一种烟气中三氧化硫的自动采样装置的制作方法

本实用新型属于污染源监测领域，具体是一种烟气中三氧化硫的自动采样装置。

背景技术：

三氧化硫(SO₃)污染是以燃煤电厂为代表的工业过程中不可忽视的问题，其形成的硫酸蒸汽在壁温低于酸露点的受热面上凝结，会造成严重腐蚀现象，因此，监测烟气中三氧化硫的含量具有至关重要的意义。

由于三氧化硫能迅速吸收烟气中的水分生成硫酸烟雾，会凝结和粘附于采样测试仪器的传输管道上，导致采样误差和仪器腐蚀，因此，三氧化硫的取样方法对烟气检测结果的精确度影响重大。现有烟气监测设备或结构复杂、监测成本高，或取样效果差，易造成取样误差，影响分析测试结果。此外，线下分析测试工作繁杂，占用大量人力和时间。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供了一种烟气中三氧化硫的自动采样装置，本装置取样方便、自动化程度高，实现了样品的自动采集，具体技术方案如下：

一种烟气中三氧化硫的自动采样装置，包括烟气采样模块、烟气输送及采集模块和测控模块；

烟气采样模块包括采气管和与其相连接的压力测试管；

烟气输送及采集模块包括恒温箱、吸收瓶、储液瓶一、储液瓶二、空气泵和液体输送泵；吸收瓶安装在恒温箱中，储液瓶一安装在恒温箱下部与吸收瓶底部连接，储液瓶二安装在恒温箱上部通过液体输送泵与吸收瓶顶部相连，空气泵安装在恒温箱右侧与吸收瓶相连；

测控模块包括质量流量控制器，分别安装在空气泵和液体输送泵与吸收瓶连接的管路中。

进一步，所述恒温箱外部包覆保温层，箱壁内侧安装热敏电阻、制冷板和测温探头。

进一步，所述烟气输送及采集模块包括多个串联的吸收瓶，吸收瓶内安装多孔玻璃板。

进一步，所述烟气输送及采集模块包括安装在吸收瓶和空气泵之间的泵前防倒吸和干燥组件，组件包括串接防倒吸瓶和干燥器。

进一步，烟气采样模块包括温控装置。

进一步，在所述泵前防倒吸和干燥组件上并联应急气路用于保护空气泵。

本实用新型的有益效果是：

1.烟气采样模块配有颗粒物前置过滤器和温控组件，以防止三氧化硫提前冷凝和烟气管路的堵塞。

2.自动控温的恒温箱，维持低温的采样环境以利于三氧化硫气体的冷凝和收集。

3.烟气输送及采集模块中的烟气自下向上通过起泡式吸收瓶的多孔玻璃板，进一步减小气路堵塞的可能。

4.装置设有防倒吸和干燥组件，并预留应急旁路，可良好的应对采样事故，延长装置寿命。

5.装置可实现自动采样、吸收瓶冲洗、管路清洗等功能，大幅度降低人工重复性劳动，提高采样的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型采气管的替换形式；

图3为本实用新型自动采样流程图。

具体实施方式

以下结合附图对实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1，一种烟气中三氧化硫的自动采样装置，包括烟气采样模块、烟气输送及采集模块、测控模块和自动控制面板11。

烟气采样模块包括采气管1-1和与其相连接的压力测试管1-2；采气管1-1可用图2中采气管1-4代替。采气管1-1前端设有颗粒物前置过滤器，过滤器的材质为石英，过滤器填充玻璃纤维滤棉，以过滤烟气中灰分。烟气采样模块采集的烟气流向与待测烟气流向相反或相互垂直，以减少灰分采集，防止烟气采样模块堵灰。根据实际需要在采气管1-1上安装温控装置1-3，维持待测烟气温度于130摄氏度以上，防止烟气中三氧化硫冷凝于烟气输送及采集模块前的管路中，减小采样误差。当待测烟气为高温烟气时，可不安装温控装置1-3。烟气采样模块与烟气输送及采集模块连接的管路2-3上设有阀门3-2.

烟气输送及采集模块包括恒温箱0-1、吸收瓶、储液瓶一7-1、储液瓶二7-2、空气泵10-2和液体输送泵10-1。起泡式吸收瓶内安装多孔玻璃板(玻璃筛板)，三个串联的起泡式吸收瓶(吸收瓶6-1、吸收瓶6-2、吸收瓶6-3)形成吸收瓶组安装在恒温箱中。储液瓶一7-1安装在恒温箱下部与各个吸收瓶底部连接，储液瓶二7-2安装在恒温箱上部通过液体输送泵10-1与各吸收瓶顶部相连，空气泵10-2安装在恒温箱右侧与吸收瓶6-3相连，中间安装泵前防倒吸和干燥组件，组件包括串接防倒吸瓶8-1、8-2和干燥器9-1、9-2，质量流量控制器4-5分别与空气泵10-2和泵前防倒吸和干燥组件相连。恒温箱外部包覆保温层，以维持采样环境温度。箱壁内侧安装热敏电阻(图中未示出)、制冷板0-4和测温探头0-3，运行时，恒温箱内部装入没过制冷板0-4的去离子水，并通过恒温箱外部的温控面板0-2和内部温度探测头0-3，控制箱体内部温度为0～5摄氏度。采样过程中，烟气经由烟气采样模块、软连接管路2-3、烟气输送及采集模块入口管路2-21进入恒温箱0-1中的吸收瓶组中。吸收瓶组采用串联连接，吸收瓶入口气路末端玻璃筛板浸入吸收液中，以充分吸收烟气中的三氧化硫。

