一種燃煤電廠煙氣汙染物超低排放在線監測系統的製作方法
2023-05-26 16:08:34
本發明涉及固定汙染源大氣汙染物監測，特別涉及燃煤電廠大氣汙染物超低排放在線監測系統。
背景技術：
：超低排放是指火電廠燃煤鍋爐在發電運行、末端治理等過程中，採用多種汙染物高效協同脫除集成系統技術，使其大氣汙染物排放濃度基本符合燃氣機組排放限值，即煙塵、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)排放濃度分別不超過10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3，其目的是減少燃煤電廠常規大氣汙染物排放，有效改善環境質量，全面實施超低排放，可大幅降低發電煤耗和汙染排放。超低排放CEMS由多個子監測系統組成，其核心是氣態汙染物監測子系統，即SO2和NOx在線監測子系統。根據《固定汙染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法》(HJ/T76-2007)3.8條的要求：根據實際需要設置CEMS的最大測量值，通常設置為排放源最大濃度的1至2倍，因此基本上超低排放SO2和NOx分析儀的量程都在0～100mg/Nm3範圍內(稀釋取樣法分析儀除外)。目前，適合用於超低排放低量程在線檢測的樣品取樣方法有稀釋抽取法、冷幹直抽法及熱溼直抽法。環保標準明確規定，煙氣汙染物排放濃度指在標準狀態下幹煙氣的數值，即幹基測量；同時，從系統穩定性、成本、系統普及性等方面分析，最成熟的方案是冷幹直抽法。燃煤電廠現有超過90％的CEMS都採用冷幹直抽法，但是傳統冷幹直抽法對超低排放高含溼量、低濃度的煙氣進行濃度檢測，特別是低於50mg/Nm3的情況下，勢必在冷凝器中析出冷凝水，會溶解小於35mg/Nm3的SO2；同時，由於分析儀標定和系統標定與實際煙氣情況差距大，造成分析誤差，數據失真。因此，在高溼度、低量程情況下精確測試SO2和NOx成為傳統冷幹直抽法CEMS的技術難點。中國專利號：201410309049.5，
專利名稱：：「一種汙染源二氧化硫排放在線監測系統及方法」，權利要求書1中「一種汙染源二氧化硫排放在線監測系統，所述監測系統包括預處理裝置、加熱部件、冷凝裝置及檢測裝置；其特徵在於：所述監測系統進一步包括：注入裝置，所述注入裝置在所述預處理裝置和冷凝器之間的管路上，用於向所述管路內注入濃度處於1-25％之間的磷酸」；權利要求書4：「第二容器，所述冷凝裝置的液體輸出端處於所述第二容器內液面之下；第二輸送裝置，所述第二輸送裝置設置在注入裝置和第二容器之間的管路上；加熱裝置，所述加熱裝置用於加熱所述第二容器內的液體」。中國專利申請號：CN201510147553.4，申請
專利名稱：：「一種低濃度煙氣檢測預處理除水方法及裝置及其煙氣檢測應用系統，低濃度煙氣檢測預處理除水方法」，「權利要求8，其特徵在於，所述的步驟(2)中酸液的引入溫度範圍70-100℃，同時泵與三通閥的連接管道上通過纏繞加熱絲加熱，在三通閥與冷凝器連接管道上通過纏繞加熱絲加熱，對以上兩處管道以及三通閥通過溫控單元進行溫度控制，溫度控制範圍為70-100℃」；權利要求9，其特徵在於所述的步驟(2)中所引入酸液的濃度範圍為25％-85％；權利要求10，其特徵在於所述的酸液為高氯酸、氫碘酸、硫酸、氫硫酸、鹽酸、硝酸、草酸、亞硫酸、丙酮酸、磷酸、碳酸，亞硝酸、檸檬酸、氫氟酸、甲酸、乳酸、苯丙酸，丙烯酸、乙酸，丙酸，硬脂酸、氫硫酸或次氯酸，或兩種以上酸的混合溶液。以上專利技術方案都對進入冷凝裝置的酸液濃度進行了限定，同時對酸液進行不同程度上的加熱，這樣可以在一定程度上抑制SO2、NO2等組分在水中的溶解，保證測定待測組分的準確性；但是上述方案也存在一定的缺陷，1)未能很好地控制所加的酸液濃度，酸液濃度過大可能造成物料浪費，增加廢料處理成本，甚至腐蝕冷凝器熱交換管；2)無系統標定。因此，針對現有的大氣汙染物排放在線監測系統的缺陷，開發一種運用於火電廠大氣汙染物超低排放在線監測系統具有重大意義。