采用了基于催化劑的一氧化碳傳感器的系統(tǒng)以及防止該傳感器被硫和積炭損害的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于燃料燃燒系統(tǒng)的一氧化碳(CO)傳感器裝置，具體地，涉及防止該傳感器被硫酸鹽和積炭損害的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]火力發(fā)電廠通過燃燒煤、天然氣或石油等化石燃料來發(fā)電，其將燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能來運作發(fā)電機。燃燒產(chǎn)生的廢氣中的一氧化碳當量(COe)水平是一種可以準確可靠且敏銳地用來顯示未燃燒的可燃物的指標，其中所述Coe是指主要包括一氧化碳的可燃性氣體，其不僅包括一氧化碳，也包括其他可燃性氣體，如氫氣、甲烷、乙烷及其他高烴成分。因此，可通過監(jiān)控所述廢氣中的COe水平來控制空氣燃料比，從而獲得最優(yōu)的燃燒效率?；诓煌募夹g(shù)和原理，有多種裝置可用來測量燃料鍋爐廢氣中的COe水平，比如固態(tài)CO傳感器和光學探測器等，其中光學探測器包括紅外、非分光紅外、可調(diào)諧二極管激光光譜儀等。COe水平的平穩(wěn)控制能實現(xiàn)的最小的能量損失和最大的能量效率，且不受鍋爐負載、燃料類型或燃料數(shù)量的影響。
[0003]一種方法是用基于催化劑的CO傳感器來測量COe水平，所述CO傳感器用氧化催化劑來將COe氧化成二氧化碳。在催化氧化反應過程中產(chǎn)生的反應熱可提高溫度，測得的溫度升高可用來估計廢氣中的COe水平。然而，在有些有害物質(zhì)的存在下，所述催化劑可能會迅速惡化，比如，燃燒鍋爐廢氣中可能存在的硫氧化物，可能導致CO傳感器表面產(chǎn)生硫酸鹽固體沉積，從而導致其失效。此外，在一些應用中還可在CO傳感器表面發(fā)現(xiàn)積炭。
[0004]因此，需要一種燃料燃燒系統(tǒng)，其用來檢測COe水平的基于催化劑的CO傳感器不會因硫酸鹽和積炭的產(chǎn)生迅速地惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一方面涉及一種一氧化碳(CO)傳感器裝置，其包括用來采集廢氣的采集裝置和連接于所述采集裝置的CO傳感器。所述采集裝置包括硫氧化物吸收劑，用來吸收所述采集的廢氣中的硫氧化物。所述CO傳感器用來接收所述硫氧化物被吸收后的采集廢氣并檢測其中的一氧化碳當量水平，該CO傳感器包括含鉬的活性元件。
[0006]本發(fā)明的另一方面涉及一種方法，該方法包括從燃料燃燒鍋爐中采集廢氣，吸收所述采集的廢氣中的硫氧化物，然后用包括含鉬的活性元件的CO傳感器檢測所述采集的廢氣中的一氧化碳當量水平。
[0007]本發(fā)明的另一方面涉及一種方法，該方法包括從燃料燃燒鍋爐中采集廢氣，以及用CO傳感器檢測所述采集的廢氣中的一氧化碳當量水平，所述CO傳感器包括含鉬的活性元件，其在高于硫酸鹽分解溫度和焦炭燃燒溫度的溫度下操作，其中，高于所述硫酸鹽分解溫度時，硫酸鹽的分解速度高于其沉積速度，高于所述積炭燃燒溫度時，焦炭的燃燒速度高于其沉積速度。
【附圖說明】
[0008]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施例進行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0009]圖1顯示了根據(jù)根發(fā)明的一個實施例的一種示例性的CO傳感器裝置。
[0010]圖2顯示了根據(jù)根發(fā)明的另一個實施例的一種示例性的CO傳感器裝置。
【具體實施方式】
