便攜式非分散紅外煙氣儀在高濕低硫鍋爐煙氣監(jiān)測中的干擾和對策

仇石,劉光遜,關(guān)勝

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，天津 300457)

?

·監(jiān)測技術(shù)·

便攜式非分散紅外煙氣儀在高濕低硫鍋爐煙氣監(jiān)測中的干擾和對策

仇石,劉光遜,關(guān)勝

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，天津 300457)

簡述了便攜式非分散紅外煙氣分析儀在高濕低硫鍋爐煙氣監(jiān)測中，存在采樣流量、現(xiàn)場溫度以及預(yù)處理裝置反吹等方面的干擾因素。提出了在鍋爐煙氣監(jiān)測中可采取控制采樣流量、延長儀器預(yù)熱時(shí)間、反吹預(yù)處理裝置等措施，消除干擾，保證煙氣監(jiān)測的穩(wěn)定準(zhǔn)確。

非分散紅外煙氣分析儀；采樣流量；現(xiàn)場溫度；預(yù)處理裝置

目前鍋爐煙氣普遍采用濕法脫硫，該法脫硫后產(chǎn)生的高濕低硫煙氣對煙氣監(jiān)測儀器要求較高[1-2]。傳統(tǒng)的定電位電解法儀器，在現(xiàn)場監(jiān)測時(shí)，受濕度、煙道負(fù)壓、交叉干擾等因素影響[3]，難以準(zhǔn)確測量二氧化硫濃度。溫維麗等[4]通過與碘量法的比對發(fā)現(xiàn)，基于非分散紅外原理的煙氣分析儀，測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和精密度較好。夏純潔等[5]在燒結(jié)煙氣監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，便攜式非分散紅外煙氣分析儀不受高濃度一氧化碳?xì)怏w的干擾且具有測量精度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點(diǎn)[6-7]，廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣的測定。在實(shí)際使用過程中，便攜式非分散紅外煙氣分析儀會受到一些干擾因素影響[8]，處理不當(dāng)會產(chǎn)生測量誤差。通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場測試，分析了這些干擾因素產(chǎn)生的原因，提出了消除干擾的對策。

1 儀器與操作流程

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

非分散紅外煙氣分析儀根據(jù)紅外傳感器類型可以分為熱電堆、微音電容、微流傳感器3種。固定污染源監(jiān)測系統(tǒng)中大量使用的是微流紅外傳感器，可實(shí)現(xiàn)對SO2、NO、CO等主要污染物的測定[9-10]。所用儀器為某公司生產(chǎn)的MODEL3080型便攜式煙氣分析儀(以下簡稱3080)。

1.2 系統(tǒng)介紹

3080由采樣探桿、采樣探頭、伴熱管線、預(yù)處理裝置和分析主機(jī)組成。儀器不帶電池，需外接220 V電源。煙氣測量時(shí)，由預(yù)處理裝置中的抽氣泵抽取煙氣，經(jīng)140 ℃的采樣探頭和伴熱管線加熱后，煙氣中的水分以氣態(tài)形式進(jìn)入預(yù)處理裝置，再經(jīng)冷凝器冷凝脫水后，干煙氣進(jìn)入分析主機(jī)檢測。

1.3 工作流程

3080在鍋爐煙氣現(xiàn)場監(jiān)測時(shí)的操作流程見圖1，監(jiān)測每一個(gè)測點(diǎn)均需要重復(fù)該流程。

圖1 3080的操作流程

2 干擾因素

測試的鍋爐煙氣為典型的高濕低硫煙氣(即燃煤鍋爐經(jīng)濕法脫硫后產(chǎn)生的煙氣)，濕度一般為8%～15%，SO2值較低(一般<50 mg/m3)，裝有煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(CEMS)。根據(jù)《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(試行)》(HJ/T 75-2007)和《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法(試行)》(HJ/T 76-2007)，CEMS比對合格，同時(shí)在監(jiān)測時(shí)段內(nèi)鍋爐及其除塵脫硫設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定。為考查不同條件下3080的監(jiān)測準(zhǔn)確性，現(xiàn)場監(jiān)測時(shí)將CEMS監(jiān)測結(jié)果平均值作為參照值。

2.1 采樣流量的影響

3080的采樣流量可在0～2.0 L/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。不同的采樣流量實(shí)測鍋爐煙氣的結(jié)果見表1(鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，煙氣排放穩(wěn)定)。不同流量下測定SO2和NO標(biāo)氣的結(jié)果見表2。

表1 不同采樣流量鍋爐煙氣測試結(jié)果

①以監(jiān)測時(shí)段的CEMS平均值作為參照值。

由表1可見，實(shí)測鍋爐煙氣采樣流量在0.5～1.5 L/min時(shí)，SO2和NO的測試結(jié)果無明顯變化，相對誤差較小；但當(dāng)采樣流量升至2.0 L/min時(shí)，測試結(jié)果明顯升高，與CEMS測量結(jié)果的相對誤差較大。產(chǎn)生此誤差是因?yàn)?.0 L/min的采樣流量過大，煙氣的水分來不及冷凝脫水就進(jìn)入分析主機(jī)，水對SO2和NO有正干擾，造成測量結(jié)果偏高。

