燒結煙氣中二氧化硫的檢測方法研究進展

李 劍，欒玲玉，趙 明，趙艷榮

(齊魯工業(yè)大學(山東省科學院)山東省分析測試中心，山東 濟南 250014 )

SO2是形成酸雨的主要氣體污染物之一，也是我國近幾年污染源減排和總量控制的重要指標。而燒結煙氣是鋼鐵企業(yè)SO2排放的主要來源，排放量約占鋼鐵企業(yè)SO2排放總量的70%以上[1]。燒結煙氣脫硫是目前國家鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排去產能的最關鍵考核指標，已經成了制約鋼鐵行業(yè)發(fā)展的關鍵因素[2-3]。

燒結煙氣中具有高濕度、高濃度CO、氣體成分復雜等特點，這些都會對二氧化硫的檢測產生影響[4]。目前鋼鐵廠燒結廢氣中二氧化硫的檢測方法主要有碘量法、定點位電解法、非分散紅外法吸收法、非分散紫外吸收法、傅立葉變換紅外光譜法。本文選取定點位電解法、非分散紅外法吸收法、非分散紫外吸收法、傅立葉變換紅外光譜法進行方法比較，旨在為篩選燒結廢氣中二氧化硫的檢測方法提供參考依據。

1 方法原理

1.1 定點位電解法

定電位電解法的核心是定電位電解傳感器。定電位電解傳感器主要由電解槽、電解液和電極組成，傳感器的三個電極分別稱為敏感電極、參比電極和對電極。被測氣體由進氣孔通過滲透膜擴散到敏感電極表面，在敏感電極、電解液、對電極之間進行氧化反應。參比電極在傳感器中不暴露在被分析氣體之中，用以為電解液中的工作電極提供恒定的電化學電位。在一定范圍內，其電流大小與SO2濃度成正比[5]。

1.2 非分散紅外吸收法

煙氣中SO2氣體在6.82～9μm波長處紅外光譜具有選擇性吸收，一束恒定波長為7.3μm的紅外光通過SO2氣體時，其光通量的衰減與SO2濃度符合朗伯-比耳定律。利用這一原理，可以使用非分散紅外吸收法測定煙氣中的SO2濃度[6]。

1.3 非分散紫外吸收法

SO2氣體吸收185～315nm區(qū)域的紫外光，吸收帶的中心波長為285nm，通過測量中心波長的UV光，與參比氣室的標準物質比較，得到SO2測定結果[7]。

1.4 傅立葉變換紅外光譜法

傅立葉變換紅外光譜法是紅外吸收原理，當一束連續(xù)波長的紅外光照射某物質樣品時，有一部分特定波長的紅外光不會穿過該物質，也就是說，該物質分子吸收了這部分光能，使分子的轉動能量和振動能量發(fā)生變化。當能級的躍遷使得分子的偶極矩發(fā)生變化而得到的紅外光譜就是紅外吸收光譜圖[8]。

2 現場測試

2.1 試驗儀器

德圖350煙氣分析儀：定點位電解法；

HORIBA PG-350煙氣分析儀：非分散紅外吸收法；

GASMET DX4000傅立葉煙氣分析儀: 傅立葉變換紅外光譜法；

明華MH3200紫外煙氣儀：非分散紫外吸收法。

2.2 比對測試

選取山東省某鋼鐵企業(yè)燒結機頭作為測試點，在測試期間，燒結機滿負荷穩(wěn)定運行，除塵、脫硫設施運行正常。同時，在線CEMS系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。

(1)將儀器開機，首先檢查儀器的氣密性，進行零點校準檢查，然后用濃度為50mg/m3的二氧化硫標準氣體進行儀器校準。

(2)將加熱采樣槍預熱到180℃左右，放入煙道靠中間位置，密封采樣孔，待儀器讀數穩(wěn)定后即可記錄分析數據，每5分鐘讀取一次數，連續(xù)測定10次。

(3)測試完畢后，將采樣槍從煙道取出置于環(huán)境空氣中，抽取干凈空氣直至儀器示值5mg/m3以下，方可關機。

3 結果與討論

3.1 測試結果

采用不同方法對二氧化硫同步比對測試，檢測結果見表1。

表1 不同測試方法對二氧化硫同步比對結果

3.2 結果分析

以在線CEMS數據為基準數據，對不同方法檢測的數據進行比較，計算相對偏差[9]，結果見表2。由表2可以看出定點位電解法二氧化硫測定數據的相對偏差在6.1%～9.1%，非分散紅外吸收法測定數據的相對偏差在4.0%～6.4%，傅立葉變換紅外光譜法測定數據的相對偏差在2.3%～4.0%，非分散紫外吸收法測定數據的相對偏差在4.5%～8.1%。鋼鐵廠燒結煙氣中的高含量CO會對定點位電解法設備產生正干擾，雖然德圖350煙氣分析儀內部安裝了CO自動修正程序，但在測量低濃度二氧化硫時還是會有一定的影響。非分散紅外吸收法和非分散紫外吸收法因為受CO及濕度的影響相對小一些，檢測數據基本穩(wěn)定。傅立葉變換紅外光譜法基本不受CO及濕度的影響。

表2 不同測試方法檢測數據評價表

4 結論及建議

綜合實驗數據及分析，針對鋼鐵廠燒結煙氣中高濕、高濃度CO的特點，建議盡量避免使用定電位電解法，盡管定電位電解法儀器在環(huán)境現場檢測中有輕便、反應快的優(yōu)點；傅立葉變換紅外光譜法雖然數據準確，受干擾因素少，但是考慮到儀器價格昂貴、攜帶不方便，也不利于推廣；而非分散紅外吸收法和非分散紫外吸收法受干擾影響相對小一些，數據相對準確，儀器價格也適中，便于推廣應用。因此，本文推薦選用非分散紅外吸收法和非分散紫外吸收法測定鋼鐵廠燒結煙氣中的二氧化硫。