一种湿烟气中液滴采样测量装置及方法与流程

本发明属于烟气检测技术领域，具体涉及一种湿烟气中液滴采样测量装置及方法。

背景技术：

化石燃料燃烧产生的烟气中，含有大量SO_X、NO_X、HCl、H₂S等气态污染物。工程应用中通常采用湿法洗涤的方法对这些污染物进行脱除，即使用大量含有吸收剂的浆液逆流冲刷烟气，烟气中的气态污染物与吸收剂发生反应生成液态或固态产物，从而从烟气中被脱除。经过湿法洗涤的烟气为湿烟气，其中水蒸气含量饱和，且携带有大量液滴。这些液滴通常为液固混合物，主要由吸收剂浆液和吸收反应产物组成。湿法洗涤后的湿烟气中气态污染物含量很低，而液滴中SO₄^2-、SO₃^2-、NO₃^-、Cl^-、F^-等活性阴离子的浓度却很高，因此湿烟气中携带的液滴才是导致湿烟气造成腐蚀的主要原因，液滴的含量和化学性质直接决定湿烟气腐蚀性的强弱。湿烟气中液滴含量越高、液滴的化学性质越活泼，湿烟气的腐蚀性也就越强。

以燃煤锅炉烟气为例，我国绝大多数燃煤锅炉使用石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术对烟气中的SO₂进行脱除，该过程在脱硫塔内进行。脱硫塔出口的湿烟气中含有大量液滴，具有很强的腐蚀性，由于湿烟气腐蚀导致的脱硫塔后烟道、设备和烟囱的损坏事故层出不穷。然而，由于结构设计和运行的差异，不同脱硫塔后湿烟气中液滴的含量具有很大差别，可能低于5g/m³，也可能高达200g/m³以上，液滴的成分也有所不同，导致湿烟气的腐蚀性具有很大差异。脱硫塔后烟道、设备和烟囱应根据湿烟气腐蚀性的强弱采取不同程度防腐措施，既要将腐蚀现象保持在可控范围内，也要避免不必要的成本。

近年来，由于低估湿法洗涤后湿烟气的腐蚀性造成的腐蚀事故并不鲜见。而另一些厂家则直接使用很高等级的防腐措施及材料，虽然避免了腐蚀事故，却带来了高昂的成本，造成了较大的浪费。要对湿烟气腐蚀性的强弱进行正确评估，必须测量出湿烟气中的液滴含量，并对液滴进行采样分析。然而，目前工程应用中并没有一种精确可行的装置可以达到上述目的。因此，设计一种可以应用到工程实践中的湿烟气中液滴采样及测量装置具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种湿烟气中液滴采样测量装置及方法，解决现有技术对工程实践中湿烟气中的液滴无法进行精确测量及采样的难题，并在此基础上，对湿烟气的腐蚀性做出准确评估。

为了达到上述目的，本发明采用了以下的检测装置及技术方案：

一种湿烟气中液滴采样测量装置，包括依次连接的采样管1、过滤器2、干燥器3、温度和压力传感器4、气体流量计5和抽气泵6，所述采样管1位于烟道外的部分和过滤器2外包裹有保温材料7；所述过滤器2包括外壳2-1，设置在外壳2-1内的滤芯2-5，设置在外壳2-1左右两端的进气口2-2和出气口2-3，设置在外壳2-1底部的排液口2-4和滤芯2-5；所述采样管1的尾端与所述过滤器2的进气口2-2相连；所述过滤器2的出气口2-3与所述干燥器3相连；所述采样管1用于垂直烟道时为L型弯管，用于水平烟道时为U型弯管，其顶端入口处管段与湿烟气来流方向平行，其顶端入口正对湿烟气的来流方向。