表2 不同采樣流量標(biāo)氣測試結(jié)果

①ρ(SO2)標(biāo)氣為143 mg/m3；②ρ(NO)標(biāo)氣為393 mg/m3

由表2可見，3080在不同流量下測定SO2和NO標(biāo)氣的結(jié)果基本一致，采樣流量改變對標(biāo)氣測定沒有明顯影響。

現(xiàn)場測試時(shí)采樣流量不宜過大，一般控制在1.0 L/min左右，可根據(jù)現(xiàn)場情況在0.5～1.5 L/min之間適當(dāng)調(diào)節(jié)。另外，采樣流量過大還會對光學(xué)元器件造成沖擊，降低儀器使用壽命。

2.2 現(xiàn)場溫度的影響

2.2.1 現(xiàn)場溫度對預(yù)熱時(shí)間的影響

預(yù)熱時(shí)間是指儀器自開機(jī)到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)所需的時(shí)間。3080開機(jī)后氣室溫度會逐漸升溫到比現(xiàn)場溫度高10 ℃左右，此時(shí)氣室溫度基本穩(wěn)定，儀器達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)。3080廠家設(shè)定的預(yù)熱時(shí)間為15 min，通常情況下是能夠達(dá)到要求的。但在夏季現(xiàn)場氣溫30 ℃以上時(shí)，如按照正常的預(yù)熱時(shí)間進(jìn)行儀器預(yù)熱，測量結(jié)果會明顯偏低，有時(shí)SO2會檢測不出來。如延長預(yù)熱時(shí)間至25 min以上，則測定結(jié)果正常且穩(wěn)定，與CEMS數(shù)據(jù)明顯可比。預(yù)熱時(shí)間15，25 和35 min煙氣SO2實(shí)測結(jié)果見表3。

表3 現(xiàn)場氣溫33 ℃時(shí)不同預(yù)熱時(shí)間SO2實(shí)測結(jié)果

①以監(jiān)測時(shí)段的CEMS平均值作為參照值。

由表3可見，夏季現(xiàn)場溫度30 ℃以上，而儀器由于一直處于空調(diào)狀態(tài)下，開機(jī)前氣室溫度在25 ℃左右，開機(jī)后15 min的預(yù)熱時(shí)間不足以使儀器升溫到40 ℃(高于現(xiàn)場溫度10 ℃)，如在此時(shí)就開始校零，測量時(shí)氣室溫度還會繼續(xù)升高，測定結(jié)果必然不準(zhǔn)。如延長預(yù)熱時(shí)間至25 min以上，就能夠保證氣室升溫到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

當(dāng)測試現(xiàn)場的溫度高于儀器內(nèi)部溫度較多時(shí)(5 ℃以上)，通常在夏季高溫環(huán)境下測試時(shí)，應(yīng)延長預(yù)熱時(shí)間至25 min以上。

2.2.2 現(xiàn)場溫度對煙氣冷凝的影響

由于水分對SO2的吸收影響[1,11]，紅外分析儀要求煙氣經(jīng)預(yù)處理裝置冷凝除水后，再進(jìn)入分析主機(jī)測定[9]。3080的預(yù)處理裝置冷凝器溫度設(shè)定為2 ℃，當(dāng)夏季現(xiàn)場溫度較高時(shí)，冷凝器受高溫影響工作效率下降，冷凝溫度會逐漸升高至5 ℃以上，此時(shí)煙氣中的一部分水分就會被帶入分析主機(jī)，造成SO2示值明顯升高。

由2.1的討論可知，采樣流量在0.5～1.5 L/min范圍內(nèi)，不會對測量結(jié)果造成影響。因此可以降低采樣流量至0.5 L/min，使煙氣緩慢通過冷凝器，提高冷凝效果，盡可能使冷凝器溫度保持在2 ℃，保證煙氣充分脫水后進(jìn)入分析主機(jī)。

2.3 預(yù)處理裝置反吹的影響

預(yù)處理裝置本身對SO2具有一定的吸附作用，且濕煙氣冷凝后產(chǎn)生的水會有部分殘留在儀器管路中，這些水中含有一定量的SO2。通常每次測量結(jié)束后要對預(yù)處理裝置進(jìn)行反吹以去除SO2本底干擾。在實(shí)測鍋爐煙氣后不同反吹時(shí)間下測定SO2標(biāo)氣的結(jié)果見表4。不同反吹時(shí)間下實(shí)測鍋爐煙氣SO2的結(jié)果見表5。

由表4和表5可見，測量結(jié)束后未經(jīng)反吹預(yù)處理裝置(儀器重新經(jīng)過開機(jī)、預(yù)熱、校零的過程)就進(jìn)行下一個(gè)測試，測試結(jié)果偏低，隨著反吹時(shí)間的增加，測試結(jié)果恢復(fù)正常。這是因?yàn)椋瑲埩粼陬A(yù)處理裝置中的SO2會使儀器零點(diǎn)上移，造成測量結(jié)果偏低，通過反吹預(yù)處理裝置一定時(shí)間后可消除SO2本底干擾，反吹時(shí)間10 min以上。

