定電位電解法測試煙氣中二氧化硫的常見問題及解決方法

方軍毅

（重慶市涪陵環(huán)境監(jiān)測中心，重慶 408000）

目前，在固定污染源煙氣監(jiān)測分析中常見的方法主要有以下幾種：化學吸收分光光度法、化學分析法、定電位電解法、非分散紅外法，其中，定電位電解法由于具有測量響應快、操作簡單、靈敏度高等優(yōu)點，在固定污染源煙氣監(jiān)測分析中應用得越來越廣泛，但在實際使用中發(fā)現(xiàn)，該方法受其他因素干擾，測量結果往往存在一定的誤差。如果這些干擾和影響不能及時消除，將會影響監(jiān)測結果的準確性和代表性。

1 定電位電解法測試二氧化硫的原理

電化學氣體傳感器的工作原理是：將待測氣體經過除顆粒物、去濕后進入傳感器室，經由滲透膜進入電解槽，使得在電解液中被擴散吸收的氣體在規(guī)定的氧化電位下進行電位電解，根據耗用的電解電流求出其氣體的濃度。

在一個塑料制成的筒狀池體（電解槽）內安裝工作電極、對電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，將多孔四氟乙烯做成隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極連接，在電極之間施加一定的電位，使傳感器處于工作狀態(tài)。氣體中二氧化硫分子在電解質內的工作電極發(fā)生氧化反應，在對電極發(fā)生還原反應，電極的平衡電位發(fā)生變化，變化值與氣體中二氧化硫的分子濃度成正比。

基于上述原理，煙氣的含濕量、負壓、顆粒物、其他共存干擾氣體（主要為氮氧化物、一氧化碳）等都會對監(jiān)測結果產生干擾，甚至使監(jiān)測結果嚴重偏離實際值。

2 常見的干擾因素及消除方法

2.1 冷凝水對測試結果的影響

煙氣測試中冷凝水主要來源于2個方面：①煙氣本身的含濕量較大，特別是經過濕法脫硫的煙氣，其濕度可以達到10%以上，煙氣從煙道中抽到監(jiān)測儀器的過程中，容易產生冷凝水；②煙氣溫度比較高，與外環(huán)境的溫差過大，也容易產生冷凝水。冷凝水一方面會影響滲透膜的透氣性，另一方面會使二氧化硫產生溶解損失，從而使監(jiān)測結果偏低。

解決方法：采用帶加熱功能的采樣管的煙槍進行采樣；如果沒有帶加熱功能的采樣管的煙槍，則應盡量將采樣探針放入煙道，利用煙道溫度對煙槍進行加熱，并且盡量縮短采樣管與儀器之間的距離，防止出現(xiàn)冷凝水，減少誤差；或者先將煙氣通過干燥器，以降低煙氣的濕度，減少誤差。

2.2 煙氣負壓對測試結果的影響

根據傳感器的工作原理，抽取氣體的體積流量越大，擴散到電解槽中的二氧化硫分子越多，測量濃度越大；抽取氣體的體積流量越小，擴散到電解槽中的二氧化硫分子越少，測量濃度越小。因此，當測試煙囪中負壓大于監(jiān)測儀器的抗負壓值后，儀器抽取的氣體體積流量將小于標定的體積流量，從而致使監(jiān)測結果偏低。

解決方法：測試過程中應注意煙氣測試儀采樣流量的變化，如果煙囪中煙氣負壓過大，使采樣流量無法達到煙氣測試儀標定的流量要求時，應在監(jiān)測儀器前增加抽氣泵，以消除負壓或者更換監(jiān)測點位，比如將監(jiān)測點位移至引風機后進行監(jiān)測，使煙氣測試儀采樣流量滿足要求。

2.3 煙氣中顆粒物對測試結果的影響

煙氣中被測氣體是通過滲透膜進入電解槽的，當煙氣中顆粒物的濃度較大時，顆粒物就容易附著在滲透膜上，影響其透氣性，從而影響二氧化硫傳感器對二氧化硫分子的測試分析，使監(jiān)測結果偏低。

解決方法：可以通過在采樣管道口或者煙氣分析儀器煙氣進入口安裝過濾器的方法來減少顆粒物進入，以保證監(jiān)測結果的準確性和代表性。

2.4 干擾氣體對測試結果的影響

干擾氣體主要為氮氧化物、一氧化碳。運用定電位電解法時，每種傳感器對應一種特定的監(jiān)測氣體，傳感器設置的滲透膜的主要作用是防止電解液受到污染，以免使電解電位發(fā)生變化，但滲透膜不能阻擋所有氣體分子，特別是與二氧化硫分子直徑相近的氣體分子進入電解槽。當進入電解槽中的氣體分子電解電位與二氧化硫分子電解電位相近時，就會產生干擾；或者進入電解槽中的氣體分子與電解液發(fā)生反應，導致二氧化硫分子電解電位發(fā)生變化（這種干擾往往會給傳感器帶來永久性傷害，縮短傳感器的使用壽命），從而產生干擾。

解決方法：一般大氣污染源中二氧化硫、氮氧化物（包括二氧化氮、一氧化氮）、一氧化碳為常測項目，所以通常煙氣分析儀器中均安裝有二氧化氮、一氧化氮、一氧化碳傳感器，儀器內部出廠前均會對各傳感器之間相互干擾進行補償測試，以減少儀器本身帶來的誤差。因此，在使用新儀器前應進行干擾實驗，確定二氧化氮、一氧化氮、一氧化碳干擾的臨界濃度。如果在實際測量中二氧化氮、一氧化氮、一氧化碳濃度超出容許干擾的臨界濃度，應改用其他方法進行測試。

2.5 工作環(huán)境對測試結果的影響

在采用電除塵的鍋爐或者發(fā)電廠等的廢氣煙道周圍一般都會存在靜電或者比較強的電、磁場，在此環(huán)境下監(jiān)測，傳感器的精度和壽命一般都會受到一定的影響。

解決方法：用接地或者屏蔽的方法（煙槍接地、儀器機箱接地或者屏蔽）來減小或者隔離靜電和電、磁場對傳感器的影響。

2.6 傳感器本身漂移產生的影響

傳感器信號隨著時間的推移會出現(xiàn)衰減或者零點漂移，進而影響測量結果。

解決方法：在每次測量前對傳感器進行調零及對標準氣體進行校準，看傳感器是否符合測試要求，采樣后及時用清潔空氣對傳感器進行充分清洗和標準氣體標定，以減少儀器系統(tǒng)誤差，延長傳感器的使用壽命。如果測量前傳感器標定不符合測試要求，應及時更換。

3 結束語

運用定電位電解法進行固定污染源煙氣監(jiān)測分析具有測量響應快、操作簡單、靈敏度高等優(yōu)點，應用越來越廣泛，但實際應用時的干擾因素也比較多，如果不進行有效的干擾排除，就會影響監(jiān)測結果的準確性和代表性。

參考文獻：

［1］謝馨，柏松.定電位電解法測定煙氣中SO2的干擾問題及解決方法［J］.環(huán)境監(jiān)控與預警，2010，2（5）.

［2］薛強.電化學儀器在污染源煙氣監(jiān)測中存在的問題及解決方法［J］.環(huán)境研究與檢測，2007，20（2）.

［3］廖平德，王云龍，盧秋.定電位電解法測定SO2過程中出現(xiàn)的問題及解決方式［J］.北方環(huán)境，2011，23（11）.

［4］環(huán)境保護部.HJ/T 57—2017固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 定電位電解法［S］.北京：環(huán)境科學出版社，2017.