用於對包含具有很高的易吸附性的氣體組分的煙道氣體進行取樣以便分析的方法
2023-05-02 17:46:56
專利名稱：用於對包含具有很高的易吸附性的氣體組分的煙道氣體進行取樣以便分析的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於對分析物煙道氣體進行取樣的方法，該分析物煙道氣體包含具有很高的易吸附性(即有很高的吸附性)的氣體組分。該方法用於非常精確地確定包含在煙道氣體中的少量氨氣，且所獲得的分析數據用於調節加在煙道氣體NOx去除裝置中的氨氣水平。
背景技術：
按照常規，通常通過溼形式(wet-format)分析(包括從煙道氣體中就地對分析物進行取樣)或通過氣體監測來進行煙道氣體的氣體組分分析。在煙道氣體分析中，能夠在取樣步驟中在沒有特殊技術問題的情況下對氣體組分例如氧化氮和氧化硫進行取樣，並能夠很容易地以目標精度來對其進行確定。
在本發明中，要確定的氣體組分(例如氨氣)具有很高的可吸附性。這些氣體組分在煙道氣體的取樣過程中將大量吸附在煙道氣體取樣管的內壁上。因此，當採用普通的取樣方法時，取樣的氣體的一部分吸附在管的內壁上，並保持在管中，從而不能獲得很高精度的測量結果。
為了解決上述問題，至今已經大致通過加熱一氣體取樣管來減小該吸附問題。另外，JIS K0099規定了煙道氣體氨分析方法，其中採用防止氣體吸附的測量，例如加熱一煙道氣體引入管。由JIS K0099規定的方法是通過人工操作而在對煙道氣體進行取樣的普通設備中採用的標準方法。
當在煙道氣體取樣部位(例如布置在電站中的比較大型的鍋爐煙道)中進行自動、連續的氣體監測時，本發明人以前採用一種氣體取樣方法，其中採用裝備有大型加熱機構的煙道氣體取樣管，且大量煙道氣體通過抽吸而被引入自動分析器。該方法在日本專利No.3229088和3322420中公開。
不過，當採用上述方法時，由於氣體取樣管的不充分加熱或管的不充分加熱區域而產生氣體組分的吸附問題。因此，當用於微量分析以便在很高精度下確定大約100至大約1ppm濃度時，該方法並不令人滿意。吸附性將導致要分析的氣體組分的損失。
具體地說，在上述方法中，煙道氣體通過抽吸而被引入吸收液體中，該吸收液體吸收包含在煙道氣體中的氨，並確定捕獲於吸收液體中的氨的量，從而獲得煙道氣體的氨含量。在該步驟中，包含在煙道氣體中的一部分氨吸附在氣體取樣管的表面上或其它相關部分上。因此，所吸附的氣體組分不能被捕獲於吸收瓶中。
當產生上述現象時，獲得的分析值小於預期值。在這種情況下，本發明涉及對在日本專利No.3229088和3322420中所述的煙道氣體取樣管部分的改進。
氨是可高度溶於水的組分，並很容易吸附在氣體取樣管上。因此，在對氨進行取樣時，取樣管通常被加熱，以便抑制露水的形成和氨的吸附。這時，可以充分加熱整個氣體取樣管，以便完全加熱那些未充分加熱的部分。因此，為了特別在取樣管的連接部位和類似部位中獲得充分的加熱效果，需要技術訣竅和技能。
前述普通方法對於煙道氣體的微組分分析並不令人滿意。因此，本發明的目的是通過收集沉積在煙道氣體取樣管的表面上的氣體組分而提供一種更可靠的氣體取樣方法，從而提高分析精度。
發明內容
本發明提供了一種氣體取樣方法，其中，將防止在取樣過程中降低分析精度，否則可能由於氣體組分沉積在取樣管的表面上而使得分析精度降低。根據該方法，由洗滌水來洗滌取樣管的內表面，且所形成的洗滌液體與試樣液體組合，從而提供組合的試樣液體(包含已取樣的氣體組分和沉積在取樣管內表面上的氣體組分)。通過分析該試樣液體，能夠確定整個分析物氣體組分，因此，能夠顯著提高微量分析的分析精度。
