探析煙氣二氧化硫排量在線監測系統

李　輝

（麗水市環境監測中心站浙江麗水323000）

探析煙氣二氧化硫排量在線監測系統

李輝

（麗水市環境監測中心站浙江麗水323000）

眾所周知，大部分的工業化生產必須依靠煤炭燃燒才能獲取生產動力，在燃燒過程所產生的二氧化硫給排放到空氣中，成為主要的污染源，不僅導致霧霾天氣頻繁，還影響人們的身體健康。在這種情況下，國家相關部門提出了要在短時期內把煙氣二氧化硫排放總量控制在合理范圍內的目標，因此，各個也煤炭燃燒為發展動力的工業單位，必須積極響應國家號召，制定科學完善的煙氣二氧化硫排量在線監測系統，保證監測結果的穩定性和可靠性，為降低排放量提供詳實的數據信息。本文基于電化學原理，并結合現實環境，制定了一套二氧化硫在線監測系統，并對設計方案和監測原理進行了詳細的闡述和分析，為后期的相關工作提供參考和借鑒。

煙氣二氧化硫；排量監測；在線監測；監測系統

隨著經濟的快速發展，我國的工業化產業繼續擴張，雖然現在的生產技術相比之前已經大有進步，能夠有效抑制各種有害氣體和污染物的排放，但是總體來說，工業排放給自然環境和空氣質量帶來的影響還是巨大的。因此，為了保證企業的可持續發展，并肩負起應有的社會責任，在后期的工業化生產過程中，必須改善現有的二氧化硫排量監測系統，結合企業的具體生產狀況和最低排放標準，制定出科學合理的排放方式，并改變現有的生產模式，從而實現經濟效益和社會效益的統一。

1　煙氣二氧化硫排量在線監測系統的設計原理和基本構成

通過在線監測系統能夠實現對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，在一個綜合監測系統中需要包括濃度監測和流速及流量監測兩個子系統，在實際的運行過程中，同步實施監測工作，實現了二氧化硫具體排放情況的計算，并利用通信系統將計算結果據傳輸到計算機處理器中，進行自動分析和儲存[1]。其具體應用過程中如圖1所示。

圖1　監測系統

2　煙氣二氧化硫排量在線監測系統

煙氣二氧化硫排量在線監測系統—濃度檢測系統分析。本文所設計的監測系統是基于中科院應用化學研究所研制的電氣化學氣體傳感器，從而對煙氣的二氧化硫濃度進行有效監測。下面對電化學氣體傳感器的工作原理進行簡單分析：首先，在電解液中放置工作電極WE、對應電極CE、參考電極RE，并在前兩個電極中間加上電壓，這樣一來，當二氧化硫氣體接觸到傳感器時，這兩個電極之間就會發生氧化還原反應[2]。其中工作電極的反應公式為：SO2－2e＋2H2O=SO42-+4H+。

對應的電極反應公式為：O2+4e+4H+=2H2O。

總反映公式為：2SO2+O2+2H2O=2H2SO4

當電極的電勢與催化活性達到一定高度是，二氧化硫就會透過隔膜進入電極并做出快速反應。傳感器構成如圖2所示。

濃度監測系統如圖3所示。

圖2　傳感器構圖

圖3　二氧化硫濃度監測系統結構

下面著重對采樣槍、制冷器、采樣泵以及檢測室的工作原理進行具體分析：（1）采樣槍。其主要作用是為了從煙道中采集需要監測的氣體樣本，具體工作原理是：煙氣從引入管進入變向罩，然后被濾網過濾掉直徑較小的顆粒物，并經過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生的水蒸氣對采樣泵造成腐蝕，需要對其進行制冷作業，通過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，對其質量濃度進行具體分析。（4）檢測室。煙氣經過前面的各個控制和處理部件，最后到達檢測室，在檢測室中設有SO2傳感器和氧氣傳感器，并他們和氣路進行連接，這樣一來，煙氣中的SO2和O2就會分別和相對應的傳感器發生電化學反映，從而輸出成線性關系的電壓信號，并利用計算機處理器對該信號進行分析和儲存，得到煙氣二氧化硫的濃度系數[3]。

