便攜式煙氣預處理過濾芯對SO2吸附特征分析研究

魏晗 朱法華 段玖祥 李軍狀 唐仲愷 王新培 趙洋 田原潤

摘要：根據選取的3種當前主流型號煙氣預處理過濾芯特性，建立了7種不同的煙氣預處理過濾芯組合方式，對7種不同濃度SO2標準氣體通過7種過濾芯組合方式后的SO2濃度實測，分析得到了煙氣預處理過濾芯對SO2吸附的特性：在同一過濾芯組合方式下，隨著SO2濃度增大，SO2吸附量變化不大，范圍相對固定，但SO2吸附率逐漸變小;同種濃度SO2標準氣體條件下，3種便攜式煙氣預處理過濾芯中，CLF-5過濾芯對SO2吸附性最大，0.1μm過濾芯對SO2吸附性次之，2μm過濾芯對SO2吸附性最小，且串接的不同型號過濾芯數量與SO2吸附性成正比。該吸附特性分析有助于在不同工況和條件下煙氣中SO2濃度實際檢測時如何正確選擇煙氣預處理過濾芯配置方式，提高煙氣中SO2濃度檢測數據準確度。

關鍵詞：煙氣預處理;過濾芯;SO2;吸附特征;檢測

1引言

隨著火電行業超低排放的實施超低排放改造的深入推進[1]，燃煤電廠采用濕法脫硫后的煙氣SO2質量濃度下降明顯，達到SO2超低排放限值35mg/m3以下，有的達到超低排放限值的20%以下[2]，甚至出現SO2檢測值幾乎為0的情況[3]。由于SO2易溶于水[4]，且容易吸附在采樣管壁及預處理內部件上，造成最終檢測結果偏低的現象[5]，這對現場煙氣中SO2質量濃度檢測的技術水平和質量控制提出了更高要求[6]。便攜式煙氣預處理中加裝過濾芯是煙氣SO2濃度檢測時常見手段之一[7]，但筆者通過試驗發現過濾芯對SO2有一定吸附性干擾，且不同類型過濾芯對SO2吸附量和特性不同。目前相關行業標準中關于便攜式煙氣預處理中過濾芯對SO2吸附量暫無明確具體數值表述，只是要求過濾器材質應不吸附并不與氣態污染物發生化學反應[8-9]。當前國內關于煙氣預處理過濾芯對SO2吸附量文獻及相關報道不多，但張慧麗等[10]對煙氣預處理SO2吸附飽和時間進行了試驗和探討。本文通過選取3種型號煙氣預處理過濾芯及其不同的組合方式，用7種不同濃度SO2標準氣體通過過濾芯，通過對比各條件下實測得到的SO2濃度及吸附特性來分析確定最佳的過濾芯組合方式，降低了便攜式煙氣預處理中過濾芯對SO2的吸附量，提高了SO2檢測的準確性。

2 實驗

2.1 實驗儀器及設備

煙氣分析儀：ASP-3000，南京國電環保科技有限公司

便攜式煙氣預處理：PSS-5，德國M&C

過濾芯CLF-5：CLF-5，德國M&C，用于過濾煙氣中的水分、氣溶膠等雜質

過濾芯0.1μm：0.1μm，德國M&C，用于過濾煙氣中的粒徑0.1μm以內煙塵雜質

過濾芯2μm：2μm，德國M&C，用于過濾煙氣中的粒徑2μm以內煙塵雜質

SO2標氣：高純氮氣、20ppm、40ppm、80ppm、99ppm、148ppm、199ppm、395ppm、1003ppm

2.2 實驗方案

實驗按7種標氣濃度分成7塊在實驗室開展，每塊實驗相對獨立。

每塊實驗分7種方式開展，內容具體如下：

將3種煙氣預處理過濾芯組合成7種方式，即CLF-5+0.1μm+2μm、CLF-5+0.1μm、CLF-5+2μm、0.1μm+2μm、CLF-5、0.1μm、0.1μm，將這7種方式按前文順序進行編號命名，即第一種方式、第二種方式、第三種方式、第四種方式、第五種方式、第六種方式、第七種方式。用ASP-3000煙氣分析儀分別檢測通過該7種組合方式過濾芯后SO2質量濃度。每種方式實驗前、后用高純氮氣對所有對應組合方式的過濾芯進行吹掃。

