大氣污染源低濃度二氧化硫監(jiān)測(cè)方法比較

徐 宏

(上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，上海 200030)

·監(jiān)測(cè)技術(shù)·

大氣污染源低濃度二氧化硫監(jiān)測(cè)方法比較

徐 宏

(上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，上海 200030)

燃煤電廠煙氣脫硫大多采用濕法脫硫原理，導(dǎo)致脫硫尾部煙氣排放溫度低、濕度高、二氧化硫濃度低，現(xiàn)有的二氧化硫監(jiān)測(cè)采樣系統(tǒng)和儀器無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定其排放濃度。通過(guò)對(duì)不同方法和儀器的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，確定了適合在低溫、高濕、低二氧化硫排氣情況下的采樣分析方法。

濕法脫硫;低濃度;二氧化硫;監(jiān)測(cè)方法

0 引言

《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》要求到2010年，全國(guó)二氧化硫排放總量比2005年減少10%。電力工業(yè)二氧化硫排放占全國(guó)總排放量的一半以上且容易做到集中控制［1］。因此，電力行業(yè)是實(shí)現(xiàn)二氧化硫減排目標(biāo)的重點(diǎn)控制行業(yè)。

上海市制定的《關(guān)于本市“十一五”期間燃煤電廠脫硫工程實(shí)施方案》，要求上海市在“十一五”期間有14家燃煤電廠共計(jì)約40臺(tái)燃煤機(jī)組實(shí)施脫硫工程，涉及裝機(jī)容量650萬(wàn)千瓦，占總裝機(jī)容量的53.9%。

目前，現(xiàn)有燃煤機(jī)組以濕法脫硫(石灰石/石膏法)為主，經(jīng)過(guò)脫硫后煙氣含濕量達(dá)到10% ～14%，而二氧化硫去除效率可以達(dá)到95%，排放的二氧化硫濃度普遍都低于50 mg/m3［2］。這導(dǎo)致現(xiàn)有的國(guó)標(biāo)方法無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定低濃度的二氧化硫排放濃度，從而影響煙氣治理設(shè)施脫硫效率的測(cè)定。該文通過(guò)對(duì)不同方法和儀器的對(duì)比試驗(yàn)，確定了最佳的采樣分析方法。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)選擇方法

(1)碘量法:HJ/T 56-2000。

(2)甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法:《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》。

(3)定電位電解法:HJ/T 57-2000;T 350型分析儀，TH 990型分析儀。

(4)非分散紅外吸收法:《空氣和廢氣監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》;Model 3080型分析儀。

(5)傅立葉變換紅外光譜法:DX-4000型分析儀。

1.2 試驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)室用上述5種方法分別測(cè)定高、低濃度為887 mg/m3和28.4 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)氣體，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，篩選出進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法或儀器，以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的結(jié)果確定最佳的采樣分析方法。

1.2.1 標(biāo)氣測(cè)定

分別對(duì)濃度為887 mg/m3和28.4 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行測(cè)定，每種方法或儀器測(cè)定3個(gè)樣品，以均值作為測(cè)定結(jié)果。

(1)碘量法:用2個(gè)75 mL多孔玻板吸收瓶串聯(lián)采樣，每瓶各加入30 mL吸收液，以0.5 L/min流量采樣，采集樣氣濃度為887 mg/m3，采樣時(shí)間20 min，樣品送實(shí)驗(yàn)室分析。

(2)甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法:串聯(lián)2個(gè)裝有50 mL吸收液的多孔玻板吸收瓶，以0.5 L/min流量采樣，采集樣氣濃度為28.4 mg/m3，采樣時(shí)間20 min，樣品送實(shí)驗(yàn)室分析。

(3)定電位電解法(T 350型分析儀、TH 990型分析儀)、非分散紅外吸收法(Model 3080型分析儀)、傅立葉變換紅外光譜法(DX-4000型分析儀):通入純凈氮?dú)夂蜆?biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行清洗和標(biāo)定，分別測(cè)試濃度為887 mg/m3和28.4 mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)氣體，以規(guī)定的采樣流量連續(xù)自動(dòng)采樣。

1.2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

根據(jù)標(biāo)氣測(cè)定結(jié)果，選定碘量法、甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法、T 350型定電位電解法分析儀、Model 3080型非分散紅外吸收法分析儀、DX-4000型便攜式傅立葉紅外氣體分析儀作為現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)試對(duì)象。在同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)進(jìn)行6組數(shù)據(jù)的測(cè)定，以均值作為測(cè)定結(jié)果。