所述采样管1位于烟道内垂直烟气流向的管段长度不小于50cm或大于测点位置烟道宽度的1/4；所述采样管1的内径不小于5mm。

所述过滤器2中滤芯2-5对湿烟气中液滴的过滤精度不低于1μm；所述过滤器2采集的液滴样品的总重量不小于过滤器2初始重量的1/10。

所述温度和压力传感器4的测量误差不大于5％。

所述气体流量计5为涡街流量计、热式流量计或罗茨流量计；所述气体流量计5测量干烟气累积体积流量的误差不大于10％。

所述抽气泵6的抽气功率能够调节，使所述采样管1内的烟气流速接近测点位置湿烟气的流速。

在保证气密性的前提下，所述采样管1、过滤器2、干燥器3、温度和压力传感器4、气体流量计5和抽气泵6之间的连接处采用螺纹连接或法兰连接，连接处不出现小于90°的锐角。

所述保温材料7内布置有发热元件以减缓所测湿烟气温度的降低。

一种湿烟气中液滴采样测量方法，测量前，首先在所测湿烟气测点位置烟道壁8上开测孔9，并使用插入式温度和压力传感器10测得测点位置湿烟气的温度T₀和压力p₀，使用天平预先测得未使用的过滤器2的初始重量w₀。

采样测量时，权利要求1所述采样测量装置水平放置于烟道外，采样管1通过测孔9插入烟道中，采样管1的顶端入口处管段与湿烟气的流向平行，顶端入口正对湿烟气来流方向；在抽气泵6的作用下，湿烟气从采样管1的顶端入口进入采样测量装置，通过采样管1从过滤器2的进气口2-2进入过滤器2，过滤器2的排液口2-4在测量过程中关闭；烟气中的液滴在通过过滤器2的滤芯2-5时被过滤掉，停留在过滤器2中，不含液滴的烟气从过滤器2的出气口2-3进入干燥器3；在干燥器3中，烟气中的水蒸气被脱除；随后的温度和压力传感器4测出此时不含液滴和水蒸气的干烟气的温度T₁和压力p₁，气体流量计5测出该干烟气的在测量时间t内的累积体积流量V₁；抽气泵6提供将烟气从烟道中抽出时所需的功；

经过一定时间t的取样后，将采样管1从烟道中抽出，将过滤器2迅速取下，使用天平测得取样后过滤器2的重量w₁；称重完成后打开过滤器2的排液口2-4，从过滤器2的进气口2-2和出气口2-3向过滤器2内吹入干净空气，将从排液口2-4流出的液体收集至取样瓶中；收集的液体即为所测湿烟气中液滴的样品，可进一步对其进行分析，检测其化学性质；

所测湿烟气中液滴的含量ω采用以下方法计算：

1)查询测点位置湿烟气的温度T₀下水蒸气的饱和蒸气压p_w：

2)计算测点位置所测湿烟气中干烟气部分的累积体积流量V_d：

V_d＝V₁×p₁×T₀/(T₁×p₀)

3)计算测点位置所测湿烟气中水蒸气部分的累积体积流量V_w：

V_w＝V_d×p_w/(p₀-p_w)

4)计算测点位置所测湿烟气总的累积体积流量V₀：

V₀＝V_d+V_w

5)计算测点位置湿烟气中液滴的含量ω：

ω＝(w₁-w₀)/V₀

测点位置湿烟气中液滴的含量由三次以上测量计算结果取平均值得出，单次采样测量的时间不少于30分钟；

综合所收集液滴样品的化学性质和所测得湿烟气中液滴的含量，能够对所测湿烟气腐蚀性强弱作出评估。

和现有技术相比较，本发明具有如下优点：

目前市面上已有的烟气中杂质采样装置几乎都是干烟气中烟尘的采样装置。只适用于未经湿法洗涤的不含液态杂质的干烟气中固体颗粒物的收集。另外一些宣称可以用于“湿烟气”测量的装置，则多为测量水蒸气含量不饱和、不含液态杂质的烟气中水蒸气的含量，并没有抓住湿法洗涤后湿烟气的本质。

