现，提高温度则增加水汽量，降低温度则减少水汽量，所述容器中水的温度通过控制器控制加热器来实现。

优选的，所述三氧化硫流量控制精度误差范围不超过1%，所述加热器的温度控制误差范围不超过0.5度。

所述步骤二中光学测量池具体通过以下步骤进行测量：

s1:紫外光发射器发射紫外线光束，当紫外线光束通过含有雾化的三氧化硫的光学测量池时，紫外线光束的光强度会下降；

s2：光强度下降后的紫外线光束通过紫外线接收器接收并测量转换为电信号；

s3：电信号通过朗伯-比尔定律计算得到三氧化硫的浓度。

所述零点为光学测量池中不存在三氧化硫酸雾时，紫外线接收器接收的电信号计算出来的数值，所述步骤三中零点校正的具体方法如下：

a、可控三通阀将干净空气注入光学测量池内并关闭三氧化硫酸雾与光学测量池的连接口；

b、紫外线发射器继续发射光束，然后紫外线接收器接收光束，此时光强度不会下降，得到一个新的电信号；

d、通过这个新的电信号计算出一个新的数值，并记录下这个数值。

优选的，所述步骤三中零点校正的次数可设置为每一个月一次。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明首先通过简单的结构将三氧化硫转换为so3∙h2o，随后根据紫外线光束在so3∙h2o的存在下影响光强度，通过检测光强度的变化从而来确定so3∙h2o的浓度含量，实现了本发明结构简单、使用方便、测量准确并能实现连续在线监测的特点。

附图说明

图1为本发明光学检测电路图；

图2为本发明结构示意图。

图中：1水容器、2加热器、3可控三通阀、4光学测量池、5加热窗口、6紫外光发射器、7紫外光接收器、8控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种低浓度三氧化硫气体的在线测量装置，包括水容器1，所述水容器1的底部设置加热器2，所述水容器1的进口与取样气体连接，所述水容器1的出口与可控三通阀3连接，所述可控三通阀3的另外两个端口分别连接空气接口和光学测量池4，所述光学测量池4为直通式结构，池体的左右两侧设置加热窗口5，所述加热窗口5的外侧设置紫外光发射器6和紫外光接收器7，所述加热窗口5加热到100度以上，该温度大于三氧化硫酸雾的露点，所以加热窗口5上不会有三氧化硫酸雾析出，不会对紫外线光束的透光率产生影响，所述控制器8控制连接加热窗口5、加热器2和可控三通阀3。

值得注意的是，所述紫外线光接收器7和控制器8之间还设置有光信号检测器，所述检测器具体采用锗光敏二极管作为检测元件，所述光信号检测器的工作波长为300-1500nm之间。

一种低浓度三氧化硫气体在线测量方法,包括以下几个步骤：

步骤一：以一容器为载体，装水，然后将容器加热，加热的水蒸气与来自工艺过程取样的干燥或不完全干燥的三氧化硫气体结合，三氧化硫则与水蒸气结合形成so3∙h2o状态，完成三氧化硫转化为酸雾（so3∙h2o）的目的；

步骤二：雾化后的so3∙h2o气体通过可控三通阀进入光学测量池，然后通过观察窗对三氧化硫的浓度进行观察，同时光学测量池执行三氧化硫的浓度测量；

步骤三：零点矫正并记录。

值得注意的是，所述步骤一中设定三氧化硫的取样气体流量，然后通过控制器来测量和控制三氧化硫的流量，使得三氧化硫的取样气体的流量在设定值上；

所述步骤一中水汽的蒸发量通过控制容器中水的温度来实现，提高温度则增加水汽量，降低温度则减少水汽量，所述容器中水的温度通过控制器控制加热器来实现。

其中，所述三氧化硫流量控制精度误差范围不得超过1%，所述加热器的温度控制误差范围不得超过0.5度。

所述步骤二中光学测量池具体通过以下步骤进行测量：

s1:紫外光发射器发射紫外线光束，当紫外线光束通过含有雾化的三氧化硫的光学测量池时，紫外线光束的光强度会下降；

s2：光强度下降后的紫外线光束通过紫外线接收器接收并测量转换为电信号；

s3：电信号通过朗伯-比尔定律计算得到三氧化硫的浓度。

所述零点为光学测量池中不存在三氧化硫酸雾时，紫外线接收器接收的电信号计算出来的数值，所述步骤三中零点校正的具体方法如下：

a、可控三通阀将干净空气注入光学测量池内并关闭三氧化硫酸雾与光学测量池的连接口；

b、紫外线发射器继续发射光束，然后紫外线接收器接收光束，此时光强度不会下降，得到一个新的电信号；

d、通过这个新的电信号计算出一个新的数值，并记录下这个数值。

所述步骤三中零点校正的次数可设置为每一个月一次。

实施例一：

设定一个三氧化硫的气体流量，然后对加热器进行加热，三氧化硫与水蒸气混合在一起形成三氧化硫酸雾，即so3∙h2o，然后将三氧化硫酸雾充入光学检测池内，光学检测池根据光强度的变化转换为电信号，最终通过光信号检测器对电信号进行计算，所述计算方式具体采用朗伯-比尔定律。

值得注意的是，随着三氧化硫酸雾通入时间的增加，测量的零点就会漂移，因此需要对零点进行重新的校正，其具体做法是通过可通三通阀将空气通入光学检测池内，同时关闭三氧化硫酸雾的通入，然后同样根据光强度变换来计算出一个数值（没有三氧化硫酸雾影响的情况下）。

实施例二：

所述通入三氧化硫气体的10mg/s，加热器的加热温度为100℃，其中光信号检测器的工作波长为300nm。

实施例三：

所述通入三氧化硫气体的12mg/s，加热器的加热温度为110℃，其中光信号检测器的工作波长为350nm。

实施例四：

所述通入三氧化硫气体的15mg/s，加热器的加热温度为120℃，其中光信号检测器的工作波长为340nm。

实施例五：

所述通入三氧化硫气体的15mg/s，加热器的加热温度为110℃，其中光信号检测器的工作波长为360nm。

实施例六：

所述通入三氧化硫气体的35mg/s，加热器的加热温度为150℃，其中光信号检测器的工作波长为1340nm。

实施例七：

所述通入三氧化硫气体的30mg/s，加热器的加热温度为160℃，其中光信号检测器的工作波长为1000nm。

实施例八：

所述通入三氧化硫气体的70mg/s，加热器的加热温度为200℃，其中光信号检测器的工作波长为1500nm。

实施例九：

所述通入三氧化硫气体的52mg/s，加热器的加热温度为180℃，其中光信号检测器的工作波长为1314nm。

实施例十：

所述通入三氧化硫气体的55mg/s，加热器的加热温度为1750℃，其中光信号检测器的工作波长为1200nm

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。