碘量法、甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法、T 350型定電位電解法分析儀、Model 3080型非分散紅外吸收法分析儀分別連接聚四氟乙烯采樣管和不銹鋼加熱采樣管進(jìn)行采樣，以上4種采樣分析方法分別使用兩種不同的連接管同時(shí)進(jìn)行采樣分析，對(duì)比不同方法之間測(cè)試結(jié)果的差異。不銹鋼加熱采樣管溫度加熱至120℃，DX-4000型便攜式傅立葉紅外氣體分析儀使用儀器配套的加熱采樣系統(tǒng)，溫度加熱至180℃。

(1)碘量法:用單個(gè)75 mL多孔玻板吸收瓶采樣，加入50 mL吸收液，5 mL淀粉指示劑，0.3 mL碘溶液，以0.5 L/min流量采樣至吸收瓶中溶液由藍(lán)色變?yōu)闊o(wú)色，記錄采樣時(shí)間。

(2)甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法:用單個(gè)裝有50 mL吸收液的多孔玻板吸收瓶，以0.5 L/min流量采樣，采樣時(shí)間20 min，樣品送實(shí)驗(yàn)室分析。

(3)定電位電解法(T 350型分析儀)、非分散紅外吸收法(Model 3080型分析儀)、傅立葉變換紅外光譜法(DX-4000型分析儀):通入純凈氮?dú)夂蜆?biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行清洗和標(biāo)定，以規(guī)定的采樣流量連續(xù)自動(dòng)采樣。

1.2.3 結(jié)果判斷

為了判斷5種方法對(duì)低濃度二氧化硫監(jiān)測(cè)結(jié)果的合理性，在對(duì)二氧化硫排放濃度監(jiān)測(cè)的同時(shí)，測(cè)定脫硫設(shè)施進(jìn)口二氧化硫濃度，進(jìn)、出口煙氣排放量，并根據(jù)脫硫設(shè)施的設(shè)計(jì)效率95%和上海市發(fā)改委對(duì)全市電廠脫硫電價(jià)補(bǔ)貼的最低脫硫效率值90%，推算合理的脫硫設(shè)施出口的二氧化硫排放濃度范圍，以此來(lái)判斷以上5種方法獲得的實(shí)測(cè)結(jié)果的相對(duì)合理性。

2 結(jié)果及討論

2.1 標(biāo)氣測(cè)定

2.1.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

不同方法或儀器對(duì)標(biāo)準(zhǔn)氣體測(cè)定結(jié)果均值見(jiàn)表 1、表2。

表1 高濃度SO2標(biāo)氣(887 mg/m3)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果_

表2 低濃度SO2標(biāo)氣(28.4 mg/m3)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果_

2.1.2 小結(jié)

(1)使用化學(xué)法測(cè)定時(shí)，第一級(jí)吸收瓶的吸收效率均可達(dá)到92%以上。因此，使用一級(jí)吸收瓶就可以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的要求。

(2)5種測(cè)試方法對(duì)高濃度氣體測(cè)定結(jié)果的平均相對(duì)偏差(絕對(duì)值，下同)為1.5%，對(duì)低濃度氣體測(cè)定結(jié)果的平均相對(duì)偏差為13.9%，5種測(cè)試方法對(duì)高濃度氣體的測(cè)定準(zhǔn)確度要高于對(duì)低濃度氣體的測(cè)定。

(3)化學(xué)法測(cè)定結(jié)果的平均相對(duì)偏差為5.5%，略低于儀器法的8.3%。

(4)TH 990型定電位電解法分析儀對(duì)低濃度標(biāo)氣測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差為－22.5%，要高于同類(lèi)型的T 350型定電位電解法分析儀，所以選用T 350型定電位電解法分析儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)試［3］。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定

2.2.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

使用5種方法測(cè)定脫硫設(shè)施出口的二氧化硫濃度均值見(jiàn)表3。

表3 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

2.2.2 排放濃度計(jì)算結(jié)果

二氧化硫排放濃度通過(guò)以下公式計(jì)算:

式中:Q1——進(jìn)口 SO2排放量，kg/h;Q2——出口 SO2排放量，kg/h;C進(jìn)口——進(jìn)口 SO2濃度，mg/m3;Q進(jìn)口——進(jìn)口煙氣流量，m3/h;C出口——出口 SO2濃度，mg/m3;Q出口——出口煙氣流量，m3/h。

將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果分別代入公式［1］、［2］

該濕法脫硫設(shè)施脫硫效率設(shè)計(jì)值為95%，但隨著脫硫設(shè)施投運(yùn)時(shí)間的延長(zhǎng)，其脫硫效率會(huì)有一定程度的下降。另外根據(jù)上海市發(fā)改委對(duì)全市電廠脫硫電價(jià)補(bǔ)貼的要求，其脫硫效率必須達(dá)到90%，故該脫硫設(shè)施合理的脫硫效率范圍為90%～95%，代入公式［3］，計(jì)算得到合理的出口濃度值范圍為 C出口合理值=31 ～63 mg/m3。

