探析煙氣二氧化硫排量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

李　輝

（麗水市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站浙江麗水323000）

探析煙氣二氧化硫排量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

李輝

（麗水市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站浙江麗水323000）

眾所周知，大部分的工業(yè)化生產(chǎn)必須依靠煤炭燃燒才能獲取生產(chǎn)動(dòng)力，在燃燒過(guò)程所產(chǎn)生的二氧化硫給排放到空氣中，成為主要的污染源，不僅導(dǎo)致霧霾天氣頻繁，還影響人們的身體健康。在這種情況下，國(guó)家相關(guān)部門(mén)提出了要在短時(shí)期內(nèi)把煙氣二氧化硫排放總量控制在合理范圍內(nèi)的目標(biāo)，因此，各個(gè)也煤炭燃燒為發(fā)展動(dòng)力的工業(yè)單位，必須積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，制定科學(xué)完善的煙氣二氧化硫排量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性，為降低排放量提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)信息。本文基于電化學(xué)原理，并結(jié)合現(xiàn)實(shí)環(huán)境，制定了一套二氧化硫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并對(duì)設(shè)計(jì)方案和監(jiān)測(cè)原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，為后期的相關(guān)工作提供參考和借鑒。

煙氣二氧化硫；排量監(jiān)測(cè)；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)化產(chǎn)業(yè)繼續(xù)擴(kuò)張，雖然現(xiàn)在的生產(chǎn)技術(shù)相比之前已經(jīng)大有進(jìn)步，能夠有效抑制各種有害氣體和污染物的排放，但是總體來(lái)說(shuō)，工業(yè)排放給自然環(huán)境和空氣質(zhì)量帶來(lái)的影響還是巨大的。因此，為了保證企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并肩負(fù)起應(yīng)有的社會(huì)責(zé)任，在后期的工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中，必須改善現(xiàn)有的二氧化硫排量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合企業(yè)的具體生產(chǎn)狀況和最低排放標(biāo)準(zhǔn)，制定出科學(xué)合理的排放方式，并改變現(xiàn)有的生產(chǎn)模式，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。

1　煙氣二氧化硫排量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和基本構(gòu)成

通過(guò)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煙氣二氧化硫排放量的濃度控制和流量及流速的控制，因此，在一個(gè)綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中需要包括濃度監(jiān)測(cè)和流速及流量監(jiān)測(cè)兩個(gè)子系統(tǒng)，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，同步實(shí)施監(jiān)測(cè)工作，實(shí)現(xiàn)了二氧化硫具體排放情況的計(jì)算，并利用通信系統(tǒng)將計(jì)算結(jié)果據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)處理器中，進(jìn)行自動(dòng)分析和儲(chǔ)存[1]。其具體應(yīng)用過(guò)程中如圖1所示。

圖1　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2　煙氣二氧化硫排量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

煙氣二氧化硫排量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)—濃度檢測(cè)系統(tǒng)分析。本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于中科院應(yīng)用化學(xué)研究所研制的電氣化學(xué)氣體傳感器，從而對(duì)煙氣的二氧化硫濃度進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。下面對(duì)電化學(xué)氣體傳感器的工作原理進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：首先，在電解液中放置工作電極WE、對(duì)應(yīng)電極CE、參考電極RE，并在前兩個(gè)電極中間加上電壓，這樣一來(lái)，當(dāng)二氧化硫氣體接觸到傳感器時(shí)，這兩個(gè)電極之間就會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)[2]。其中工作電極的反應(yīng)公式為：SO2－2e＋2H2O=SO42-+4H+。

對(duì)應(yīng)的電極反應(yīng)公式為：O2+4e+4H+=2H2O。

總反映公式為：2SO2+O2+2H2O=2H2SO4

當(dāng)電極的電勢(shì)與催化活性達(dá)到一定高度是，二氧化硫就會(huì)透過(guò)隔膜進(jìn)入電極并做出快速反應(yīng)。傳感器構(gòu)成如圖2所示。

濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖3所示。

圖2　傳感器構(gòu)圖

圖3　二氧化硫濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

下面著重對(duì)采樣槍、制冷器、采樣泵以及檢測(cè)室的工作原理進(jìn)行具體分析：（1）采樣槍。其主要作用是為了從煙道中采集需要監(jiān)測(cè)的氣體樣本，具體工作原理是：煙氣從引入管進(jìn)入變向罩，然后被濾網(wǎng)過(guò)濾掉直徑較小的顆粒物，并經(jīng)過(guò)除塵作用后傳送到制冷器。（2）致冷器。為了防止較熱的煙氣所產(chǎn)生的水蒸氣對(duì)采樣泵造成腐蝕，需要對(duì)其進(jìn)行制冷作業(yè)，通過(guò)制冷器能夠把煙氣中的水分冷凝并去除。（3）采樣泵。采樣泵的作用是把從制冷器中得到的煙氣輸送到分析儀，對(duì)其質(zhì)量濃度進(jìn)行具體分析。（4）檢測(cè)室。煙氣經(jīng)過(guò)前面的各個(gè)控制和處理部件，最后到達(dá)檢測(cè)室，在檢測(cè)室中設(shè)有SO2傳感器和氧氣傳感器，并他們和氣路進(jìn)行連接，這樣一來(lái)，煙氣中的SO2和O2就會(huì)分別和相對(duì)應(yīng)的傳感器發(fā)生電化學(xué)反映，從而輸出成線(xiàn)性關(guān)系的電壓信號(hào)，并利用計(jì)算機(jī)處理器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析和儲(chǔ)存，得到煙氣二氧化硫的濃度系數(shù)[3]。