测控模块包括质量流量控制器，分别安装在空气泵10-2和液体输送泵10-1与吸收瓶连接的管路中。

自动控制面板11用于控制采样装置中的所有阀门、空气泵10-2、液体输送泵10-1和质量流量控制器。

采样过程的动力由空气泵10-2提供。由装置出口管烟气经由气路2-22或气路2-23，通过质量流量控制器4-5控制采样流量稳定于每分钟0.5升到2.0升之间的特定值，以采集一定体积的烟气。气路2-22(气路2-23)为泵前防倒吸、干燥保护气路，包含始端截止阀3-7(截止阀3-8)、防倒吸瓶8-1(防倒吸瓶8-2)、变色硅胶干燥器9-1(变色硅胶干燥器9-2)和末端截止阀3-9(截止阀3-10)，两气路一用一备，以便于组件的及时更换。在一个实施方案中，在阀门3-7和3-8后端设置应急气路2-24，必要时，通过关闭阀门3-7(阀门3-8)并开启阀门3-13以开启应急气路以保护空气泵10-2。

三氧化硫的自动采样装置的管路切换有四种模式：吸收液供给模式、气体采样模式、气路清洗模式和压缩空气吹扫模式。

采样前，自动采样装置切换至吸收液供给模式，吸收液经由液体输送泵10-1从储液瓶二7-2经阀门3-12和质量流量控制器4-4控制总量，由质量流量控制器4-1、4-2、4-3和阀门5-1、5-2、3-11平均输送至吸收瓶组中。储液瓶二7-2中溶液为浓度80vol.％的异丙醇溶液，吸收液总体积可选范围为100～200毫升。

采样时，自动采样装置切换至气体采样模式。烟气经由烟气采样模块、软连接管路2-3、阀门3-2、管路2-21进入恒温箱0-1中的吸收瓶组中，后经由气路2-22或气路2-23(由阀门3-7、3-8、3-9和3-10控制)，通过质量流量控制器4-5控制采样流量。采样流量稳定于每分钟0.5升到2.0升之间的特定值，以采集一定体积的烟气。

采样结束时，自动采样装置控制吸收瓶中溶液分别通过阀门3-4、阀门3-5和阀门3-6后汇合，经管路2-16导入储液瓶一7-1中，并由气路清洗模式(此模式连通的部件包括吸收液供给模式中所有管路和配件，并包含管路2-11及阀门3-11)冲洗吸收瓶及气路，收集残留溶液。吸收瓶冲洗3～5次，同样导入储液瓶一7-1中，并由气路清洗模式(此模式连通的部件包括吸收液供给模式中所有管路，以收集容器器壁上残留的三氧化硫，以减少采样误差。

在采样准备过程中，管路于气路清洗模式和压缩空气吹扫模式之间切换。压缩空气吹扫模块包括压缩空气气源及阀门3-3，其接入管路2-21中以吹扫气路。过程中溶液作为废液排放。

烟气中三氧化硫的自动采样装置的测控模块通过质量流量控制器和测温探头反馈的气液体流量、温度条件等信息，结合采样程序运行阶段，控制各阀门情况及管路中气体或液体流量，以实现管路的自动切换，以实现装置的自动采样。

图3描述了三氧化硫采样装置根据本文实施方案执行的流程图。在步骤Ⅰ中，吸收瓶组接收已知体积、浓度为80vol.％的异丙醇吸收液，以吸收三氧化硫气体，并抑制二氧化硫的吸收。在此步骤中，截止阀门3-12、3-11开启、三通阀门5-1、5-2开启图1中左侧通路，其余阀门均处于闭合状态。

在步骤Ⅱ中，待测烟气由烟气采样模块采样，由空气泵10-2和质量流量控制器4-5控制烟气流量和采样时间，进入串联的吸收瓶组吸收。采样过程中，通过温控面板0-2将吸收瓶所处环境温度维持于5℃。此过程中仅阀门3-2、3-7和3-9(或阀门3-2、3-8和3-10)开启，其余阀门均处于闭合状态。

步骤Ⅲ为吸收液的收集。完成采样操作后，吸收瓶组中完成三氧化硫吸收的吸收液通过阀门3-4、3-5和3-6以储液瓶一7-1收集。此后，关闭上述阀门，开启截止阀门3-1、3-11、3-12及三通阀5-1和5-2，冲洗吸收瓶组和烟气气路后，同样收集洗液。冲洗步骤重复2-3次，以收集残留的吸收液。为完全导出吸收瓶中溶液，压缩空气通过管路2-21上预留气路和阀门3-3进入吸收瓶，将吸收液压入储液瓶。

步骤Ⅳ交替使用吸收液和压缩空气清洗吸收瓶和烟气气路。以吸收液清洗的操作与步骤Ⅲ中的冲洗操作一致，而以压缩空气清洗时，压缩空气通过阀门3-3进入管路2-21，吹扫后部气路。

本烟气中三氧化硫的自动采样装置在防倒吸瓶和干燥器前端设有应急旁路2-24，在发生倒吸等紧急情况时，可开启阀门3-13，方便后续处理。

本装置简化了含三氧化硫气体采样的操作，实现含三氧化硫烟气样品的自动采集，节约采样人力，提高采样准确度，为含三氧化硫烟气的分析提供了便利条件。

以上所述仅为本实用新型的较佳组合实施举例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。