[0011]以下將對本發(fā)明的具體實施例進行描述。除非另作定義，權(quán)利要求書和說明書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學術(shù)語應當為本發(fā)明所述技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“一個”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！盎颉笔侵赴ㄋ信e的元件或者物件中的任一個或全部?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉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語言可用于定量表述，表明在不改變基本功能的情況下可允許數(shù)量有一定的變動。因此，用“大約”、“左右”等語言所修正的數(shù)值不限于該準確數(shù)值本身。此外，在“大約第一數(shù)值到第二數(shù)值”的表述中，“大約”同時修正第一數(shù)值和第二數(shù)值兩個數(shù)值。在某些情況下，近似性語言可能與測量儀器的精度有關(guān)。本文中所給出的數(shù)值范圍可以合并或相互交換，除非文中有其它語言限定，這些范圍應包括范圍內(nèi)所含的子范圍。
[0013]對于用來燃燒空氣與燃料的混合物來發(fā)電的燃料燃燒鍋爐而言，希望能將空氣-燃料比控制在一個理想的水平來獲得最高的燃燒效率。通過監(jiān)控燃燒鍋爐的廢氣中純氧(O2)的水平和一氧化碳當量(carbon monoxide equivalent,COe)的水平并調(diào)節(jié)燃燒條件來使所述空氣-燃料比接近理想值，可對所述空氣-燃料比進行調(diào)整校正。在所述燃燒鍋爐的后端排布有一氧化碳傳感器(CO傳感器)，用來檢測燃燒鍋爐的廢氣中的COe水平。
[0014]所述CO傳感器可包括一種催化劑，可用來促進COe發(fā)生放熱反應，引起溫度變化。在一個實例中，所述催化劑包括鉬(Pt)。在一些實施例中，所述用來檢測COe水平的基于催化劑的CO傳感器包括一個活性元件和一個非活性的參考元件，其中活性元件可促進將COe氧化成二氧化碳(CO2)的氧化反應,而非活性的參考元件不可促進該氧化反應。在一個具體的實施例中，所述活性元件包括覆有PVAl2O3涂層的電阻溫度探測器(resistancetemperature detector, RTD),所述非活性的參考元件包括覆有Al2O3涂層的電阻溫度探測器。所述Pt起氧化催化劑的作用，所述Al2O3是很好的熱導體。所述催化氧化反應在所述活性元件上產(chǎn)生熱量，可對照地測量所述活性元件和非活性的參考元件的溫度，它們之間的溫差可用來估計廢氣中的COe水平。因此所述基于Pt催化劑的傳感器可實時在線地快速測量廢氣中的COe水平，這有利于調(diào)整空氣-燃料比來獲得最優(yōu)的燃燒效率。
[0015]所述PVAl2O3催化劑特別適用于在高溫惡劣環(huán)境下氧化一氧化碳，但在燃料鍋爐廢氣中存在硫氧化物的情況下PVAl2O3催化劑可能會迅速地惡化。PtAl2O3催化劑可將SO2氧化成S03，SO3再與Al2O3反應形成硫酸鹽Al2 (SO4) 3，該硫酸鹽Al2 (SO4) 3在500攝氏度以下的溫度下保持穩(wěn)定。在傳感器的表面形成的所述硫酸鹽Al2(SO4)3減少了 PVAl2O3催化劑與COe及氧氣的有效接觸面積,從而會降低催化氧化的效率。當SO2的濃度小于400ppm時，所述PVAl2O3催化劑的效率會降低約10%然后達到穩(wěn)定。然而當SO2的濃度超過400ppm，尤其是在超過500ppm時,在催化劑表面會不斷形成所述硫酸鹽,這可能損壞Pt/Al203催化劑，降低其催化能力，最終使得催化劑與COe及氧氣完全隔離，從而導致CO傳感器的永久失效。
[0016]為了提高所述在燃料燃燒系統(tǒng)中使用的基于催化劑的CO傳感器的壽命及可靠性，可采用兩種方式，其中一種是在CO傳感器的氣體采集裝置中裝載硫氧化物吸收劑，以在所述廢氣接觸到PVAl2O3催化劑之前將其中的SO2和SO3等硫氧化物降低至安全水平，比如400ppm，來防止硫氧化物對所述催化劑的毒害。所述硫氧化物吸收劑可選自金屬氫氧化物、金屬氧化物、碳酸鹽以及它們的任意組合。硫氧化物吸收劑的一些具體例子有CaC03、CaO、Ca (OH)2、MgCO3、MgO和Mg (OH) 2。另一種方式是在一個相對較高的溫度，比如，在500攝氏度以上，操作所述CO傳感器，來避免積炭和硫酸鹽沉積于所述CO傳感器的含Pt的表面。根據(jù)需要，也可將所述兩種方式結(jié)合使用。
[0017]如圖1所示，一種燃料燃燒系統(tǒng)中用的CO傳感器裝置100包括用來從化石燃料鍋爐101的廢氣中采氣的氣體采集裝置102，其內(nèi)設(shè)有硫氧化物吸收劑104，用來吸收所采集的廢氣中的硫氧化物。所述氣體采集裝置102后端連接有CO傳感器115，用來探測所述用硫氧化