湿法洗涤后的烟气中，水蒸气其实为过饱和状态。气相内水蒸气含量饱和，同时还存在一些以液滴形式存在的液态和固态杂质。这些杂质才是湿法洗涤后烟气造成腐蚀的主要原因。干烟气中烟尘的采样装置无法用于湿法洗涤后的烟气。湿法洗涤后的烟气气相中水蒸气的含量饱和，可以通过水蒸气饱和蒸气压计算，无需测量。对湿法洗涤后湿烟气的腐蚀性进行评估的关键之处就是了解其液滴含量及液滴的性质。本发明正是从以上两点出发，对湿法洗涤后湿烟气中液滴进行采样及测量。

随着环境问题的严峻、环保制度的日益严格，湿法洗涤技术广泛应用于各行各业的烟气处理系统中，而湿法洗涤后湿烟气造成的腐蚀已成为一个严重的工程问题。本发明对于湿法洗涤后湿烟气腐蚀性的评估具有重要价值，既可以减少腐蚀事故的发生，也避免了不必要的浪费，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明进行湿烟气中液滴采样及测量时的结构示意图。

图2为本发明用于水平烟道时的变例的结构示意图。

图3为图1和图2中过滤器的结构示意图。

图4为插入式温度和压力传感器测量湿烟气温度和压力的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理作进一步描述。

图1为本发明提供的一种湿烟气中液滴采样及测量装置的工作时的结构示意图。

本发明提供的一种湿烟气中液滴采样及测量装置由采样管1、过滤器2、干燥器3、温度和压力传感器4、气体流量计5、抽气泵6和保温材料7组成。

图1为本发明用于垂直烟道内湿烟气时的案例，此时采样管1为L型弯管。当本发明用于水平烟道内湿烟气时，采样管1为U型弯管。图2为本发明用于水平烟道时的变例的结构示意图。

如图所示，过滤器2包括外壳2-1、进气口2-2、出气口2-3、排液口2-4和滤芯2-5。

采样管1的尾端与过滤器2的进气口2-2相连，过滤器2的出气口2-3与干燥器3的入口相连，干燥器3的出口与温度和压力传感器4、气体流量计5相连，气体流量计5的出口与抽气泵6相连。

在湿烟气测点位置烟道壁8上开有测孔9，测孔9的的大小应能保证取样管1和插入式温度和压力传感器10的顺利通过。

图4为插入式温度和压力传感器10测量湿烟气温度和压力的示意图。

使用插入式温度和压力传感器10通过测孔9测得测点位置湿烟气的温度T₀和压力p₀。

使用天平测得未使用的过滤器2的初始重量w₀。

对湿烟气中的液滴进行采样及测量时，本装置水平放置于烟道外。采样管1位于烟道外的部分和过滤器2外包裹有保温材料7。采样管1通过测孔9插入烟道中。采样管1的顶端入口处管段与湿烟气的流向平行，顶端入口正对湿烟气来流方向。在抽气泵6的作用下，湿烟气从采样管1的顶端入口进入本装置，通过采样管1从过滤器2的进气口2-2进入过滤器2。过滤器2的排液口2-4在测量过程中关闭。烟气中的液滴在通过过滤器2的滤芯2-5时被过滤掉，停留在过滤器2中，不含液滴的烟气从过滤器2的出气口2-3进入干燥器3。在干燥器3中，烟气中的水蒸气被脱除。随后的温度和压力传感器4可以测出此时不含液滴和水蒸气的干烟气的温度T₁和压力p₁，气体流量计5可以测出该干烟气的在测量时间t内的累积体积流量V₁。抽气泵6提供将烟气从烟道中抽出时所需的功。

经过一定时间t的取样后，将采样管1从烟道中抽出，将过滤器2迅速取下，使用天平测得取样后过滤器2的重量w₁。综合以上测量数据，采用发明内容中的计算方法计算所测湿烟气中液滴的含量ω。

称重完成后打开过滤器2的排液口2-4，同时从过滤器2的进气口2-2和出气口2-3向过滤器2内吹入干净空气，以助于过滤器2内液体的排出。将从排液口2-4流出的液体收集至取样瓶中。此步骤收集的液体即为所测湿烟气中液滴的样品。可进一步对其进行分析，检测其化学性质。

