非分散紫外吸收法原理超低量程儀器在測試煙氣SO2方面的探究

綦振華

（新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測總站，新疆烏魯木齊 830011）

非分散紫外吸收法原理超低量程儀器在測試煙氣SO2方面的探究

綦振華

（新疆維吾爾自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測總站，新疆烏魯木齊 830011）

基于非分散紫外吸收法（NDUV）具有檢出限低、靈敏度高、在低濃度條件下能穩(wěn)定運行、抗干擾能力強等特點，研制開發(fā)SO2測量范圍為0～200mg/m3的超低量程煙氣分析儀。在超低排放污染源現場與非分散紅外吸收法進行比對測試，結果顯示非分散紫外吸收法具備較高的測量精度和穩(wěn)定性，適用于超低限排放CEMS中的SO2監(jiān)測。

非分散紫外吸收法；煙氣分析儀；超低排放；SO2；煙氣監(jiān)測

Abstract：Based on the characteristics of non-dispersive UV absorption（NDUV）with low detection limit，high sensitivity，stable operation and low anti-interference ability under low concentration conditions，the development of SO2measurement range of 0～200 mg/m3Low range flue gas analyzer.The results show that the non-dispersive UV absorption method has high accuracy and stability，and is suitable for SO2monitoring application in ultra low limit emission CEMS.The results show that the non-dispersive UV absorption method has high accuracy and stability.

Key words：non-dispersive UV absorption；flue gas analyzer；ultra-low emission；SO2；flue gas monitoring

1 非分散紅外法原理

利用不同氣體對不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特性，具有不對稱結構的雙原子或多原子氣體分子，在某些波長范圍（1～25μm）吸收紅外線，具有各自的特征吸收波長，吸收關系遵循朗伯-比爾定律定律。SO2在6.82～9μm有吸收，一般為7.3 μm。；氮氧化物在5.3 μm有吸收（一氧化氮），廢氣中的二氧化氮要通過還原為一氧化氮后的濃度進行分析。

2 傅里葉變換紅外光譜法

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。

3 紫外吸收法工作原理

基于物質對100～800nm光譜區(qū)輻射吸收的特性建立起來的分析測定方法。吸收關系遵循朗伯-比爾定律定律。利用二氧化硫及氮氧化物吸收200～400nm近紫外光區(qū)內特征波長光原理，測出SO2及NOx的濃度。SO2一般在波長240nm到330nm有吸收，中心波長285nm。氮氧化物中NO的吸收波長在190nm的吸收線強度最大。NO2的吸收波長從250nm到650nm，中心波長為400nm。紫外吸收法能直接測定廢氣中的NO2，不需要如非分散紅外吸收法將 NO2轉換為NO后再測定NO的濃度。

4 紫外吸收法儀器的性能測試

4.1 主要設備

紫外原理設備：SO2（NDUV），0～200mg/m3，X6/南京埃森；

傅里葉紅外：Gasment；紅外法的：PG350；高純氮：純度99.999%，8L，國家標準物質中心；N2中 SO2：20，40，60×10-6，8L，國家標準物質中心；N2中CO：1 250，2 500，3 750，6 250×10-6，8L，國家標準物質中心；

4.2 測試水汽及CO對SO2的干擾影響

測試前各儀器設備分別用同一零氣和標氣進行零點、滿度的校準。

（1）水汽干擾測試。利用濕度發(fā)生設備，分別制取體積分數為0.5%、0.8%、1.2%、2.0%的濕煙氣，將濕煙氣分別通入各測試設備中，穩(wěn)定后1min記錄一組數值，連續(xù)記錄10min，這個過程中可以觀察NOx及SO2零點的變化情況。

（2）CO干擾測試。將不同濃度的CO標準氣體（746，1 500，2 240，2 000，3 750×10-6），一次通入儀器設備中，穩(wěn)定后1min記錄一組數值，連續(xù)記錄10min，這個過程中可以觀察NOx及SO2零點的變化情況。

4.3 測試結果與分析

從測試結果來看，水汽及CO對SO2并無干擾，從圖1可以看出，在通入干擾氣體的同時SO2的零點并無明顯變化，說明水汽及CO在SO2特征光譜區(qū)無吸收峰產生。在實際監(jiān)測時可以確保數據的真實性、有效性、科學性。

圖1 干擾氣對SO2零點的影響

5 現場測試

通過對紫外法儀器性能測試表明，此原理方法適用于高濕低硫低濃度煙氣的準確測量。為進一步確定紫外原理儀器設備的實用性，準確性，通過不同原理測試分析儀在同一條件下測試，進一步論證紫外法原理測量的準確性及穩(wěn)定性，現場測試分為兩部分內容：①將不同分析原理的設備（紅外法吸收、傅里葉光譜法、紫外吸收法、定電位電解法）置于同一污染源排口，為保證數據的可比性，測試均在同一條件下測試同一煙氣，進氣均采用PCS-B預處理處理過的煙氣。以便攜式傅里葉紅外設備所測的數據為基準數據；②因為采用冷干法原理的預處理設施，通過酸化煙氣來減少煙氣中SO2的損失，也就是在預處理設施前同步添加磷酸來實現，在同一條件下同步測試酸化和未酸化的煙氣，來測試儀器對低濃度SO2的響應。

