采用了基于催化剂的一氧化碳传感器的系统以及防止该传感器被硫和积炭损害的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于燃料燃烧系统的一氧化碳(CO)传感器装置，具体地，涉及防止该传感器被硫酸盐和积炭损害的方法。
【背景技术】
[0002]火力发电厂通过燃烧煤、天然气或石油等化石燃料来发电，其将燃烧产生的热能转化为机械能来运作发电机。燃烧产生的废气中的一氧化碳当量(COe)水平是一种可以准确可靠且敏锐地用来显示未燃烧的可燃物的指标，其中所述Coe是指主要包括一氧化碳的可燃性气体，其不仅包括一氧化碳，也包括其他可燃性气体，如氢气、甲烷、乙烷及其他高烃成分。因此，可通过监控所述废气中的COe水平来控制空气燃料比，从而获得最优的燃烧效率。基于不同的技术和原理，有多种装置可用来测量燃料锅炉废气中的COe水平，比如固态CO传感器和光学探测器等，其中光学探测器包括红外、非分光红外、可调谐二极管激光光谱仪等。COe水平的平稳控制能实现的最小的能量损失和最大的能量效率，且不受锅炉负载、燃料类型或燃料数量的影响。
[0003]一种方法是用基于催化剂的CO传感器来测量COe水平，所述CO传感器用氧化催化剂来将COe氧化成二氧化碳。在催化氧化反应过程中产生的反应热可提高温度，测得的温度升高可用来估计废气中的COe水平。然而，在有些有害物质的存在下，所述催化剂可能会迅速恶化，比如，燃烧锅炉废气中可能存在的硫氧化物，可能导致CO传感器表面产生硫酸盐固体沉积，从而导致其失效。此外，在一些应用中还可在CO传感器表面发现积炭。
[0004]因此，需要一种燃料燃烧系统，其用来检测COe水平的基于催化剂的CO传感器不会因硫酸盐和积炭的产生迅速地恶化。
【发明内容】
[0005]本发明的一方面涉及一种一氧化碳(CO)传感器装置，其包括用来采集废气的采集装置和连接于所述采集装置的CO传感器。所述采集装置包括硫氧化物吸收剂，用来吸收所述采集的废气中的硫氧化物。所述CO传感器用来接收所述硫氧化物被吸收后的采集废气并检测其中的一氧化碳当量水平，该CO传感器包括含钼的活性元件。
[0006]本发明的另一方面涉及一种方法，该方法包括从燃料燃烧锅炉中采集废气，吸收所述采集的废气中的硫氧化物，然后用包括含钼的活性元件的CO传感器检测所述采集的废气中的一氧化碳当量水平。
[0007]本发明的另一方面涉及一种方法，该方法包括从燃料燃烧锅炉中采集废气，以及用CO传感器检测所述采集的废气中的一氧化碳当量水平，所述CO传感器包括含钼的活性元件，其在高于硫酸盐分解温度和焦炭燃烧温度的温度下操作，其中，高于所述硫酸盐分解温度时，硫酸盐的分解速度高于其沉积速度，高于所述积炭燃烧温度时，焦炭的燃烧速度高于其沉积速度。
【附图说明】
[0008]通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0009]图1显示了根据根发明的一个实施例的一种示例性的CO传感器装置。
[0010]图2显示了根据根发明的另一个实施例的一种示例性的CO传感器装置。
【具体实施方式】
[0011]以下将对本发明的具体实施例进行描述。除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所述技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”是指包括所列举的元件或者物件中的任一个或全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
[0012]本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，“大约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本文中所给出的数值范围可以合并或相互交换，除非文中有其它语言限定，这些范围应包括范围内所含的子范围。
[0013]对于用来燃烧空气与燃料的混合物来发电的燃料燃烧锅炉而言，希望能将空气-燃料比控制在一个理想的水平来获得最高的燃烧效率。通过监控燃烧锅炉的废气中纯氧(O2)的水平和一氧化碳当量(carbon monoxide equivalent,COe)的水平并调节燃烧条件来使所述空气-燃料比接近理想值，可对所述空气-燃料比进行调整校正。在所述燃烧锅炉的后端排布有一氧化碳传感器(CO传感器)，用来检测燃烧锅炉的废气中的COe水平。
[0014]所述CO传感器可包括一种催化剂，可用来促进COe发生放热反应，引起温度变化。在一个实例中，所述催化剂包括钼(Pt)。在一些实施例中，所述用来检测COe水平的基于催化剂的CO传感器包括一个活性元件和一个非活性的参考元件，其中活性元件可促进将COe氧化成二氧化碳(CO2)的氧化反应,而非活性的参考元件不可促进该氧化反应。在一个具体的实施例中，所述活性元件包括覆有PVAl2O3涂层的电阻温度探测器(resistancetemperature detector, RTD),所述非活性的参考元件包括覆有Al2O3涂层的电阻温度探测器。所述Pt起氧化催化剂的作用，所述Al2O3是很好的热导体。所述催化氧化反应在所述活性元件上产生热量，可对照地测量所述活性元件和非活性的参考元件的温度，它们之间的温差可用来估计废气中的COe水平。因此所述基于Pt催化剂的传感器可实时在线地快速测量废气中的COe水平，这有利于调整空气-燃料比来获得最优的燃烧效率。
[0015]所述PVAl2O3催化剂特别适用于在高温恶劣环境下氧化一氧化碳，但在燃料锅炉废气中存在硫氧化物的情况下PVAl2O3催化剂可能会迅速地恶化。PtAl2O3催化剂可将SO2氧化成S03，SO3再与Al2O3反应形成硫酸盐Al2 (SO4) 3，该硫酸盐Al2 (SO4) 3在500摄氏度以下的温度下保持稳定。在传感器的表面形成的所述硫酸盐Al2(SO4)3减少了 PVAl2O3催化剂与COe及氧气的有效接触面积,从而会降低催化氧化的效率。当SO2的浓度小于400ppm时，所述PVAl2O3催化剂的效率会降低约10%然后达到稳定。然而当SO2的浓度超过400ppm，尤其是在超过500ppm时,在催化剂表面会不断形成所述硫酸盐,这可能损坏Pt/Al203催化剂，降低其催化能力，最终使得催化剂与COe及氧气完全隔离，从而导致CO传感器的永久失效。
[0016]为了提高所述在燃料燃烧系统中使用的基于催化剂的CO传感器的寿命及可靠性，可采用两种方式，其中一种是在CO传感器的气体采集装置中装载硫氧化物吸收剂，以在所述废气接触到PVAl2O3催化剂之前将其中的SO2和SO3等硫氧化物降低至安全水平，比如400ppm，来防止硫氧化物对所述催化剂的毒害。所述硫氧化物吸收剂可选自金属氢氧化物、金属氧化物、碳酸盐以及它们的任意组合。硫氧化物吸收剂的一些具体例子有CaC03、CaO、Ca (OH)2、MgCO3、MgO和Mg (OH) 2。另一种方式是在一个相对较高的温度，比如，在500摄氏度以上，操作所述CO传感器，来避免积炭和硫酸盐沉积于所述CO传感器的含Pt的表面。根据需要，也可将所述两种方式结合使用。
[0017]如图1所示，一种燃料燃烧系统中用的CO传感器装置100包括用来从化石燃料锅炉101的废气中采气的气体采集装置102，其内设有硫氧化物吸收剂104，用来吸收所采集的废气中的硫氧化物。所述气体采集装置102后端连接有CO传感器115，用来探测所述用硫氧化