為了提供一種氣體分析裝置(該氣體分析裝置實現氣體取樣管的自動洗滌，同時取樣管在氣體取樣過程中安裝在煙道氣體管上)，取樣管需要有非常適於該目的的結構。具體地說，結構要求如下氣體取樣管具有雙管結構；洗滌水被引入在內部管和外部管之間的空間內；在內部管的對著外部管的位置處提供有用於將洗滌水引入取樣管中的小通孔；煙道氣體能夠通過抽吸而由煙道氣體抽吸泵收集在氣體吸收瓶中；以及洗滌水通過泵被強行引入煙道氣體取樣管中。而且，根據本發明，前述氣體取樣通過控制條件來進行，例如小通孔(洗滌水通過該小通孔供給)的位置、洗滌水的量和洗滌時間。
圖1是表示本發明的煙道氣體取樣方法的實施例的示意圖。
圖2是圖1中的煙道氣體取樣管的放大圖，表示了本發明的煙道氣體取樣方法的實施例。
圖3是表示根據本發明的煙道氣體取樣方法實施例進行的NH3氣體(高濃度)取樣測試的結果以及其它氣體取樣測試的結果的曲線圖。
圖4是表示根據本發明的煙道氣體取樣方法實施例進行的NH3氣體(低濃度)取樣測試的結果以及其它氣體取樣測試的結果的曲線圖。
圖5是表示根據本發明的煙道氣體取樣方法實施例和對比方法進行的NH3氣體(高濃度)取樣測試的結果的直方圖。
圖6是表示根據本發明的煙道氣體取樣方法實施例和對比方法進行的NH3氣體(低濃度)取樣測試的結果的直方圖。
下面將介紹附圖中所示的參考標號。參考標號根據下面對本發明的說明需要而使用。
1 煙道2 取樣管3 煙道氣體4 內部管5 外部管
6 小通孔7 凸緣8 密封件9 洗滌液體進口10 氣體抽吸進口11 洗滌液體泵12 氣體吸收瓶13 洗滌液體14 抽吸泵15 氣體流量計具體實施方式
下面將參考附圖詳細介紹本發明的實施例。圖1是本發明的自動測量裝置的示意結構。圖2是氣體取樣管部分的放大圖。具有單管結構的氣體取樣管(2)的頂端部分將與流過煙道(1)的煙道氣體(3)接觸。氣體取樣管由能承受煙道氣體的高溫的材料製成，通常由不鏽鋼製成。氣體取樣管的直徑大約為5mm。
從煙道外部的一部分延伸至凸緣(7)位置的氣體取樣管的一部分有雙管結構(4、5)。氣體取樣管(2)與煙道氣體吸收瓶(12)連接，該煙道氣體吸收瓶(12)還與抽吸泵(14)和氣體流量計(15)連接。吸收了所關心的煙道氣體組分的試樣液體被自動收集和傳送給自動分析器(未示出)。
將洗滌液體注入內部管和外部管之間的空間(即雙管結構(4、5)的內部)內。通過洗滌液體泵(11)來供給洗滌液體，並通過布置在雙管結構(4、5)的下遊側的洗滌液體進口(9)而將其注入。
下面將介紹氣體取樣過程。通過煙道氣體抽吸泵(14)的操作，流過煙道(1)的煙道氣體通過抽吸而被吸入。煙道氣體經過取樣管，並傳送至氣體吸收瓶(12)，在該吸收瓶(12)處吸收分析物氣體組分(在本例中為氨)。在完成吸收後，通過抽吸而進一步吸入煙道氣體，並通過氣體流量計(8)而將其排出。
在收集預定量的煙道氣體之後，洗滌液體泵(11)工作，同時抽吸泵(14)繼續工作，因此，洗滌液體(13)注入氣體取樣管的雙管結構中。
洗滌液體供給布置在內部管和外部管之間的雙管結構(4、5)中，並通過布置在管頂端部分中的小通孔6而注入內部管中(即煙道氣體取樣管(2)的內部)。
已經注入煙道氣體取樣管中的洗滌液體通過抽吸而由工作的抽吸泵(14)傳送給氣體吸收瓶。通過該步驟，洗滌取樣管的內表面，因此，沉積在內表面上的氨組分傳送給吸收瓶。這樣，通過洗滌取樣管的內表面，能夠更高效和可靠地收集氨。
將進一步介紹在煙道氣體取樣管的雙管結構中產生的現象。對著煙道氣體的雙管的頂端部分通過與煙道氣體接觸而被加熱至200至300℃。在洗滌液體注入的開始階段，洗滌液體(在本例中為純水)在該部分中沸騰。這樣產生的蒸汽通過小通孔6而沿氣體抽吸方向被吸入。在通過管道的過程中，蒸汽冷卻，且形成的水收集在吸收瓶中。
當繼續注入洗滌液體時，整個雙管冷卻。這時，洗滌液體以液體形式通過小通孔(6)而注入。洗滌液體收集在吸收瓶中，從而捕獲氨(下文中表示為NH3)。