3　流量及流速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

3.1煙氣流速的監(jiān)測(cè)方法

在現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)手段中，用到的煙氣流速監(jiān)測(cè)方法多種多樣，但是根據(jù)以往的實(shí)踐證明，皮托管法能夠發(fā)揮更有效的監(jiān)測(cè)功能。其具體的工作原理是：首先呈現(xiàn)為S型的皮托管放置在煙道中，然后煙氣會(huì)在其放置位置上產(chǎn)生全壓和靜壓，并通過(guò)皮托管口輸送到壓差傳感器中，傳感器會(huì)將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并進(jìn)行計(jì)算，最終得到一個(gè)煙氣流速數(shù)值。

在上面提高的監(jiān)測(cè)方法中，我們只選擇了一個(gè)位置對(duì)其進(jìn)行流速測(cè)試，這叫做單點(diǎn)測(cè)定法，其最大的優(yōu)勢(shì)就是簡(jiǎn)單、方便，不需要太多的技術(shù)環(huán)節(jié)就能實(shí)現(xiàn)操作。但是也存在一定的缺陷，如果測(cè)點(diǎn)選擇的不合適，就會(huì)導(dǎo)致流速測(cè)量不準(zhǔn)確，因?yàn)闊煹乐械臒煔饬魉俨⒉皇窍嗤模覀兺ㄟ^(guò)定點(diǎn)測(cè)試只能得到一個(gè)平均的流速值，這就要求皮托管的放置位置必須合理，否則得到的流速值就不能反映整體的煙氣流速，不利于后期的排量控制。為了實(shí)現(xiàn)之一目標(biāo)，可以借助以下處理方案：首先，將煙道分成平均的矩形，然后對(duì)每個(gè)矩形的中心點(diǎn)進(jìn)行煙氣的流速測(cè)量，最后將每個(gè)流速值相加并取平均值，就能夠得到一個(gè)較為科學(xué)合理的煙氣流速[4]。

3.2煙氣流速的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

上面介紹的煙氣流速測(cè)量為手工多點(diǎn)測(cè)量法，但是由于煙道內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)施起來(lái)需要耗費(fèi)較多的精力和時(shí)間，因此，在條件允許的情況下，可以采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)法，來(lái)提高測(cè)量效率和精確度。自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4　煙氣流速自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖

下面對(duì)煙氣流速自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置的工作原理進(jìn)行分析：從圖4可以發(fā)現(xiàn)，該裝置是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并由絲杠螺母帶動(dòng)皮托管進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)給，最終實(shí)現(xiàn)聯(lián)系位移、等距取樣的功能。

工作步驟是：首先采用皮托管在煙道中取得足夠多的點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，然后得到動(dòng)壓值P，并由系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出所有值的平均數(shù)。利用相應(yīng)的計(jì)算公式就能夠得到某一時(shí)刻煙氣的平均流速，并再取一個(gè)合適的固定測(cè)點(diǎn)的動(dòng)壓值P1,，就能計(jì)算出速度常數(shù)K，進(jìn)而推算出煙道中煙氣的平均流動(dòng)速度。

3.3煙氣流量的計(jì)算

根據(jù)有關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，二氧化硫排放量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須采用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的干煙氣流量參數(shù)計(jì)算出排放總量，具體計(jì)算公式參考如下：

其中，Q是干煙氣的排放總量，3600是定值，F(xiàn)是煙氣的平均流動(dòng)速度，A是煙道的截面面積，T是煙氣的溫度，273是定值，101.325是定值，P是煙氣的絕對(duì)壓力，并用kPa表示，而X是煙氣中水分含量體積的百分?jǐn)?shù)。

3.4煙氣二氧化硫排放總量的計(jì)算

根據(jù)前面得到的數(shù)值，就可以計(jì)算出煙氣中二氧化硫的排放總量，具體計(jì)算公式為：

其中，M為二氧化硫總排量，Q為煙氣的排放量，t為排放時(shí)間，C為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的煙氣濃度（α=1.4是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下過(guò)?？諝庀禂?shù)，在計(jì)算過(guò)程中直接代入就可以了）。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，本文設(shè)計(jì)的煙氣二氧化硫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效測(cè)量到在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程總煙氣的排放總量，并利用自動(dòng)流速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)算出某個(gè)時(shí)間段內(nèi)煙氣的流動(dòng)速度，最后和煙氣濃度進(jìn)行結(jié)合，得出二氧化硫的排放量，從而判斷出是否符合排放標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行排放系統(tǒng)的改進(jìn)和工業(yè)生產(chǎn)方式的優(yōu)化，為企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保證，并通過(guò)減少二氧化硫的排放量和排放濃度降低對(duì)自然環(huán)境和空氣質(zhì)量的破壞，從而發(fā)揮應(yīng)有的社會(huì)效益。需要注意的是，在實(shí)際的煙氣二氧化硫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置過(guò)程中，需要結(jié)合企業(yè)自身的生產(chǎn)情況，以及經(jīng)濟(jì)能力，遵循科學(xué)性、適用性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性的原則，對(duì)上述提到的監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行合理的改善，以適應(yīng)企業(yè)的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)效果的最大化。

[1]王麗娜,于立君.煙氣二氧化硫排量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].自動(dòng)化儀表,2011（09）：50-53.

[2]夏純潔,蘇騏,李澤清,莫建松.燒結(jié)煙氣中二氧化硫檢測(cè)手段的研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2013,39（12）：65-66.

[3]曲偉,孫義峰.燃?xì)忮仩t煙氣中二氧化硫監(jiān)測(cè)探析[J].科技傳播, 2014（19）：137.

[4]吳百春，范俊欣，楊柳，賈勇，鐘秦.煉化企業(yè)S02減排潛力分析

[J].化工環(huán)保,2011,31（04）：353.