蔡同鋒 沈建康
(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心江蘇南京210036)
現(xiàn)有手工煙氣分析儀在測試工業(yè)污染源煙氣中遇到的問題及原因分析
蔡同鋒沈建康
(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心江蘇南京210036)
目前我國各級監(jiān)測站常用的手工煙氣分析儀采用定電位電解法分析原理的占據(jù)絕大多數(shù),隨著煙氣治理水平的提高,對分析儀器的性能也提出了更高的要求,本文著重對定電位電解法的局限性進(jìn)行分析,并與其他分析方法進(jìn)行比較。
煙氣分析儀;定點位電解法;局限性
現(xiàn)有污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)主流技術(shù)為冷干抽取法,即待測樣氣經(jīng)采樣、除塵、冷凝除濕等預(yù)處理環(huán)節(jié)以確保進(jìn)入分析儀的樣氣為干基狀態(tài),測試結(jié)果直接輸出污染物標(biāo)態(tài)干基濃度,符合我國環(huán)保要求。鑒于光學(xué)法儀器在檢測準(zhǔn)確度、檢出限等方面的優(yōu)勢,光學(xué)法煙氣分析儀被廣泛應(yīng)用在CEMS系統(tǒng)中。
目前各級環(huán)境監(jiān)測站所用的煙氣分析儀器中采用定電位電解法分析原理的占據(jù)絕大多數(shù)[1],主要在于早期環(huán)保監(jiān)測中污染物排放限值較高,定電位電解法可以滿足當(dāng)時的測試需求,因其體積小、攜帶方便而被廣泛應(yīng)用。而隨著排放限值的降低,面對高濕、低硫及高濃度一氧化碳煙氣,由于電化學(xué)傳感器在測量原理及預(yù)處理上自身局限性存在以下不足:(1)預(yù)處理除濕能力有限,輸出樣氣難以保證在干基狀態(tài);(2)分析原理與大部分安裝在現(xiàn)場的污染源煙氣CEMS工作原理不同,檢測結(jié)果難以具有可比性;(3)定電位電解法傳感器使用壽命受測量組分影響,在高濃度條件下(尤其是CO濃度高)會發(fā)生“中毒”現(xiàn)象;(4)傳感器除對目標(biāo)氣體響應(yīng)外,對其他氣體也存在響應(yīng),存在交叉干擾影響。當(dāng)待測樣氣中存在高濃度CO時會出現(xiàn)SO2測量值失真現(xiàn)象[2]。
3.1實驗室驗證
首先將SO2標(biāo)氣和高純氮氣體按1:1的比例進(jìn)行混合,混合后進(jìn)入采用定電位電解法分析原理的分析儀器進(jìn)行分析,測定SO2濃度值為62.9mg/m3,然后將高純氮置換成CO標(biāo)氣,混合比例未變,觀察高濃度CO對SO2測量結(jié)果的影響。從監(jiān)測結(jié)果來看,當(dāng)混合標(biāo)氣中含有高濃度CO時(7300ppm)時,SO2測量值從62.9mg/m3立刻上升值130mg/m3,并繼續(xù)上升至155mg/m3,當(dāng)CO標(biāo)氣濃度穩(wěn)定后,SO2測量值慢慢下降,經(jīng)過100min后,SO2測量值已降低至37mg/m3,此時的測量值已低于混合氣中SO2真實濃度,并仍有繼續(xù)走低的趨勢。
3.2數(shù)據(jù)分析
從實驗現(xiàn)象上來看,當(dāng)樣氣中存在高濃度的CO時,分析儀器顯示的SO2測量值已不受待測組分SO2的控制,當(dāng)CO濃度較為穩(wěn)定時,SO2測量值將會一直降低直至到零。同時CO濃度突然發(fā)生較大波動上,SO2測量值也會出現(xiàn)較大的波動。實驗室混合標(biāo)氣對SO2測試影響見圖1。
圖1 實驗室混合標(biāo)氣對SO2測試的影響
3.3驗證結(jié)果
驗證表明:當(dāng)待測樣氣中存在高濃度CO(大于4000ppm)時對定電位電解法測量SO2存在明顯正干擾影響,與真實SO2存在較大偏差,測量準(zhǔn)確結(jié)果不可信。該課題從實驗室不同濃度的CO和SO2混合標(biāo)氣及現(xiàn)場實際測試兩方面進(jìn)行驗證CO對定電位電解法測量SO2的影響。
