一種燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括采樣單元，反吹單元，伴熱管線、標(biāo)定單元，露點(diǎn)儀，抽氣泵，NOX轉(zhuǎn)換器，分析裝置，數(shù)據(jù)采集處理傳輸單元，其特征在于：所述在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在標(biāo)定單元和露點(diǎn)儀之間設(shè)有加酸除濕器，用于對(duì)進(jìn)入加酸除濕器的煙氣進(jìn)行酸化處理，防止煙氣中待測(cè)組分溶解在冷凝液中；所述加酸除濕器帶有就地標(biāo)定通道，用于分析裝置的零點(diǎn)和量程標(biāo)定。本發(fā)明解決了如何準(zhǔn)確可靠在線監(jiān)測(cè)燃煤電廠脫硫脫硝后煙氣中二氧化硫、氮氧化物超低排放的問題，為燃煤電廠超低排放工藝提供參數(shù)，滿足國(guó)家超低排放在線監(jiān)測(cè)的要求。
【專利說明】
一種燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及固定污染源大氣污染物監(jiān)測(cè)，特別涉及燃煤電廠大氣污染物超低排放 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超低排放是指火電廠燃煤鍋爐在發(fā)電運(yùn)行、末端治理等過程中，采用多種污染物 高效協(xié)同脫除集成系統(tǒng)技術(shù)，使其大氣污染物排放濃度基本符合燃?xì)鈾C(jī)組排放限值，即煙 塵、二氧化硫(S〇2)、氮氧化物(NOx)排放濃度分別不超過1 Omg/m3、35mg/m3、50mg/m3，其目的 是減少燃煤電廠常規(guī)大氣污染物排放，有效改善環(huán)境質(zhì)量，全面實(shí)施超低排放，可大幅降低 發(fā)電煤耗和污染排放。
[0003] 超低排放CEMS由多個(gè)子監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，其核心是氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，即S〇2和 NOx在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。根據(jù)《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》(HJ/ T76-2007)3.8條的要求:根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置CEMS的最大測(cè)量值，通常設(shè)置為排放源最大濃 度的1至2倍，因此基本上超低排放S0 2和NOx分析儀的量程都在0~100mg/Nm3范圍內(nèi)（稀釋 取樣法分析儀除外）。
[0004]目前，適合用于超低排放低量程在線檢測(cè)的樣品取樣方法有稀釋抽取法、冷干直 抽法及熱濕直抽法。環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，煙氣污染物排放濃度指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下干煙氣的數(shù) 值，即干基測(cè)量；同時(shí)，從系統(tǒng)穩(wěn)定性、成本、系統(tǒng)普及性等方面分析，最成熟的方案是冷干 直抽法。
[0005] 燃煤電廠現(xiàn)有超過90 %的CEMS都采用冷干直抽法，但是傳統(tǒng)冷干直抽法對(duì)超低排 放高含濕量、低濃度的煙氣進(jìn)行濃度檢測(cè)，特別是低于50mg/Nm 3的情況下，勢(shì)必在冷凝器中 析出冷凝水，會(huì)溶解小于35mg/Nm3的S02;同時(shí)，由于分析儀標(biāo)定和系統(tǒng)標(biāo)定與實(shí)際煙氣情況 差距大，造成分析誤差，數(shù)據(jù)失真。因此，在高濕度、低量程情況下精確測(cè)試S0 2和NOx成為傳 統(tǒng)冷干直抽法CEMS的技術(shù)難點(diǎn)。
[0006] 中國(guó)專利號(hào)：201410309049.5,專利名稱："一種污染源二氧化硫排放在線監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)及方法"，權(quán)利要求書1中"一種污染源二氧化硫排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括預(yù) 處理裝置、加熱部件、冷凝裝置及檢測(cè)裝置;其特征在于:所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步包括:注入裝 置，所述注入裝置在所述預(yù)處理裝置和冷凝器之間的管路上，用于向所述管路內(nèi)注入濃度 處于1-25%之間的磷酸"；權(quán)利要求書4: "第二容器，所述冷凝裝置的液體輸出端處于所述 第二容器內(nèi)液面之下；第二輸送裝置，所述第二輸送裝置設(shè)置在注入裝置和第二容器之間 的管路上;加熱裝置，所述加熱裝置用于加熱所述第二容器內(nèi)的液體"。
