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CN115541520A - 评价cems预处理装置二氧化硫丢失率的系统及方法 - Google Patents

评价cems预处理装置二氧化硫丢失率的系统及方法 Download PDF

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CN115541520A CN202211163204.8A CN202211163204A CN115541520A CN 115541520 A CN115541520 A CN 115541520A CN 202211163204 A CN202211163204 A CN 202211163204A CN 115541520 A CN115541520 A CN 115541520A
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张国城
潘一廷
杨思远
王亮
来海新
李峰
孙宝瑞
周志宽
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Abstract

本发明提供评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统及方法，属于气体检测技术领域，CEMS预处理装置的性能对污染物排放的监测结果有显著影响，虽然行业标准对冷凝预处理装置二氧化硫组分丢失率进行了规定，但目前还没有相应的评价方法。通过对冷凝预处理装置二氧化硫组分丢失率原因进行分析，发现无法通过理论计算得到丢失率，因此提出一种CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的评价方案，介绍评价方法及影响评价结果的关键因素，为相关评价方法的建立提供思路。

Description

评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统及方法
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统及方法。
背景技术
我国已安装的绝大多数烟气排放监测系统为直接抽取法为主。由于固定污染源排放的烟气为高温、高湿气体，样气直接进入气体分析仪会导致测量误差并容易损坏仪器，为确保CEMS系统监测数据的准确性、长期可靠性及延长使用寿命，《GB16157-1996固定污染源排气中颗粒物和气态污染物采样方法》和《HT/T397-2007固定源废气监测技术规范》等固定污染源监测标准中，规定使用仪器直接测试法采样测试气态污染物含量时，必须先经过预处理装置对样气进行颗粒物过滤和湿度处理，再进入气体分析仪，因此CEMS预处理装置的性能对污染物排放的监测结果至关重要。
为了降低样气中湿度的影响，经常采用低温(4℃左右)冷凝除湿，简称冷干法。由于二氧化硫易溶于水，冷凝形成的水滴会使吸收二氧化硫，造成测量结果比实际值偏低，甚至出现二氧化硫未检出的情况[3]。为了提高监测结果的准确性，《HJ76-2017固定污染源烟气(二氧化硫、NOX、颗粒物)排放连续监测系统技术要求及检测方法》中对冷凝预处理装置二氧化硫组分丢失率进行了规定，但目前国家还没有出台相应的检测装置或方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明通过对冷凝预处理装置的二氧化硫组分的丢失原因进行分析，提出可行的评价系统和方法，为广大计量工作者和环保工作者提供参考。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统，所述系统包括烟气模拟发生装置、预处理装置、露点仪以及分析仪，所述烟气模拟发生装置通过高温伴热管线与所述预处理装置连接，其中，
所述烟气模拟发生装置包括并列设置的液态水模块、标准气体模块以及稀释气体模块；
所述预处理装置的输出端与所述露点仪的输入端连接，所述露点仪的输出端与所述分析仪的输入端连接。
作为优选，所述液态水模块还包括加热腔。
作为优选，所述液态水模块、标准气体模块以及稀释气体模块均包括质量流量控制器。
作为优选，所述预处理装置的输出端还连接有排水装置。
另一方面，本发明提供了一种评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统的评价方法，包括以下步骤：
S1：检测预处理装置的除湿效果
将液态水气化，调节液态水的体积和稀释气体的进样量，得到不同含湿量的气体；
用露点仪对气体的含湿量进行定值，并测量经过预处理装置前后气体的含湿量；
S2：确定预处理装置的固有损失量