3.4污染源實地驗證
對某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)脫硫出口進(jìn)行實際測試,生產(chǎn)負(fù)荷大于90%,測試過程中CO濃度為6400ppm~7700ppm,監(jiān)測結(jié)果見圖2。
圖2 燒結(jié)機(jī)出口SO2監(jiān)測結(jié)果
從監(jiān)測結(jié)果可以看出,定電位電解法(Testo350)SO2測量值與PAS X6(非分散紅外法)及APSN-370(紫外熒光法)所測SO2存在較大差異,這主要是由于煙氣中存在高濃度CO氣體所致,由于煙道內(nèi)CO濃度高達(dá)6700ppm,SO2顯示值直接上升至89mg/m3,并隨著Testo350慢慢適應(yīng)高濃度CO氣體,SO2測量值逐漸降低至零,當(dāng)CO濃度由6700ppm增高至7600ppm時,SO2測量值從零又上升至34mg/m3,當(dāng)CO濃度再次平穩(wěn)在7600ppm左右,SO2測量值又呈現(xiàn)降低趨勢。CO氣體對Testo350干擾與實驗室驗證結(jié)果一致。
此外,受到煙氣中濕度的影響,SO2測量值隨著煙氣濕度的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢,這主要是SO2溶于水的特性所致。通過驗證,目前現(xiàn)有的定電位電解法儀器自身配套的預(yù)處理器,在監(jiān)測濕為18%,濃度為33mg/m3SO2標(biāo)氣時,SO2丟失率達(dá)到33%,比采用外配PCS-C預(yù)處理裝置時SO2丟失率高出18.3%。監(jiān)測結(jié)果見圖3。
圖3 不同濕度條件下各監(jiān)測設(shè)備的SO2測量情況
在實際監(jiān)測比對工作中發(fā)現(xiàn),采用定電位電解法監(jiān)測設(shè)備測量煙氣中SO2時,當(dāng)被測煙氣中一氧化碳含量較高時測量SO2時明顯高于真實濃度[3],尤其水泥、鋼鐵、火電等行業(yè)廢氣,監(jiān)測結(jié)果失真;當(dāng)煙氣中含濕量過高也會對二氧化硫的監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。
表1 不同分析方法優(yōu)缺點比較
因此,為了確保污染源SO2、NOx比對監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可比性,真實反映污染源排放濃度、總量的情況,為國家“節(jié)能減排”提供科學(xué)可靠的技術(shù)依據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù),有利于正確評價脫硫脫硝系統(tǒng)的工作有效性,為污染源環(huán)境管理和總量減排監(jiān)測體系提供科學(xué)有效的技術(shù)支撐,建議:(1)高濃度CO工況條件下,如燒結(jié)機(jī)、鋼鐵、水泥行業(yè),使用便攜式光學(xué)法煙氣監(jiān)測設(shè)備;(2)在高濕低濃度條件下,如濕法脫硫后工況,使用技術(shù)性能滿足測試要求的預(yù)處理裝置;(3)在實際監(jiān)測比對過程中加強(qiáng)現(xiàn)場校準(zhǔn)等質(zhì)控措施。
[1]廖平德,王云龍,盧秋.定電位電解法測定SO2過程中出現(xiàn)的問題及解決方式[J].北方環(huán)境,2011(11):98-98.
[2]謝馨,柏松.定電位電解法測定煙氣中SO2的干擾問題及解決方法[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警,2010,02(5):25-26.
[3]姜漢山,趙輝.定電位電解法測定煙道內(nèi)二氧化硫準(zhǔn)確性探討[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技,2006,26(3):35-36.