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图1 控制冷凝法采样序列示意
首先烟气经过一个过滤器去除其中的颗粒物,随后进入到伴热烟枪中被引出烟道,伴热烟枪温度维持在180℃,以避免烟气中的成分,特别是三氧化硫在烟枪中发生凝结,影响到测量结果。
此后烟气进入螺旋离心管,烟气中的三氧化硫被捕集。螺旋离心管长度为500mm。螺旋离心管通过水浴加热,温度维持在65~75℃。在螺旋离心管之后,测试装置布置有两个3%浓度的H2O2吸收瓶吸收烟气中的酸性气体等杂质,一个硅胶瓶以去除气体中的水分。
最后通过流量计和泵排入大气。采样流量为10L/min。在采样结束后,停止水浴加热,排空热水,取下螺旋离心管,从烟气流经的反方向使用高纯水进行冲洗,重复3次。将冲洗得到的溶液统一收集至容器中,定容后保存在4℃下。本研究中采用离子色谱对溶液中的硫酸根离子浓度进行分析,计算烟气中三氧化硫浓度。
1.2 测试燃煤电厂和测试点位
在某燃煤电厂机组上选取了4个不同的测试点位,对烟气中三氧化硫浓度进行了采样分析。
该机组装机容量为360MW,主要生产流程为燃煤锅炉、省煤器、SCR、空预器、静电除尘器、石灰石-石膏湿法脱硫塔。为了考察不同烟气环境下控制冷凝法的测试效果,选取SCR前、SCR后、空预器后和除尘器后4个测试点位。
考虑到SCR前代表了锅炉出口烟气三氧化硫浓度,反映了锅炉内三氧化硫生成情况,SCR后代表了 SCR对二氧化硫的催化效果,空预器后和除尘器后则反映了空预器和除尘器对三氧化硫的捕集效果。4个测试点位烟气温度逐渐降低(350 ~ 140℃),可以考察测试方法对采样烟气温度的适应性。
此外,4个采样点中,SCR前烟气中含有高浓度的氮氧化物,而SCR后、空预器后和除尘器后的烟气中氮氧化物浓度较低,且含有少量的氨,能够反映烟气成分变化对测试方法的影响。最后,前3个测试点位(SCR前后和空预器后)烟气中含有高浓度的颗粒物,而除尘后则含有微量的颗粒物,能够反映测试方法对含有不同颗粒物浓度的烟气的适应性。
2测试结果与讨论
2.1三氧化硫采样过程讨论
(1)过滤装置
烟气中三氧化硫的采样和测定针对气态三氧化硫进行。如果烟气中含有颗粒物,在螺旋离心管中将与三氧化硫一起被捕集在管壁当中,经过高纯水清洗之后,进入到最后的溶液中。对颗粒物来说,这相当于高纯水浸出,颗粒物表面含有的硫酸根基团将进入溶液当中,对测定结果造成影响。因此,在测定中需要先去除烟气中的颗粒物。
在之前的研究中,通常采用加热过滤器,处于伴热烟枪之后,在去除颗粒物的同时尽量避免对三氧化硫测试的影响。本文采用刚玉材质的过滤器,并处于整套系统的最前端,此时过滤器的温度即为烟气温度,满足本研究的需要。但过滤器表面积存的飞灰将对烟气中的三氧化硫发生吸附,且吸附随着飞灰层厚度的增加而不断增加。因此,为了将采样误差控制在较小的范围内,当采用过滤装置时,采样时间应适当缩短,在采样后对过滤器及时清理。
可以考虑将原有的过滤装置更换为撞击器+过滤器组合方式,通过前置撞击式除尘装置能够在尽可能去除颗粒物的同时最大限度的降低对三氧化硫的影响。考虑到此时温度远高于酸露点,三氧化硫表现为气态,撞击式除尘器对三氧化硫影响很小。随后再采用过滤式除尘装置,由于颗粒物浓度减小,过滤器表面飞灰层厚度亦很小,对于三氧化硫的吸附作用受到了削弱,有助于减小采样误差。
(2) 螺旋离心管
烟气在流入螺旋离心管后,烟气中的三氧化硫在离心力的作用下被捕集在管壁上。为了保证捕集效果,气体在螺旋离心管中应该有足够的流速,以产生较大的离心力,使烟气中的三氧化硫与螺旋离心管发生碰撞,同时螺旋离心管的长度应该保证烟气有足够长的停留时间以控制捕集效果。本文螺旋离心管的长度大于500mm,气体的流速控制在10 L/min。
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