调节标准气体和稀释气体的流量比例，得到不同浓度的二氧化硫标准气体；
将不同浓度的二氧化硫标准气体分别通入分析仪进行校准并验证仪器的准确性；
将不同浓度的二氧化硫标准气体经过预处理装置后再通入气体分析仪，计算浓度值的变化，得到预处理装置固有的损失量,用于后续进行补偿；
S3：丢失率的计算
调节液态水、气体标准物质和稀释气体的进样量，输出已知含湿量和二氧化硫浓度的模拟烟气，通过高温伴热管进入预处理装置；
模拟烟气经过冷凝除水后，把液态水分排出，除湿后的气体进入二氧化硫气体分析仪，得到经过预处理装置后的二氧化硫浓度；
对二氧化硫的测量值进行水分干扰和气体浓度固有损失量的补偿，通过二氧化硫的标准值和经过预处理装置后二氧化硫的补偿值计算二氧化硫的丢失率。
作为优选，所述步骤S1还包括：观察经过预处理装置除湿后，残余水分对分析仪的干扰步骤。
作为优选，所述步骤S3还包括：观察在使用预处理装置条件下，气体含湿量和二氧化硫浓度设定值变化时，二氧化硫损失量和损失率的变化趋势的步骤。。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本文搭建了CEMS预处理装置二氧化硫丢失率评价系统，提出了一种可行的评价方法，并对评价过程中的关键影响因素进行分析，为今后建立相关评价标准提供参考；
本试验中调节气体含湿量大小和二氧化硫浓度的原理是动态稀释法，该方法通过调整湿度发生器和气体稀释装置出口的气体流量实现，操作较为便捷，可以快速检测预处理装置的二氧化硫丢失率。
附图说明
图1是本发明系统框图；
图2本发明二氧化硫在不同温度下水中溶解曲线。
图3为不同浓度、不同含湿量的二氧化硫气体对比图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例
1、二氧化硫组分丢失原因
冷干法除湿过程中，二氧化硫在冷凝气析出的水中溶解并部分发生化学反应，见公式(1)。
Figure BDA0003860460010000041
图2为二氧化硫在不同温度下水中溶解曲线，一般冷干法预处理的出口温度在4℃左右，在这温度下二氧化硫在水中的饱和溶解度较高。因为二氧化硫在前处理装置动态过程中，并不是饱和溶解，只能通过模拟试验的方式确定实际的二氧化硫丢失率。
2、评价系统的建立
1)使用的主要仪器及试剂：湿度发生器、气体稀释装置、红外二氧化硫气体分析仪、精密露点仪、二氧化硫气体标准物质。
2)搭建系统
搭建如图2所示的预处理装置二氧化硫丢失率测试系统，整套系统包气体标准物质及液态水、质量流量控制器、加热腔、高温伴热管线、精密露点仪、二氧化硫气体分析仪及被测预处理装置。
具体的系统建立如下：
所述系统包括烟气模拟发生装置、预处理装置、露点仪以及分析仪，所述烟气模拟发生装置通过高温伴热管线与所述预处理装置连接，其中，
所述烟气模拟发生装置包括并列设置的液态水模块、标准气体模块以及稀释气体模块；
所述预处理装置的输出端与所述露点仪的输入端连接，所述露点仪的输出端与所述分析仪的输入端连接。
作为本发明系统的一个优选方案，所述液态水模块还包括加热腔。
作为本发明系统的一个优选方案，所述液态水模块、标准气体模块以及稀释气体模块均包括质量流量控制器。
3)检测过程
(1)将加热腔和伴热管线温度的调节至150℃，待温度稳定后，调节液态水的流量，以0.2207g/min的流量进入加热腔中进行气化，同时通过质量流量控制器将气体流量控制在2700mL/min,通过计算可知，此时理论的气体总流量为3L/min，含湿量为10％。
(2)用高温露点仪对10％含湿量的气体进行测量，得到的测量结果是含湿量9.98％(标准值)。
(3)将含湿量为9.98％(标准值)的气体经过预处理装置，用高温露点仪进行测量，得到的测量结果是含湿量0.71％，得到经过预处理装置除湿后气体的含湿量。再将经过预处理装置除湿后的气体通入二氧化硫气体分析仪，仪器显示0.37μmol/mol，未除湿后残留水分对气体分析仪的干扰值。
(4)用质量流量控制器将80μmol/mol的空气中二氧化硫气体标准物质的流量控制在750mL/min，洁净空气控制在2250mL/min，总流量达到3L/min，此时二氧化硫的标准浓度为20μmol/mol，将已知浓度的二氧化硫气体通入分析仪中显示20.2μmol/mol，得出仪器的测量误差为1％。
(5)将液态水的流量控制为0.2207g/min，洁净空气流量控制为2250mL/min，二氧化硫气体流量控制为750mL/min，得到气体流量为3L/min，含湿量为10％，二氧化硫浓度为20μmol/mol的模拟烟气，通过高温伴热管进入预处理装置，模拟烟气经过冷凝除水后，把液态水分排出，除湿后的气体进入二氧化硫气体分析仪，得到经过预处理装置后的二氧化硫浓度为18.2μmol/mol，对二氧化硫的测量值进行水分补偿后和固有损失量的补偿，实际值为17.78μmol/mol，得到二氧化硫的损失量为2.22μmol/mol，损失率为11.1％。