3　流量及流速監測系統分析

3.1煙氣流速的監測方法

在現代化的監測手段中，用到的煙氣流速監測方法多種多樣，但是根據以往的實踐證明，皮托管法能夠發揮更有效的監測功能。其具體的工作原理是：首先呈現為S型的皮托管放置在煙道中，然后煙氣會在其放置位置上產生全壓和靜壓，并通過皮托管口輸送到壓差傳感器中，傳感器會將其轉變為電信號并進行計算，最終得到一個煙氣流速數值。

在上面提高的監測方法中，我們只選擇了一個位置對其進行流速測試，這叫做單點測定法，其最大的優勢就是簡單、方便，不需要太多的技術環節就能實現操作。但是也存在一定的缺陷，如果測點選擇的不合適，就會導致流速測量不準確，因為煙道中的煙氣流速并不是相同的，我們通過定點測試只能得到一個平均的流速值，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。為了實現之一目標，可以借助以下處理方案：首先，將煙道分成平均的矩形，然后對每個矩形的中心點進行煙氣的流速測量，最后將每個流速值相加并取平均值，就能夠得到一個較為科學合理的煙氣流速[4]。

3.2煙氣流速的自動監測系統

上面介紹的煙氣流速測量為手工多點測量法，但是由于煙道內部結構復雜，實施起來需要耗費較多的精力和時間，因此，在條件允許的情況下，可以采用自動監測法，來提高測量效率和精確度。自動監測裝置的結構圖如圖4所示。

圖4　煙氣流速自動監測裝置結構圖

下面對煙氣流速自動監測裝置的工作原理進行分析：從圖4可以發現，該裝置是由步進電機驅動，并由絲杠螺母帶動皮托管進行自動進給，最終實現聯系位移、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并對其進行檢測，然后得到動壓值P，并由系統自動計算出所有值的平均數。利用相應的計算公式就能夠得到某一時刻煙氣的平均流速，并再取一個合適的固定測點的動壓值P1,，就能計算出速度常數K，進而推算出煙道中煙氣的平均流動速度。

3.3煙氣流量的計算

根據有關規定標準，二氧化硫排放量在線監測系統必須采用標準狀態下的干煙氣流量參數計算出排放總量，具體計算公式參考如下：

其中，Q是干煙氣的排放總量，3600是定值，F是煙氣的平均流動速度，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是煙氣的絕對壓力，并用kPa表示，而X是煙氣中水分含量體積的百分數。

3.4煙氣二氧化硫排放總量的計算

根據前面得到的數值，就可以計算出煙氣中二氧化硫的排放總量，具體計算公式為：

其中，M為二氧化硫總排量，Q為煙氣的排放量，t為排放時間，C為標準狀態下的煙氣濃度（α=1.4是指標準狀態下過剩空氣系數，在計算過程中直接代入就可以了）。

4　結語

通過以上分析可以發現，本文設計的煙氣二氧化硫在線監測系統能夠有效測量到在工業化生產過程總煙氣的排放總量，并利用自動流速監測系統計算出某個時間段內煙氣的流動速度，最后和煙氣濃度進行結合，得出二氧化硫的排放量，從而判斷出是否符合排放標準，并根據結果進行排放系統的改進和工業生產方式的優化，為企業的可持續發展提供保證，并通過減少二氧化硫的排放量和排放濃度降低對自然環境和空氣質量的破壞，從而發揮應有的社會效益。需要注意的是，在實際的煙氣二氧化硫監測系統設置過程中，需要結合企業自身的生產情況，以及經濟能力，遵循科學性、適用性、經濟性以及環保性的原則，對上述提到的監測方法進行合理的改善，以適應企業的應用需求，實現監測效果的最大化。

[1]王麗娜,于立君.煙氣二氧化硫排量在線監測系統[J].自動化儀表,2011（09）：50-53.

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

[3]曲偉,孫義峰.燃氣鍋爐煙氣中二氧化硫監測探析[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S02減排潛力分析

[J].化工環保,2011,31（04）：353.