在通過本發明實施例分析的煙道氣體組分中，下面將介紹NH3氣體的分析精度。煙道氣體取樣試驗在大型煙道中進行，該大型煙道與布置在熱電站中的鍋爐連接，該熱電站裝備有NOX除去裝置。三個不同的取樣管安裝在布置於相同凸緣中的相應煙道氣體取樣孔處。各取樣管有伸入煙道的頂端部分，且長度為1150mm。取樣時間、取樣間隔和其它條件固定。本發明的取樣方法(包含於連續氣體測量方法中)與普通的基於加熱的取樣方法(即日本專利No.3229088和3322420中所述的方法)進行比較。作為參考取樣方法(人工分析)，也執行JIS K0099的方法。這三個連續方法分別與JIS方法同時進行。
基於加熱的方法在兩個不同加熱條件下進行。上述方法的煙道氣體取樣條件如表1中所示。在上述條件下進行的試驗的結果如表2、圖3、表3和圖4中所示。表2和圖3表示了在相對較高的NH3濃度(大約130ppm)下進行的試驗的結果。連續進行取樣，以避免取樣條件變化，且取樣試驗由系列試驗號表示。各連續方法與JIS方法(人工分析)同時進行。表3和圖4表示了在相對較低的NH3濃度(大約15ppm)下進行的試驗的結果。
煙道氣體取樣條件煙道氣體條件煙道氣體溫度大約350℃灰塵含量大約10g/m3
試驗結果(高濃度範圍)
試驗結果(低濃度範圍)
圖3和4更清楚地表示了獲得的數據。為了更好地理解，圖5和6表示了直方圖，顯示了在通過連續方法確定的濃度和通過JIS方法確定的濃度之間的差值。如圖5所示，當基於加熱的方法1用於高濃度範圍的分析時，獲得的濃度值小於通過JIS方法獲得的濃度值。這些更小的值可能是由於不能完全捕獲NH3。連續確定方法提供了可靠的測量值。
基於加熱的方法2提供的濃度值幾乎等於通過JIS方法獲得的濃度值，顯示了方法2獲得比方法1更有效的加熱。本發明的方法提供的濃度值比通過JIS方法獲得的濃度值高得多，顯示本發明方法充分捕獲NH3。與高濃度範圍分析的情況類似，如圖6所示，基於加熱的方法1在低濃度範圍中提供更小的濃度值，但是本發明的方法獲得很高的濃度值。因此，本發明的方法明顯適於確定從低濃度至高濃度範圍的NH3氣體濃度。
工業實用性如上所述，根據本發明的煙道氣體取樣方法，能夠明顯高精度地確定煙道氣體的氨氣體組分濃度。如圖3至6所示，本發明的方法明顯優於普通方法。通過本發明方法與用於連續確定的自動分析器的組合，自動分析器將有更大價值。
權利要求
1.一種用於對分析物煙道氣體進行取樣的方法，與自動煙道氣體測量裝置相關，該分析物煙道氣體包含具有高吸附性的氣體組分，其特徵在於，該方法包括提供一氣體取樣管，該氣體取樣管具有包括內部管和外部管的雙管結構；使得已取樣的氣體流過內部管；將用於洗出沉積在內部管表面上的煙道氣體組分的洗滌液體注入在內部管和外部管之間的空間內；通過布置在內部管的、對著外部管的位置處的小通孔而將洗滌液體注入內部管內，煙道氣體通過該內部管；以及將洗滌液體收集在煙道氣體吸收瓶中，從而收集沉積在煙道氣體取樣管表面上的氣體組分。
全文摘要
本發明的目的是對於微量氨獲得非常精確的煙道氣體分析，以便控制加在煙道氣體NOx除去裝置上的氨氣水平。因為要確定的氨氣具有很高的可吸附性，因此在煙道氣體的取樣過程中，氣體組分大量吸附在煙道氣體取樣管的表面上。當採用普通取樣方法(包括加熱一氣體取樣管)時，取樣的氣體的量在氣體取樣過程中通過吸附而減少，從而不能獲得非常精確的濃度值。因此，代替普通的基於加熱的方法的高精度氣體取樣方法包括通過吸收液體(因此用作洗滌液體)完全洗出沉積在煙道氣體取樣管(2)的內壁上的目標氨氣，從而完全收集氣體組分。通過分析所獲得的洗滌液體，能夠進行高精度的分析。
文檔編號G01N1/22GK1926423SQ200480042648
公開日2007年3月7日 申請日期2004年4月1日 優先權日2004年4月1日
發明者島田裕, 田村晉也, 德永直行, 吉川惠 申請人:中國電力株式會社