(6)可以通过质量流量控制器调节液态水的体积、二氧化硫气体的流量和稀释气的进样量，得到不同浓度、不同含湿量的二氧化硫气体，应用此方法进行评价,实验结果见图3。本试验中调节气体含湿量大小和二氧化硫浓度的原理是动态稀释法，该方法通过调整湿度发生器和气体稀释装置出口的气体流量实现，操作较为便捷，可以快速检测预处理装置的二氧化硫丢失率。
4)影响因素
1.水分对分析仪的影响
在使用非分散红外吸收法气体分析仪进行预处理装置二氧化硫丢失率评价时，由于其是基于朗伯－比尔吸收定律的光谱吸收技术，可以根据特定气体的红外吸收波长和衰减程度不通测量气体的浓度，但是水汽在(1～9)μm波长范围内都有连续的吸收带，应预先检测经过预处理装置除湿后的气体对分析仪的影响，减少水分对二氧化硫的分析数据造成的误差。
Figure BDA0003860460010000061
2.出口湿度的影响
冷凝预处理装置显示的温度是热交换器温度监测点处的温度，不是经过预处理装置后样气的温度，更不是样气的露点湿度，预处理装置出口的样气露点很难达到4℃(干基)的要求，因此应对出口的样气湿度进行检测，对经过预处理装置后二氧化硫的测量浓度进行补偿。
补偿公式：标准值(干基)＝测量值(湿基)/(1-气体含湿量)。
5)结论
在使用冷干法预处理装置对烟气进行除湿过程中，烟气中二氧化硫溶解于冷凝水，造成二氧化硫的测量值偏低。由于二氧化硫的丢失值是非线性、瞬时值无法通过理论推导得到，因此需要通过试验评价二氧化硫的丢失率。
本文搭建了CEMS预处理装置二氧化硫丢失率评价系统，提出了一种可行的评价方法，并对评价过程中的关键影响因素进行分析，为今后建立相关评价标准提供参考。
利用本发明所述技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统，其特征在于，所述系统包括烟气模拟发生装置、预处理装置、露点仪以及分析仪，所述烟气模拟发生装置通过高温伴热管线与所述预处理装置连接，其中，
所述烟气模拟发生装置包括并列设置的液态水模块、标准气体模块以及稀释气体模块；
所述预处理装置的输出端与所述露点仪的输入端连接，所述露点仪的输出端与所述分析仪的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统，其特征在于，所述液态水模块还包括加热腔。
3.根据权利要求2所述的评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统，其特征在于，所述液态水模块、标准气体模块以及稀释气体模块均包括质量流量控制器。
4.根据权利要求3所述的评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统，其特征在于，所述预处理装置的输出端还连接有排水装置。
5.如权利要求1-4任一项所述的评价CEMS预处理装置二氧化硫丢失率的系统的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：检测预处理装置的除湿效果
将液态水气化，调节液态水的体积和稀释气体的进样量，得到不同含湿量的气体；
用露点仪对气体的含湿量进行定值，并测量经过预处理装置前后气体的含湿量；
S2：确定预处理装置的固有损失量
调节标准气体和稀释气体的流量比例，得到不同浓度的二氧化硫标准气体；
将不同浓度的二氧化硫标准气体分别通入分析仪进行校准并验证仪器的准确性；
将不同浓度的二氧化硫标准气体经过预处理装置后再通入气体分析仪，计算浓度值的变化，得到预处理装置固有的损失量,用于后续进行补偿；
S3：丢失率的计算
调节液态水、气体标准物质和稀释气体的进样量，输出已知含湿量和二氧化硫浓度的模拟烟气，通过高温伴热管进入预处理装置；
模拟烟气经过冷凝除水后，把液态水分排出，除湿后的气体进入二氧化硫气体分析仪，得到经过预处理装置后的二氧化硫浓度；
对二氧化硫的测量值进行水分干扰和气体浓度固有损失量的补偿，通过二氧化硫的标准值和经过预处理装置后二氧化硫的补偿值计算二氧化硫的丢失率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S1还包括：观察经过预处理装置除湿后，残余水分对分析仪的干扰步骤。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤S3还包括：观察在使用预处理装置条件下，气体含湿量和二氧化硫浓度设定值变化时，二氧化硫损失量和损失率的变化趋势的步骤。
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