[0007] 中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枺篊N201510147553.4，申請(qǐng)專利名稱："一種低濃度煙氣檢測(cè)預(yù)處 理除水方法及裝置及其煙氣檢測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)，低濃度煙氣檢測(cè)預(yù)處理除水方法"，"權(quán)利要求 8,其特征在于，所述的步驟(2)中酸液的引入溫度范圍70-100°C，同時(shí)栗與三通閥的連接管 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(duì)以上兩 處管道以及三通閥通過溫控單元進(jìn)行溫度控制，溫度控制范圍為70-100°C"；權(quán)利要求9,其 特征在于所述的步驟(2)中所引入酸液的濃度范圍為25%-85%;權(quán)利要求10,其特征在于 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。
[0008] 以上專利技術(shù)方案都對(duì)進(jìn)入冷凝裝置的酸液濃度進(jìn)行了限定，同時(shí)對(duì)酸液進(jìn)行不 同程度上的加熱，這樣可以在一定程度上抑制S0 2、N02等組分在水中的溶解，保證測(cè)定待測(cè) 組分的準(zhǔn)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(fèi)，增加廢料處理成本，甚至腐蝕冷凝器熱交換管；2)無系統(tǒng)標(biāo) 定。
[0009] 因此，針對(duì)現(xiàn)有的大氣污染物排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺陷，開發(fā)一種運(yùn)用于火電廠 大氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0010] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)方案中的不足，本發(fā)明提供了一種燃煤電廠煙氣污染物超低排 放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適用于超低排放高濕環(huán)境下低濃度s〇 2、N〇x的在線監(jiān)測(cè)。
[0011] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的：
[0012] -種燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括采樣單元，反吹單元，伴熱 管線、標(biāo)定單元，露點(diǎn)儀，抽氣栗，N0X轉(zhuǎn)換器，分析裝置，數(shù)據(jù)采集處理傳輸單元，其特征在 于所述在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在標(biāo)定單元和露點(diǎn)儀之間設(shè)有酸除濕器，用于對(duì)進(jìn)入加酸除濕器的煙 氣進(jìn)行酸化處理，防止煙氣中待測(cè)組分溶解在冷凝液中；所述加酸除濕器帶有就地標(biāo)定通 道，用于分析裝置的零點(diǎn)和量程標(biāo)定。
[0014] 優(yōu)選地，本發(fā)明在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述加酸除濕器采用三口直冷式熱交換管，三口分 別為進(jìn)氣口、出氣口和加酸口，其摒棄了傳統(tǒng)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(shí)間。 所述加酸除濕器采用兩級(jí)冷凝除濕，包括加酸口，分析裝置就地標(biāo)定入口，煙氣進(jìn)口， 煙氣出口，兩個(gè)冷凝物出口；前級(jí)采用非螺旋式三口直冷式熱交換管，包括出氣口，進(jìn)氣口， 加酸口，冷凝液出口。 所述加酸除濕器帶有三個(gè)蠕動(dòng)栗。