表4 不同反吹時(shí)間下測定SO2標(biāo)氣結(jié)果

表5 不同反吹時(shí)間下測定鍋爐煙氣SO2結(jié)果

①以監(jiān)測時(shí)段的CEMS平均值作為參照值。

每個(gè)測點(diǎn)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)束后，都要對預(yù)處理裝置反吹10 min后再關(guān)機(jī)移至下一個(gè)測點(diǎn)。全部監(jiān)測完成，由現(xiàn)場轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室后，再對預(yù)處理裝置反吹30 min以上，徹底清除預(yù)處理裝置中殘留的SO2。

3 結(jié)語

綜上所述，便攜式非分散紅外分析儀器在鍋爐煙氣監(jiān)測使用過程中應(yīng)做到以下幾個(gè)方面：

(1)采樣流量不能過大，應(yīng)控制在0.5～1.5 L/min之間，否則測量結(jié)果會偏高；

(2)夏季高溫天氣進(jìn)行鍋爐煙氣監(jiān)測時(shí)，應(yīng)延長儀器預(yù)熱時(shí)間至25 min以上。同時(shí)，降低采樣流量，保證冷凝器冷凝效果；

(3)在監(jiān)測現(xiàn)場，每個(gè)點(diǎn)位監(jiān)測完成后，要對預(yù)處理裝置反吹10 min，全部點(diǎn)位監(jiān)測完畢，回實(shí)驗(yàn)室后，再對預(yù)處理裝置反吹30 min以上；

(4)氣室溫度建議直接顯示在儀器屏幕上，從而直接判斷儀器是否預(yù)熱完成，避免預(yù)熱時(shí)間過短造成的測量誤差；

(5)改進(jìn)預(yù)處理裝置，減少其對SO2的吸附作用，及時(shí)排空煙氣冷凝水。

[1] 王錚,霍昱.擴(kuò)散電化學(xué)法現(xiàn)場測定高濕度煙氣中低濃度二氧化硫能力的研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2013,29(5):135-137.

[2] 張佳音,李揚(yáng)揚(yáng),董婭瑋,等.固定污染源CEMS比對監(jiān)測技術(shù)探討[J].北方環(huán)境,2012,25(3):122-124.

[3] 汪楠,王同健,許亮.定電位電解法測定煙道氣SO2過程中的干擾和對策[J].城市環(huán)境與城市生態(tài),2009,22(4):41-43.

[4] 溫維麗,黃濟(jì)民.碘量法與非分散紅外吸收法測定二氧化硫濃度的對比[J].環(huán)境研究與監(jiān)測,2009,22(3):51-53.

[5] 夏純潔,蘇騏,李澤清,等.燒結(jié)煙氣中二氧化硫檢測手段的研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2013,39(12):65-67.

[6] 黃書華,孫友文,劉文清,等.基于非分散紅外光譜吸收法的SO2檢測系統(tǒng)研究[J].紅外,2011,32(12):10-13.

[7] 孫友文,劉文清,汪世美,等.非分散紅外多組分氣體檢測技術(shù)及其在CEMS中的應(yīng)用[J].紅外,2011,32(5):23-26.

[8] 陸立群,宋釗,張暉,等.便攜式NDIR煙氣分析儀在燒結(jié)爐CEMS二氧化硫比對測試中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2013,38(6):172-176.

[9] 環(huán)境保護(hù)部.HJ 629-2011 固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 非分散紅外吸收法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[10] 環(huán)境保護(hù)部.HJ 692-2014 固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 非分散紅外吸收法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

[11] 樊保國,祁海鷹,由長福,等.煙氣中的凝結(jié)水對SO2濃度測量的影響 [J].燃燒科學(xué)與技術(shù),2002,8(5):453-456.

Countermeasures against Interferences in Monitoring of Boiler Flue Gas of High Humidity and Low Sulfur Using a Portable Non-Dispersive Infrared Gas Analyzer

QIU Shi,LIU Guang-xun,GUAN Sheng

(TianjinEconomic-TechnologicalDevelopmentAreaEnvironmentalProtectionMonitoringStation,Tianjin300457,China)

The interferences from sampling flow,in situ temperature,and the back flushing of pretreatment device were discussed in monitoring the flue gas of high humidity and low sulfur dioxide using a portable non-dispersive infrared gas analyzer. Based on the laboratory and field tests,countermeasures were explored to eliminate these interferences,including controlling the sampling flow,extending preheating of the equipment,and flushing the pretreatment device back,ensuring the stability and accuracy of the flue gas monitoring.

Non-dispersive infrared gas analyzer; Sampling flow; In situ temperature; Pretreatment device

2014-09-23；

2015-03-20

仇石(1987—)，男，助理工程師，本科，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

O433.5;X831

B

1674-6732(2015)03-0014-03