燒結(jié)煙氣中二氧化硫的檢測(cè)方法研究進(jìn)展

李 劍，欒玲玉，趙 明，趙艷榮

(齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院)山東省分析測(cè)試中心，山東 濟(jì)南 250014 )

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

燒結(jié)煙氣中具有高濕度、高濃度CO、氣體成分復(fù)雜等特點(diǎn)，這些都會(huì)對(duì)二氧化硫的檢測(cè)產(chǎn)生影響[4]。目前鋼鐵廠燒結(jié)廢氣中二氧化硫的檢測(cè)方法主要有碘量法、定點(diǎn)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(diǎn)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(jìn)行方法比較，旨在為篩選燒結(jié)廢氣中二氧化硫的檢測(cè)方法提供參考依據(jù)。

1 方法原理

1.1 定點(diǎn)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(gè)電極分別稱為敏感電極、參比電極和對(duì)電極。被測(cè)氣體由進(jìn)氣孔通過(guò)滲透膜擴(kuò)散到敏感電極表面，在敏感電極、電解液、對(duì)電極之間進(jìn)行氧化反應(yīng)。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(xué)電位。在一定范圍內(nèi)，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(zhǎng)處紅外光譜具有選擇性吸收，一束恒定波長(zhǎng)為7.3μm的紅外光通過(guò)SO2氣體時(shí)，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(cè)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(zhǎng)為285nm，通過(guò)測(cè)量中心波長(zhǎng)的UV光，與參比氣室的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較，得到SO2測(cè)定結(jié)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(dāng)一束連續(xù)波長(zhǎng)的紅外光照射某物質(zhì)樣品時(shí)，有一部分特定波長(zhǎng)的紅外光不會(huì)穿過(guò)該物質(zhì)，也就是說(shuō)，該物質(zhì)分子吸收了這部分光能，使分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能量和振動(dòng)能量發(fā)生變化。當(dāng)能級(jí)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(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

2.1 試驗(yàn)儀器

德圖350煙氣分析儀：定點(diǎn)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(duì)測(cè)試

選取山東省某鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)頭作為測(cè)試點(diǎn)，在測(cè)試期間，燒結(jié)機(jī)滿負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，除塵、脫硫設(shè)施運(yùn)行正常。同時(shí)，在線CEMS系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

(1)將儀器開(kāi)機(jī)，首先檢查儀器的氣密性，進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn)檢查，然后用濃度為50mg/m3的二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行儀器校準(zhǔn)。

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

(3)測(cè)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(guān)機(jī)。

3 結(jié)果與討論

3.1 測(cè)試結(jié)果

采用不同方法對(duì)二氧化硫同步比對(duì)測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同測(cè)試方法對(duì)二氧化硫同步比對(duì)結(jié)果

3.2 結(jié)果分析

以在線CEMS數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同方法檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算相對(duì)偏差[9]，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出定點(diǎn)位電解法二氧化硫測(cè)定數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差在6.1%～9.1%，非分散紅外吸收法測(cè)定數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差在4.0%～6.4%，傅立葉變換紅外光譜法測(cè)定數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差在2.3%～4.0%，非分散紫外吸收法測(cè)定數(shù)據(jù)的相對(duì)偏差在4.5%～8.1%。鋼鐵廠燒結(jié)煙氣中的高含量CO會(huì)對(duì)定點(diǎn)位電解法設(shè)備產(chǎn)生正干擾，雖然德圖350煙氣分析儀內(nèi)部安裝了CO自動(dòng)修正程序，但在測(cè)量低濃度二氧化硫時(shí)還是會(huì)有一定的影響。非分散紅外吸收法和非分散紫外吸收法因?yàn)槭蹸O及濕度的影響相對(duì)小一些，檢測(cè)數(shù)據(jù)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(cè)試方法檢測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)表

4 結(jié)論及建議

綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析，針對(duì)鋼鐵廠燒結(jié)煙氣中高濕、高濃度CO的特點(diǎn)，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(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中有輕便、反應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)；傅立葉變換紅外光譜法雖然數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，受干擾因素少，但是考慮到儀器價(jià)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(duì)小一些，數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確，儀器價(jià)格也適中，便于推廣應(yīng)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(cè)定鋼鐵廠燒結(jié)煙氣中的二氧化硫。