[0015] 所述加酸除濕器所加酸液為中強(qiáng)酸酸溶液，通過檢測(cè)加酸除濕器冷凝液pH值，控 制酸液濃度。 進(jìn)一步地，冷凝液pH值< 1.5。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，本發(fā)明具有的有益效果為：
[0017] 1、設(shè)計(jì)了帶有三口直冷式熱交換管的一體化加酸除濕器，可以對(duì)分析儀或分析裝 置進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)有利于減少煙氣中待測(cè)組分與加酸除濕器冷凝液的接觸時(shí)間和接觸面 積，可以降低低濃度S02、N0x的丟失率。
[0018] 2、通過檢測(cè)冷凝液pH值調(diào)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S0 2、N0x在冷凝液中溶解率的缺陷，降低了加酸成本，可將待測(cè)組分丟失量控制在0-lymol/mol〇
[0019] 3、未對(duì)加酸過程或者加酸容器進(jìn)行任何程度地加熱，降低了能耗和維護(hù)量。
[0020] 4、滿足超凈排放對(duì)低濃度S02、N0x總量的在線監(jiān)測(cè)。 本發(fā)明未對(duì)加酸過程或者酸容器進(jìn)行任何程度地加熱，設(shè)計(jì)了專用的三口直冷式熱交 換管和帶有標(biāo)定通道的一體化加酸除濕器，通過檢測(cè)最終冷凝液的pH值來調(diào)整加入酸液的 濃度，可以將待測(cè)組分丟失量控制在0-lMiol/mol，此外，在分析裝置前增設(shè)NOx轉(zhuǎn)化器，將 N0 2轉(zhuǎn)化為N0，可以滿足環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)對(duì)NOx總量測(cè)定的要求。
【附圖說明】：
[0021 ]圖1是本發(fā)明實(shí)施例在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的連接示意圖。 圖中，采樣單元1，反吹單元2，標(biāo)定單元3，加酸除濕器4，露點(diǎn)儀5，抽氣栗6，NOx轉(zhuǎn)換器 7，紅外分析儀8，雙管電加熱伴熱管線9。
[0022]圖2是實(shí)施例中加酸除濕器第一級(jí)三口直冷式熱交換管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中，出氣口 2-1，進(jìn)氣口 2-2，加酸口 2-3，冷凝液出口 2-4。
[0023]圖3是實(shí)施例中加酸除濕器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中，加酸口 3-1，分析裝置就地標(biāo)定入口 3-2，煙氣進(jìn)口 3-3，煙氣出口 3-4，冷凝物出口 3-5和3-6〇
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)于本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0025]以下實(shí)施例在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)，特別是超 低排放高濕環(huán)境下低濃度S02、N0x的在線監(jiān)測(cè)。 實(shí)施例:在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如附圖1所示，主要包括采樣單元1，反吹單元2,雙管電加熱伴熱 管線9、標(biāo)定單元3,露點(diǎn)儀5,抽氣栗6，N0x轉(zhuǎn)換器7,紅外分析儀8以及數(shù)據(jù)采集處理傳輸單 元，其主要?jiǎng)?chuàng)新之處是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在標(biāo)定單元3和露點(diǎn)儀5之間設(shè)有加酸除濕器4,用于對(duì)進(jìn)入 加酸除濕器的煙氣進(jìn)行酸化處理，防止煙氣中待測(cè)組分溶解在冷凝液中；所述加酸除濕器4 帶有就地標(biāo)定通道，用于分析裝置的零點(diǎn)和量程標(biāo)定。 實(shí)施例中，采樣單元1，包括可0-250°C可調(diào)加熱護(hù)套，優(yōu)先選擇180°C加熱護(hù)套;可選擇 1米-3米的采樣探桿，優(yōu)先選取1.5米長(zhǎng)期保持穩(wěn)定高溫加熱，采樣過程中會(huì)產(chǎn)生因樣品壓 力降低形成熱衰減，即焦耳-湯普森熱衰減效應(yīng)，為了防止煙氣在探頭腔體冷凝，需要對(duì)探 頭部件加熱保溫，探頭加熱溫度0_200°C可調(diào)，優(yōu)選的180°C探頭。探頭內(nèi)部帶有初級(jí)過濾 器，除去煙氣中的顆粒物等。