技術實現要素：:為了解決現有技術方案中的不足，本發明提供了一種燃煤電廠煙氣汙染物超低排放在線監測系統，適用於超低排放高溼環境下低濃度SO2、NOx的在線監測。本發明通過以下技術方案實現上述目的：一種燃煤電廠煙氣汙染物超低排放在線監測系統，包括採樣單元，反吹單元，伴熱管線、標定單元，露點儀，抽氣泵，NOx轉換器，分析裝置，數據採集處理傳輸單元，其特徵在於所述在線監測系統在標定單元和露點儀之間設有酸除溼器，用於對進入加酸除溼器的煙氣進行酸化處理，防止煙氣中待測組分溶解在冷凝液中；所述加酸除溼器帶有就地標定通道，用於分析裝置的零點和量程標定。優選地，本發明在線監測系統，所述加酸除溼器採用三口直冷式熱交換管，三口分別為進氣口、出氣口和加酸口，其摒棄了傳統的三通閥，空氣流通管等裝置，最大程度的減少了煙氣和冷凝水的接觸面積和接觸時間。所述加酸除溼器採用兩級冷凝除溼，包括加酸口，分析裝置就地標定入口，煙氣進口，煙氣出口，兩個冷凝物出口；前級採用非螺旋式三口直冷式熱交換管，包括出氣口，進氣口，加酸口，冷凝液出口。所述加酸除溼器帶有三個蠕動泵。所述加酸除溼器所加酸液為中強酸酸溶液，通過檢測加酸除溼器冷凝液pH值，控制酸液濃度。進一步地，冷凝液pH值≤1.5。與現有技術對比，本發明具有的有益效果為：1、設計了帶有三口直冷式熱交換管的一體化加酸除溼器，可以對分析儀或分析裝置進行標定，同時有利於減少煙氣中待測組分與加酸除溼器冷凝液的接觸時間和接觸面積，可以降低低濃度SO2、NOx的丟失率。2、通過檢測冷凝液pH值調整加酸濃度，避免了單純地通過提高所加酸液濃度降低低濃度SO2、NOx在冷凝液中溶解率的缺陷，降低了加酸成本，可將待測組分丟失量控制在0-1μmol/mol。3、未對加酸過程或者加酸容器進行任何程度地加熱，降低了能耗和維護量。4、滿足超淨排放對低濃度SO2、NOx總量的在線監測。本發明未對加酸過程或者酸容器進行任何程度地加熱，設計了專用的三口直冷式熱交換管和帶有標定通道的一體化加酸除溼器，通過檢測最終冷凝液的pH值來調整加入酸液的濃度，可以將待測組分丟失量控制在0-1μmol/mol，此外，在分析裝置前增設NOx轉化器，將NO2轉化為NO，可以滿足環境標準對NOx總量測定的要求。附圖說明:圖1是本發明實施例在線監測系統的連接示意圖。圖中，採樣單元1，反吹單元2，標定單元3，加酸除溼器4，露點儀5，抽氣泵6，NOX轉換器7，紅外分析儀8，雙管電加熱伴熱管線9。圖2是實施例中加酸除溼器第一級三口直冷式熱交換管的結構示意圖。圖中，出氣口2-1，進氣口2-2，加酸口2-3，冷凝液出口2-4。圖3是實施例中加酸除溼器結構示意圖。圖中，加酸口3-1，分析裝置就地標定入口3-2，煙氣進口3-3，煙氣出口3-4，冷凝物出口3-5和3-6。具體實施方式下面結合附圖和實施例對於本發明做進一步說明。以下實施例在線監測系統用於燃煤電廠煙氣汙染物超低排放在線監測，特別是超低排放高溼環境下低濃度SO2、NOx的在線監測。實施例：在線監測系統如附圖1所示，主要包括採樣單元1，反吹單元2，雙管電加熱伴熱管線9、標定單元3，露點儀5，抽氣泵6，NOx轉換器7，紅外分析儀8以及數據採集處理傳輸單元，其主要創新之處是監測系統在標定單元3和露點儀5之間設有加酸除溼器4，用於對進入加酸除溼器的煙氣進行酸化處理，防止煙氣中待測組分溶解在冷凝液中；所述加酸除溼器4帶有就地標定通道，用於分析裝置的零點和量程標定。實施例中，採樣單元1，包括可0-250℃可調加熱護套，優先選擇180℃加熱護套；可選擇1米-3米的採樣探杆，優先選取1.5米長期保持穩定高溫加熱，採樣過程中會產生因樣品壓力降低形成熱衰減，即焦耳-湯普森熱衰減效應，為了防止煙氣在探頭腔體冷凝，需要對探頭部件加熱保溫，探頭加熱溫度0-200℃可調，優選的180℃探頭。探頭內部帶有初級過濾器，除去煙氣中的顆粒物等。反吹單元2，為了防止探頭堵塞，採用預加熱壓縮空氣定時對探頭及過濾器脈衝反吹，同時反吹壓縮空氣通過盤管模擬煙氣充分預熱，防止溫度過低導致氣體冷凝。標定單元3，用於超低排放在線監測系統的系統標定，通過電磁閥切換，零點氣和量程氣經雙管電加熱伴熱管線進入採樣單元，之後氣體流經路徑與煙氣一致，可以最大程度保證系統測量的精度、準確性。