综合所收集液滴样品的化学性质和所测得湿烟气中液滴的含量，可以对所测湿烟气腐蚀性强弱作出评估。湿烟气中液滴含量越高、液滴的化学性质越活泼，湿烟气的腐蚀性也就越强；液滴含量越低、液滴的化学性质越稳定，湿烟气的腐蚀性也就越弱。

所述采样管1的材料为耐腐蚀的疏水性硬塑料，在采样过程中不发生变形。

所述采样管1为L型弯管(用于垂直烟道)或U型弯管(用于水平烟道)，以保证其顶端入口正对湿烟气的来流方向。

所述采样管1位于烟道内垂直烟气流向的管段长度不小于50cm或大于测点位置烟道宽度的1/4，以降低烟道内烟气流场边界层的影响。

所述采样管1的内径不小于5mm，以免液滴在入口处成膜或液滴中固体成分造成堵塞。

所述过滤器2中外壳2-1的材料为聚四氟乙烯、聚丙烯等耐腐蚀的疏水性塑料。

所述过滤器2中排液口2-4上设置有盖子或阀门，可以控制排液口2-4的开启和关闭。

所述过滤器2中滤芯2-5由玻璃纤维、塑料纤维或尼龙等材料编织而成，或由滤膜缠绕而成，对湿烟气中液滴的过滤精度不低于1μm。

所述采样过程须在所述过滤器2底部出现大量积液之前结束，以减少液滴的二次夹带。

所述过滤器2采集的液滴样品的总重量不小于过滤器2初始重量w₀的1/10，以减少称重的误差。

所述干燥器3内干燥剂为无水氯化钙、硅胶等中性干燥剂，对烟气中水蒸气以外的气体不产生吸收。

所述干燥器3内干燥剂的最大吸收量不小于所测湿烟气中水蒸气总量的5倍，以保证干燥器3的干燥效率。

所述温度和压力传感器4的测量误差不大于5％。

所述气体流量计5可以为涡街流量计、热式流量计或罗茨流量计等。

所述气体流量计5测量干烟气累积体积流量的误差不大于10％。

调节所述抽气泵6的抽气功率使所述采样管1内的烟气流速接近测点位置湿烟气的流速，以满足等速取样的要求。

由于所测湿烟气一般为湿法洗涤后的干净烟气，故通过抽气泵6后可直接排放至大气中。当原烟气处理系统中所测湿烟气在排放前仍需进行后续处理时，在所述抽气泵6之后加装烟气处理装置。

所述部件1～6之间需要额外采用管道进行连接时，管道的材料为耐腐蚀的疏水性塑料，管道内径不小于5mm。

在保证气密性的前提下，所述采样管1、过滤器2、干燥器3、温度和压力传感器4、气体流量计5和抽气泵6之间的连接处可以采用螺纹连接、法兰连接、压缩接头等连接方式，且不得出现小于90°的锐角，以避免连接处积液。

在所测湿烟气的温度下，所述采样管1、过滤器2、干燥器3、温度和压力传感器4、气体流量计5和抽气泵6均能正常工作，且其材料均不发生物性的改变。

所测烟气在采样管1和过滤器2内的总温降不大于1℃。

所述保温材料7为包覆性、隔热性优良的塑性材料。

所述保温材料7内可以布置有发热元件以减缓所测湿烟气温度的降低。

若所述测孔9的直径大于所述采样管1外径，则使用合适材料进行填充，使烟道内的湿烟气不从所述测孔9逸出。

所述插入式温度和压力传感器10测量时位于烟道内垂直烟气流向部分的长度等于所述采样管1位于烟道内垂直烟气流向的管段长度。

本装置的单次采样及测量的时间不少于30分钟。

本装置取得的液滴样品可以采用pH值检测、离子浓度检测、含固量检测等手段进行分析。进行分析时，须将液滴样品重新加热至所测湿烟气的温度，以避免液滴样品中溶质析出造成的影响。

测点位置湿烟气中液滴的含量由三次以上测量计算结果取平均值得出，以减小误差。