[0027] 反吹單元2，為了防止探頭堵塞，采用預(yù)加熱壓縮空氣定時(shí)對(duì)探頭及過濾器脈沖反 吹，同時(shí)反吹壓縮空氣通過盤管模擬煙氣充分預(yù)熱，防止溫度過低導(dǎo)致氣體冷凝。
[0028] 標(biāo)定單元3,用于超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)標(biāo)定，通過電磁閥切換，零點(diǎn)氣和 量程氣經(jīng)雙管電加熱伴熱管線進(jìn)入采樣單元，之后氣體流經(jīng)路徑與煙氣一致，可以最大程 度保證系統(tǒng)測(cè)量的精度、準(zhǔn)確性。由于煙氣連續(xù)排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大都采用基于非分光紅 外技術(shù)的分析儀，水汽對(duì)紅外干擾始終存在。因此，對(duì)于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的標(biāo)定，標(biāo)準(zhǔn)氣體 露點(diǎn)溫度應(yīng)與煙氣露點(diǎn)溫度一致，即要求零點(diǎn)氣、量程氣都應(yīng)在除濕器前進(jìn)樣，同時(shí)零點(diǎn) 氣、量程氣與煙氣的壓力、流量應(yīng)一致。
[0029] 加酸除濕器4如圖3所示，兩級(jí)冷凝除濕，包括加酸口 3-1，分析裝置就地標(biāo)定入口 3-2，煙氣進(jìn)口 3-3，煙氣出口 3-4，冷凝物出口 3-5和3-6。前級(jí)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(jìn)氣口 2-2，加酸口 2-3，冷凝液出口 2-4。 加酸除濕器4,帶有三個(gè)蠕動(dòng)栗，其中一個(gè)用于加酸，在熱交換管加酸口中加入一定百分含 量的磷酸，監(jiān)測(cè)冷凝液pH值，需保持測(cè)得冷凝物的pH值< 1.5。使用lr/min蠕動(dòng)栗將酸液通 過輸送管栗入三口直冷式熱交換管，使用兩個(gè)5r/min蠕動(dòng)栗將加酸除濕器的冷凝液由熱交 換管底部(3-5、3-6)排出，S0 2、NOx在冷凝液中丟失率低。冷凝液通常采用蠕動(dòng)栗栗出，與傳 統(tǒng)重力排放相比，降低了工作維護(hù)量。傳統(tǒng)重力排放會(huì)因冷凝液收集器被充滿后無法繼續(xù) 工作，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
[0030]加酸除濕器帶有標(biāo)定通道，若不需要系統(tǒng)標(biāo)定，可從加酸除濕器煙氣進(jìn)口（3-3)或 增加一個(gè)旁路（即分析裝置就地標(biāo)定入口 3-2)，用于零點(diǎn)氣和量程氣的進(jìn)入，從而用于分析 裝置就地標(biāo)定。
[0031] 露點(diǎn)儀5,位于加酸除濕器之后，用于監(jiān)測(cè)經(jīng)加酸除濕器處理后煙氣的露點(diǎn)。若超 過設(shè)定的露點(diǎn)值，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，并關(guān)斷進(jìn)樣電磁閥停止采樣或從旁路采集環(huán)境空氣。 [0032] NOx轉(zhuǎn)換器7，可將N02轉(zhuǎn)換為N0，原煙氣中N0保持不變，從而通過監(jiān)測(cè)N0測(cè)量煙氣 中NOx。煙氣中的氮氧化物主要有N0、N0 2組成，N0的含量一般占到90%以上。NOx轉(zhuǎn)換器可以 以金屬鉬、不銹鋼或者碳等物質(zhì)為催化劑。實(shí)際應(yīng)用中，在NOx轉(zhuǎn)換器之后，需要加載精細(xì)過 濾器過濾以及膜式過濾器得到干凈煙氣之后，再進(jìn)入紅外分析裝置從而得到準(zhǔn)確以及穩(wěn)定 可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。
[0033]雙管電加熱伴熱管線9,采用了耐高溫樣品傳輸管，為了使其保持在設(shè)計(jì)需要的工 作溫度，采用了兩端加熱的方式，比一般單端加熱效果更好，溫度更穩(wěn)定，溫度可選0-200 °C，超凈排放溫度一般設(shè)置在100-200°C，優(yōu)選的180°C。
[0034] 應(yīng)用實(shí)例
