燃煤電廠超低排放煙氣污染物現場監測方法探討

甘杰

摘要：在超凈排放條件下對低濃度SO₂、NOx進行了現場監測，比較了定電位電解法、紫外差分法和非分散紅外吸收法等三種不同方法的測定原理、干擾及消除和現場適用情況，為煙氣現場監測提供實用的方法選擇。

關鍵詞：超凈排放； 定電位電解法； 紫外差分法； 非分散紅外吸收法

中圖分類號：X831

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0019-03

1 引言

2014年9月，國家發改委、環保部、能源局聯合發文“關于印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014—2020年）》的通知”中要求，全面實施燃煤電廠超凈和節能改造，大幅降低發電煤耗和污染排放，即在基準氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 mg/m³。面對嚴苛的標準，發電集團均積極響應，設立目標時間表，并不斷升級超低排放的相關技術[1～3]。隨著煙氣處理技術的革新，對現有的煙氣濃度監測技術提出了很大的挑戰。大量的工程應用以及實驗室反復測試表明，由于水分、氣體組分交叉干擾、儀表線性等多重因素影響，在SO₂、NOx濃度低于50 mg/m³時測量結果易出現較大偏差[4～6]，如何準確監測超低排放條件下煙氣中SO₂、NOx濃度的問題日益凸顯。

筆者分析比較了基于定電位電解原理、紫外差分技術（DOAS）和紅外分析技術（NDIR）等三種不同原理的煙氣分析儀，應用于超低排放煙氣中SO₂和NOx現場測定的優劣。通過比較三種不同方法基本測量原理、主要干擾及消除和現場比對結果，以期能為技術人員提供超低排放煙氣中SO₂、NOx現場監測的實用選擇。

2 基于定電位電解原理低濃度SO₂、NOx分析

2.1 測量原理

氣體采樣泵將待測煙氣除塵、去濕后送至傳感器的氣室，經由滲透膜進入電解槽，使在電解液中被擴散吸收的氣體在規定的氧化電位下進行電位電解，根據耗用的電解電流求出其氣體的濃度。

2.2 儀器設備

3012H自動煙煙塵（氣）測試儀（青島嶗山應用技術研究所）。

2.3 方法依據

該方法有國家行業標準《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 定電位電解法》 （HJ693-2014）和《固定污染源排氣中二氧化硫的測定 定電位電解法》（HJ57-2000），其中定電位電解法測定二氧化硫的方法正在修訂。

2.4 主要干擾及消除

對待測煙氣組分進行定量的核心部件為儀器的傳感器，每一種傳感器只能測試單一煙氣組分。在實際工作中發現，煙氣中有些共存的氣體對待測污染因子的專用傳感器有干擾現象，從而影響某些煙氣成分的測試結果的準確性。

用標準氣體（已知值）測試SO₂、NOx傳感器對應的干擾氣體及干擾程度，發現對SO₂傳感器影響較大的共存氣體主要是CO和SO₂；對SO₂傳感器影響較大的是H2S氣體；對NO傳感器影響較大的是NO₂氣體，實驗結果如表1～3。

雖然這些氣體的交叉干擾已知，但由于干擾值的非線性和非重復性，電化學儀器也無法對干擾值進行有效補償。所以當監測數據異常時，還必須選用其他測試方法重新測量。

3 基于紫外差分技術低濃度SO₂、NOx分析

3.1 測量原理

在紫外氙燈的作用下，通過光譜儀掃描200～400 nm 區間的光譜信息，利用煙氣中的SO₂和NOx氣體在紫外區下有強烈吸收的特性，采用DAOS 計算出濃度。

3.2 儀器設備

3023型紫外煙氣綜合儀（青島嶗山應用技術研究所）

3.3 方法依據

該方法有山東省地方標準《固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 紫外吸收法》（DB37/T 2705-2015）和《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 紫外吸收法》（DB37/T 2704-2015）。

3.4 主要干擾及消除

主要干擾為廢氣中顆粒物、水汽冷凝等對儀器的污染和造成的二氧化硫、氮氧化物吸附及溶解損失，通過過濾器除塵、加熱采樣管輸送氣體、冷卻裝置快速除濕或測定熱濕廢氣樣品等方法，可以消除或減少干擾。采用選取不同吸收波段等方法消除其他氣體的干擾影響。

4 基于紅外分析技術低濃度SO₂、NOx分析

4.1 測量原理

當紅外光通過待測氣體時，這些氣體分子對特定波長的紅外光有吸收，其吸收關系服從朗伯-比爾（Lambert-Beer）吸收定律，即某些氣體對紅外光進行有選擇性吸收，其吸收強度變化取決于被測氣體的濃度。

4.2 儀器設備

Photon紅外煙氣分析儀（奧地利Madur）。

4.3 方法依據

該方法有國家行業標準《固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 非分散紅外吸收法》 （HJ 629-2011）和《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 非分散紅外吸收法》 （HJ 692-2014）。

4.4 主要干擾及消除

煙氣排放中的水含量是影響二氧化硫和氮氧化物測定的主要干擾物，水分干擾直接影響了儀器的測量精度。高濕低濃度條件下，水分的干擾往往超過了儀器本身的測量誤差，干擾誤差尤為明顯。便攜式紅外分析儀均配置了加熱取樣、冷干脫水的預處理裝置，防止水分冷凝和氣態水分干擾；另外便攜式紅外分析儀還采用了脫水裝置并設置水分傳感器進行軟件補償消除水分干擾誤差。

5 三種不同方法的現場監測結果比對

在湖南某大型燃煤火電廠煙氣脫硫、脫硝、除塵等設施出口，同時用三種方法開展超凈排放現場比對監測，結果見表4。

三種方法在儀器狀態良好、工況正常的情況下，取得了令人滿意的比對結果。

6 結論

定電位電解法、紫外差分技術（DOAS）和紅外分析技術（NDIR）三種不同原理的煙氣分析儀，均可應用于超低排放煙氣中SO₂和NOx現場測定。其中，定電位電解法方法成熟，有國家環境行業標準為依據，儀器設備可供選擇多，但在高濃度CO環境下，SO₂的測定易受干擾；紫外差分技術能較好的消除其他組分的交叉干擾，但現在只有山東省地方標準作為依據；紅外分析技術儀器設備較昂貴，對儀器溫度控制精度要求高，需重點關注煙氣中水分的干擾。現場監測人員應根據實際情況選擇合適的方法。

參考文獻：

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