5種不同方法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的脫硫設(shè)施出口二氧化硫濃度值、對(duì)應(yīng)的脫硫效率值以及按照90%和95%脫硫效率計(jì)算得到的脫硫設(shè)施出口理論推算值見(jiàn)表4。

表4 5種方法實(shí)測(cè)SO2排放濃度及對(duì)應(yīng)脫硫效率

2.2.3 小結(jié)

(1)除Model 3080型非分散紅外吸收法分析儀外，其余方法對(duì)脫硫設(shè)施出口二氧化硫排放均有不同濃度的檢出，可能是由于該非分散紅外吸收法分析儀中水冷凝前處理裝置處理效率下降所致。

(2)使用不銹鋼加熱采樣管檢出的二氧化硫濃度普遍低于使用聚四氟乙烯采樣管的檢出濃度，碘量法、甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法、T 350型定電位電解法分析檢出濃度相對(duì)偏差分別為－11.5%，－10.0%，－39.1%，不銹鋼材質(zhì)的采樣管對(duì)二氧化硫有吸附作用，導(dǎo)致檢出濃度偏低。

(3)該濕法脫硫設(shè)施脫硫效率設(shè)計(jì)值為95%，但隨著脫硫設(shè)施投運(yùn)時(shí)間的延長(zhǎng)，其脫硫效率會(huì)有一定程度的下降。另外根據(jù)上海市發(fā)改委對(duì)全市電廠脫硫電價(jià)補(bǔ)貼的要求，其脫硫效率必須達(dá)到90%，故該脫硫設(shè)施合理的脫硫效率范圍為90%～95%。根據(jù)公式計(jì)算得到合理的脫硫設(shè)施出口二氧化硫排放濃度范圍為31～63 mg/m3。

從實(shí)測(cè)結(jié)果看，碘量法、甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法和DX-4000型便攜式傅立葉紅外氣體分析儀測(cè)定結(jié)果可信度較高。但碘量法和甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法操作相對(duì)繁瑣，受操作技能等人為因素的影響較大;DX-4000型傅立葉紅外分析儀器不屬于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采樣分析方法，所以不能用于日常的監(jiān)測(cè)工作。

3 結(jié)論

通過(guò)不同測(cè)試方法在實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行比對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，可以確定對(duì)濕法脫硫設(shè)施出口排放低濃度二氧化硫的采樣分析方法。

(1)首選方法為化學(xué)法(碘量法或甲醛-鹽酸副玫瑰苯胺法);其次選擇DX-4000型傅立葉紅外分析儀器，由于傅立葉紅外法不是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，其測(cè)定的數(shù)據(jù)不能用于執(zhí)法和統(tǒng)計(jì)工作;日常工作中經(jīng)常使用的T 350型定電位電解法儀器測(cè)定值偏低。

(2)采樣連接管應(yīng)選擇聚四氟乙烯材質(zhì)的加熱采樣管，可以減少采樣管和煙氣中水分對(duì)二氧化硫的吸附，并且暴露在空氣中的采樣管應(yīng)盡量短，避免因?yàn)闊煔饫淠斐啥趸驖舛冉档汀?/p>

［1］ 王志軒，潘荔，趙鵬高，等.現(xiàn)有燃煤電廠二氧化硫治理“十一五”規(guī)劃研究［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2007，20(3):142-147.

［2］ 羅紹強(qiáng)，蔡振云.燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)展［J］.浙江化工，2007，38(2):13-17.

［3］ 謝馨，柏松.定電位電解法測(cè)定煙氣中SO2的干擾問(wèn)題及解決辦法［J］.環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2010，2(5):25-26.

The Selection of the Monitoring Methods of Low Concentration of SO2Emitted from Stationary Sources

XU Hong
(Shanghai Environmental Monitoring Center，Shanghai 200030，China)

The wet desulfurization method has been normally used in coal-fired power plants，which causes low temperature，high moisture and low concentration of SO2in emission gas.Thus，the existing sampling systems and instruments cannot measure the SO2emission concentration exactly.The best sampling and analyzing methods through different experiments were confirmed.

wet desulfurization method;low concentration;SO2;monitoring method

X831

B

1674-6732(2012)-03-0018-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2012.03.004

2011-05-04

徐宏(1981—)，男，工程師，本科，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與工業(yè)區(qū)環(huán)境污染評(píng)估工作。