[0035] 步驟1)、利用零點(diǎn)氣99.999%高純氮?dú)夂土砍虤?4_〇1/111〇1(約39.111^/1113)30 2標(biāo) 準(zhǔn)氣體，經(jīng)標(biāo)定單元電磁閥進(jìn)氣，進(jìn)入雙管電加熱伴熱管線9、采樣單元1、加酸除濕器4、露 點(diǎn)儀5到機(jī)柜內(nèi)，再經(jīng)NOx轉(zhuǎn)換器7后進(jìn)入非分光紅外分析儀8,對(duì)分析系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，記 錄濕度為0%和未加磷酸時(shí)加酸除濕器時(shí)系統(tǒng)S0 2濃度測(cè)得值，同時(shí)記錄分析儀的零點(diǎn)和量 程漂移，用于校正S02修正值。
[0036] 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(shí)檢測(cè)冷 凝液pH值。實(shí)驗(yàn)中固定磷酸pH值為1.1，通過蒸汽發(fā)生器模擬現(xiàn)場(chǎng)高濕環(huán)境，測(cè)試并記錄不 同濕度環(huán)境下系統(tǒng)加酸時(shí)S02濃度測(cè)得值。
[0037] 步驟3)、固定濕度為30%，減小磷酸pH值至0.7,測(cè)試并記錄不同濕度環(huán)境下系統(tǒng) 加酸時(shí)s〇2濃度測(cè)得值。
[0038] 步驟4)、固定濕度為30%，測(cè)試并記錄系統(tǒng)不加酸時(shí)S02濃度測(cè)得值。
[0039] S02測(cè)得值和S02修正值，計(jì)量單位為mg/m 3。

[0040]可以看出高濕度環(huán)境下，S02會(huì)溶解于冷凝液中，造成丟失，實(shí)驗(yàn)中S02最大丟失率 可達(dá)50%;加酸會(huì)抑制S02的溶解，酸性越強(qiáng)，抑制效果越好，但隨著pH降低，效果變緩，pH< 1后差別更小，但加酸不會(huì)完全消除S0 2在冷凝液中的溶解。
[0041 ]在磷酸pH= 1左右的情況下，40mg/m3以內(nèi)的S02標(biāo)準(zhǔn)氣在水分30%以內(nèi)的條件下， 絕對(duì)丟失率<lmg/m3。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括采樣單元，反吹單元，伴熱管 線、標(biāo)定單元，露點(diǎn)儀，抽氣栗，NOx轉(zhuǎn)換器，分析裝置，數(shù)據(jù)采集處理傳輸單元，其特征在于： 所述在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在標(biāo)定單元和露點(diǎn)儀之間設(shè)有加酸除濕器，用于對(duì)進(jìn)入加酸除濕器的煙 氣進(jìn)行酸化處理，防止煙氣中待測(cè)組分溶解在冷凝液中；所述加酸除濕器帶有就地標(biāo)定通 道，用于分析裝置的零點(diǎn)和量程標(biāo)定。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所 述加酸除濕器采用三口直冷式熱交換管，三口分別為進(jìn)氣口、出氣口和加酸口。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所 述加酸除濕器采用兩級(jí)冷凝除濕，包括加酸口，分析裝置就地標(biāo)定入口，煙氣進(jìn)口，煙氣出 口，兩個(gè)冷凝物出口；前級(jí)采用非螺旋式三口直冷式熱交換管，包括出氣口，進(jìn)氣口，加酸 口，冷凝液出口。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所 述加酸除濕器帶有三個(gè)蠕動(dòng)栗。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所 述加酸除濕器所加酸液為中強(qiáng)酸酸溶液，通過檢測(cè)加酸除濕器冷凝液pH值，控制酸液濃度。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃煤電廠煙氣污染物超低排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所 述冷凝液pH值<1.5。
【文檔編號(hào)】G01N21/3504GK106053375SQ201610587584
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日 公開號(hào)201610587584.6, CN 106053375 A, CN 106053375A, CN 201610587584, CN-A-106053375, CN106053375 A, CN106053375A, CN201610587584, CN201610587584.6
【發(fā)明人】顧潮春, 劉乙, 林義進(jìn), 萬智, 吳瓊水, 謝兆明, 陸海斌
【申請(qǐng)人】南京霍普斯科技有限公司