5.1 參與測試設備

參與測試的設備列于表1。

表1 參與現場測試設備清單

5.2 測試點位的選擇

選取我區(qū)具有代表性且排放口符合規(guī)范要求的電力企業(yè)作為此次比對監(jiān)測的測試點，測試的基本要求是鍋爐穩(wěn)定運行，負荷在80%以上，各處理設施（SCR脫硝、電除塵、石灰石石膏濕法脫硫）正常運行。

5.3 比對測試

（1）對所用儀器進行測試前的零點及滿度的校準，因測試點位為凈煙氣排口污染因子的濃度較低，SO2、NOx選用接近排放濃度的低濃度標氣進行滿度校驗，并對儀器的氣路進行氣密性檢查，以保證測試的準確度。

（2）測試均采用全程加熱的采樣槍，經過預處理的煙氣通過三通分別進入各比對設備內，待煙氣穩(wěn)定后，每分鐘記錄一組數據，測量60min，60min抽出煙槍抽取潔凈空氣進行氣路清洗，待儀器示值降至5mg/m3以下時，通入之前所選取的低濃度標氣以及零氣，讀取標氣的實際測量值，與測試前的示值進行比較，示值誤差小于5%，則測試數據有效；反之無效重新測量。

（3）重復（1）、（2）兩個步驟只是在（2）預處理進氣前加裝煙氣酸化裝置，檢驗酸化處理的煙氣是否能減少SO2的損失

5.4 結果與討論

5.4.1 比對測試結果與分析

從圖2可以看出，經全程高溫伴熱的傅里葉紅外測試儀測得的SO2濃度值高，紫外吸收法次之、紅外法的濃度最低。主要原因是紫外吸收法及紅外吸收法采用的是冷干法進行預處理，過程中存在冷凝的損失，而傅里葉紅外測試儀為全程高溫不存在因冷凝導致的SO2損失。從結果中可以看出傅里葉紅外法的儀器測試精度最高，雖然是紅外原理的分析儀，但因全程高溫所以不存在水汽的干擾影響。而紫外吸收法的設備測試值與傅里葉紅外法的測試值非常接近，說明在不考慮冷凝損失的前提下，紫外吸收法針對經濕法脫硫后的SO2測試精度更高。因為冷干法的經預處理因非全程伴熱，未處理完全的水汽對紅外法原理測試SO2還是存在一定干擾的。

圖2 現場比對測試結果

6 結語

1）性能測試表明，非分散紫外吸收法儀器設備在超低排放煙氣分析過程中有運行穩(wěn)定，抗干擾性強、響應快、檢出限低的特點；

2）超低排放現場比對測試表明，在高濕低硫低溫的情況下，非分散紫外吸收法在測量SO2的準確性、響應速度、測量精度上要優(yōu)于非分散紅外吸收法。

3）非分散紫外吸收法在超低排放監(jiān)測中具備明顯的優(yōu)勢，但受到國家標準的限制，還未大量普及使用，希望能盡早快出臺相關的國家方法標準，確保測試的實用性、準確性。

[1] 宋釗.便攜式煙氣分析系統(tǒng)在燃煤電廠比對監(jiān)測中的應用[J].三峽環(huán)境與生態(tài)，2011，3（192）：40-42.

[2] 廖平德，王云龍，盧秋.定電位電解法測定SO2過程中出現的問題及解決方式[J].北方環(huán)境.2011，23（11）：111-112.

[3] 陸立群，宋釗，張暉等.便攜式NDIR煙氣分析儀在燒結爐CEMS二氧化硫比對測試中的應用研究[J].環(huán)境科學與管理，2013，38（6）：172-176.

[4] 王森.在線分析儀器手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[5] 張迪生，聞欣，陸芝偉.鋼鐵燒結行業(yè)煙氣中SO2測試方法比對研究[J].環(huán)境科學導刊，2014，33（3）：83-86.

[6] 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.

[7] 汪楠，王同健，許亮，等.定電位電解法測定煙道氣SO2過程中的干擾和對策[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2009，22（4）：66-68.

[8] 高奎喜.在線分析系統(tǒng)工程技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[9] 王森.煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）[M].北京：化學工業(yè)出版社，2014.

[10] 王強，楊凱.煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS）監(jiān)測技術及應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2015.

[11] HJ/T 76—2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法[S].

[12] HJ/T 75—2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范[S].

Non-dispersive Ultraviolet Absorption Method for the Study of Ultra-low Range Instruments in Testing Flue Gas SO2

Qi Zhen-hua

X701

A

1003–6490（2017）09–0202–02

2017–06–25

綦振華（1981—），男，陜西西安人，工程師，主要從事污染源廢氣、廢水、噪聲、環(huán)境空氣等監(jiān)測工作。