2.3 實驗過程質量控制

（1）將CLF-5、0.1μm、2μm過濾芯從PSS-5便攜式煙氣預處理中拆出，并改用最短距離的PTFE管連接，減小因預處理其它部件及管路的吸附損失。

（2）煙氣分析儀標定前開機穩定預熱40分鐘，且實驗期間全程開機，不斷電。

（3）用高純氮氣和每種實驗方式對應的SO2濃度標氣對分析儀進行標定。

（4）實驗過程中煙氣分析儀流量穩定在2L/min。

（5）每種方式實驗前、后均使用高純氮氣對對應使用的過濾芯進行吹掃，直至煙氣分析儀示值小于0.2mg/m3。

3 結果與討論

3.1 SO2吸附特性

按實驗方案檢測，SO2吸附值實驗結果見表1，SO2吸附率實驗結果見表2。

由表1可知，在同種過濾芯組合方式條件下，不同濃度SO2標氣的吸附值無明顯規律，且變化不大，不同過濾芯組合方式條件下，吸附最大和最小值的差值相對固定，范圍為1.5-3.5mg/m3，因此，筆者認為每種過濾芯組合方式的SO2絕對吸附量有限，且相對固定;在同種標氣濃度條件下，第一種方式的SO2吸附量最大，且沿著從第一種方式到第七種方式SO2吸附量逐漸變小，且規律明顯，可以得出3種煙氣預處理過濾芯中CLF-5過濾芯對SO2吸附性最大，0.1μm過濾芯對SO2吸附性次之，2μm過濾芯對SO2吸附性最小，且串接的過濾芯數量與SO2吸附性成正比。

由表2可知，在同種過濾芯組合方式條件下，隨著濃度SO2標氣濃度的升高，SO2的吸附率整體呈現下降趨勢;在同種標氣濃度條件下，第一種方式的SO2吸附率最大，且沿著從第一種方式到第七種方式SO2吸附率逐漸變小，且規律明顯。因此可以得出，過濾芯對低濃度SO2吸附干擾較大，對高濃度SO2吸附干擾較小，CLF-5過濾芯對SO2吸附干擾最大，0.1μm過濾芯對SO2吸附性次之，2μm過濾芯對SO2吸附干擾最小。

3.2 便攜式煙氣預處理中過濾芯組合方式的選擇

現場檢測SO2濃度時煙氣預處理中過濾芯組合方式選擇應根據現場檢測的煙氣組份的特征、過濾芯自身特性以及過濾芯對SO2吸附特性綜合來確定。濾芯組合方式的選擇建議見表3。

在極端檢測工況條件下，如煙塵濃度﹥30g/m3，SO2<35mg/m3時，可以考慮選擇同型號過濾芯竄接的組合方式，如兩只2μm過濾芯竄接的方式。

4結論

不同型號的煙氣預處理過濾芯對煙氣SO2濃度檢測時的吸附性干擾不同，可通過實驗來驗證不同過濾芯對SO2的吸附量或吸附率;在選擇煙氣預處理中過濾芯組合方式時，應充分考慮所要檢測煙氣的特征狀態、所用過濾芯的性能參數以及過濾芯對SO2吸附特性，也可在現場實際檢測期間根據實測結果來靈活調整過濾芯組合方式，通過選擇最優濾芯組合方式，降低煙氣預處理中過濾芯對SO2的吸附量，提高SO2檢測的準確性;本文沒有開展多級相同型號過濾芯竄接時對SO2吸附特性研究實驗。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家發展和改革委員會辦公廳.燃煤節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）[Z].2014-09-12

[2]唐仲愷，段玖祥，劉濤等.某660MW燃煤機組煙氣超低排放全流程性能試驗研究[J].電力科技與環保，2020，37（5）：1-6.

[3]林源.便攜式煙氣預處理技術在比對監測中的應用[J].環境監控與預警2016，8（6）：37-39

[4]聞欣，張迪生，陸芝偉，等.二氧化硫測定過程中煙氣預處理器適用范圍研究[J].化學分析計量，2015，24（3）：30-32.

[5]王成敏.便攜式煙氣預處理系統應用比對分析[J].環境科學導刊2017，36（4）：96-98

[6]朱澤軍，李紅亮，李峰，等.超低排放用便攜式煙氣分析儀采樣預處理設備應用綜述[J].分析儀器2019，（3）：8-13.

[7]朱澤軍，李紅亮，吉軍凱，等.預處理裝置在二氧化硫監測系統中的應用研究[J].中國資源綜合利用2019，37（1）：17-19.

[8]HJ 1045-2019 固定污染源煙氣（二氧化硫和氮氧化物）便攜式紫外洗手法測量儀器技術要求及檢測方法[S].

[9]HJ 76-2017 固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續監測系統技術要求及檢測方法[S].

[10]張慧麗，劉順.SO2 NOX CO測定中飽和吸附處理[J].黑龍江環境通報2019，43（2）：40-41

作者簡介：魏晗（1981-），男，江蘇省南京市人，工程師，長期從事電力環境保護研究、煙氣環保設備診斷、試驗等工作。