由於煙氣連續排放在線監測系統大都採用基於非分光紅外技術的分析儀，水汽對紅外幹擾始終存在。因此，對於在線監測系統中的標定，標準氣體露點溫度應與煙氣露點溫度一致，即要求零點氣、量程氣都應在除溼器前進樣，同時零點氣、量程氣與煙氣的壓力、流量應一致。加酸除溼器4如圖3所示，兩級冷凝除溼，包括加酸口3-1，分析裝置就地標定入口3-2，煙氣進口3-3，煙氣出口3-4，冷凝物出口3-5和3-6。前級使用了為非螺旋式熱交換管的三口直冷式熱交換管，如圖2所示，包括出氣口2-1，進氣口2-2，加酸口2-3，冷凝液出口2-4。加酸除溼器4，帶有三個蠕動泵，其中一個用於加酸，在熱交換管加酸口中加入一定百分含量的磷酸，監測冷凝液pH值，需保持測得冷凝物的pH值≤1.5。使用1r/min蠕動泵將酸液通過輸送管泵入三口直冷式熱交換管，使用兩個5r/min蠕動泵將加酸除溼器的冷凝液由熱交換管底部(3-5、3-6)排出，SO2、NOx在冷凝液中丟失率低。冷凝液通常採用蠕動泵泵出，與傳統重力排放相比，降低了工作維護量。傳統重力排放會因冷凝液收集器被充滿後無法繼續工作，從而導致嚴重後果。加酸除溼器帶有標定通道，若不需要系統標定，可從加酸除溼器煙氣進口(3-3)或增加一個旁路(即分析裝置就地標定入口3-2)，用於零點氣和量程氣的進入，從而用於分析裝置就地標定。露點儀5，位於加酸除溼器之後，用於監測經加酸除溼器處理後煙氣的露點。若超過設定的露點值，系統將發出警報，並關斷進樣電磁閥停止採樣或從旁路採集環境空氣。NOx轉換器7，可將NO2轉換為NO，原煙氣中NO保持不變，從而通過監測NO測量煙氣中NOx。煙氣中的氮氧化物主要有NO、NO2組成，NO的含量一般佔到90％以上。NOx轉換器可以以金屬鉬、不鏽鋼或者碳等物質為催化劑。實際應用中，在NOx轉換器之後，需要加載精細過濾器過濾以及膜式過濾器得到乾淨煙氣之後，再進入紅外分析裝置從而得到準確以及穩定可靠的監測數據。雙管電加熱伴熱管線9，採用了耐高溫樣品傳輸管，為了使其保持在設計需要的工作溫度，採用了兩端加熱的方式，比一般單端加熱效果更好，溫度更穩定，溫度可選0-200℃，超淨排放溫度一般設置在100-200℃，優選的180℃。應用實例步驟1)、利用零點氣99.999％高純氮氣和量程氣14μmol/mol(約39.1mg/m3)SO2標準氣體，經標定單元電磁閥進氣，進入雙管電加熱伴熱管線9、採樣單元1、加酸除溼器4、露點儀5到機櫃內，再經NOx轉換器7後進入非分光紅外分析儀8，對分析系統進行系統標定，記錄溼度為0％和未加磷酸時加酸除溼器時系統SO2濃度測得值，同時記錄分析儀的零點和量程漂移，用於校正SO2修正值。步驟2)、磷酸濃度約5％-10％，通過pH值傳感器記錄所配酸液的pH值，同時檢測冷凝液pH值。實驗中固定磷酸pH值為1.1，通過蒸汽發生器模擬現場高溼環境，測試並記錄不同溼度環境下系統加酸時SO2濃度測得值。步驟3)、固定溼度為30％，減小磷酸pH值至0.7，測試並記錄不同溼度環境下系統加酸時SO2濃度測得值。步驟4)、固定溼度為30％，測試並記錄系統不加酸時SO2濃度測得值。SO2測得值和SO2修正值，計量單位為mg/m3。223氣體溼度酸液SO2測得值SO2修正值說明N20％無-3.40通N2零點漂移SO20％無34.537.9通SO2量程漂移SO25％pH＝1.134.337.7SO210％pH＝1.134.738.1SO215％pH＝1.134.638SO220％pH＝1.134.638SO225％pH＝1.134.638SO230％pH＝1.133.837.2SO230％pH＝0.734.938.3SO230％無29.432.8多次實驗，19～33/mg/m3可以看出高溼度環境下，SO2會溶解於冷凝液中，造成丟失，實驗中SO2最大丟失率可達50％；加酸會抑制SO2的溶解，酸性越強，抑制效果越好，但隨著pH降低，效果變緩，pH＜1後差別更小，但加酸不會完全消除SO2在冷凝液中的溶解。在磷酸pH＝1左右的情況下，40mg/m3以內的SO2標準氣在水分30％以內的條件下，絕對丟失率＜1mg/m3。當前第1頁1 2 3