便攜式煙氣預(yù)處理濾芯對SO2吸附特征分析研究

魏 晗，朱法華，段玖祥，唐仲愷，王新培，劉廣祥，田原潤

(1.國能南京電力試驗研究有限公司，江蘇 南京 210023；2.國家能源集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 210023)

1 引言

隨著火電行業(yè)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濃度下降明顯，基本達(dá)到SO2超低排放限值35mg/m3以下，部分達(dá)到超低排放限值的20%以下[2]，甚至出現(xiàn)SO2檢測值幾乎為零的情況[3]。由于SO2易溶于水[4]，且容易吸附在采樣管壁及預(yù)處理內(nèi)部件上，造成最終檢測結(jié)果偏低的現(xiàn)象[5]，這對現(xiàn)場煙氣中SO2濃度檢測的技術(shù)水平和質(zhì)量控制提出了更高要求[6]。

關(guān)于SO2氣體吸附特性研究，國內(nèi)報道多見于活性炭及改性活性炭在不同條件下對SO2氣體吸附性的研究和探討[7-15]。陸靚燕等[16]研究了火電廠粉煤灰對SO2氣體吸附性，得出不同吸附溫度、吸附質(zhì)濃度和氣體流量時粉煤灰對SO2氣體吸附性規(guī)律。張守玉[17]及彭思毅[18]研究了活性焦對SO2氣體吸附特性，得出活性焦對SO2氣體吸附性優(yōu)于活性炭。同類報道還見于碳纖維、沸石、硅基介孔材料對SO2氣體吸附性研究[19-22]。

便攜式煙氣預(yù)處理系統(tǒng)中加裝濾芯是煙氣SO2濃度檢測時對煙氣進行預(yù)處理常見手段之一[23]，試驗發(fā)現(xiàn)，濾芯對SO2有一定吸附性干擾作用，且不同類型濾芯對SO2吸附量和特性不同。目前相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于便攜式煙氣預(yù)處理中濾芯對SO2吸附量暫無明確具體數(shù)值表述，僅要求過濾器材質(zhì)應(yīng)不吸附并不與氣態(tài)污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[24-25]，國內(nèi)煙氣預(yù)處理濾芯對SO2吸附量的相關(guān)報道較少。本文通過選取3種型號煙氣預(yù)處理濾芯及其不同的組合方式，選取7種不同濃度SO2標(biāo)準(zhǔn)氣體通濾芯，實測不同條件下SO2濃度及吸附特性來分析確定最佳的濾芯組合方式，以降低便攜式煙氣預(yù)處理中濾芯對SO2的吸附量，提高SO2檢測的準(zhǔn)確性。

2 實驗

2.1 實驗儀器、設(shè)備及標(biāo)氣

實驗儀器及設(shè)備如表1所示，實驗標(biāo)準(zhǔn)氣體如表2所示。

表1 實驗儀器及設(shè)備

表2 實驗標(biāo)準(zhǔn)氣體

2.2 實驗方案

實驗按7種標(biāo)氣濃度分成7組在實驗室開展，每組實驗相對獨立。

每組實驗分7種方式開展，內(nèi)容具體如下：

將3種煙氣預(yù)處理濾芯組合成7種方式，即CLF-5+0.1μm+2μm、CLF-5+0.1μm、CLF-5+2μm、0.1μm+2μm、CLF-5、0.1μm、2μm，將這7種方式按上述順序進行編號命名，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種組合方式濾芯后SO2質(zhì)量濃度。每種方式實驗前、后用高純氮氣對所有對應(yīng)組合方式的濾芯進行吹掃。

2.3 實驗過程質(zhì)量控制

(1)將CLF-5、0.1μm、2μm濾芯從PSS-5便攜式煙氣預(yù)處理中拆出，并改用總長度不超過50cm的PTFE材質(zhì)管連接，減小由預(yù)處理時其他部件及管路帶來的吸附損失。

(2)煙氣分析儀標(biāo)定前開機穩(wěn)定預(yù)熱40min，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(yīng)的SO2濃度標(biāo)氣對分析儀進行標(biāo)定。

(4)實驗過程中，保持煙氣分析儀流量穩(wěn)定在2L/min。

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

(6)試驗分析儀器采用示值誤差、零點漂移和量程漂移均優(yōu)于《固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 便攜式紫外吸收法》(HJ1131-2020)標(biāo)準(zhǔn)要求的ASP-3000煙氣分析儀[26]。

2.4 實驗結(jié)果計算

SO2吸附值按公式(1)計算，SO2吸附率按公式(2)計算。

X1=A-B

(1)

(2)

式中：X1為SO2吸附值，mg/m3；A為SO2標(biāo)氣值，mg/m3；B為SO2檢測值，mg/m3；X2為SO2吸附率，%。

3 結(jié)果與討論

3.1 SO2吸附值實驗結(jié)果

按實驗方案檢測，SO2吸附值結(jié)果如表3所示。

表3 SO2吸附值實驗結(jié)果

由表3可知，在同種濾芯組合方式條件下，不同濃度SO2標(biāo)氣的吸附值無明顯規(guī)律，且變化值不大；不同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1.5～3.7mg/m3，因此，各種濾芯組合方式的SO2絕對吸附量有限，且相對固定；在同種標(biāo)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，規(guī)律明顯；從第五種方式、第六種方式、第七種方式的吸附值來看，3種煙氣預(yù)處理濾芯中CLF-5濾芯對SO2吸附性最大，0.1μm濾芯對SO2吸附性次之，2μm濾芯對SO2吸附性最小，結(jié)合文中表1得出過濾精度高的濾芯對SO2吸附性大，過濾精度低的濾芯對SO2吸附性??；從第一種方式的吸附值與第五種方式、第六種方式、第七種方式的吸附值加和比較來看，從第一種方式的吸附值均大于第五種方式、第六種方式、第七種方式的吸附值加和，即3種煙氣預(yù)處理濾芯(2μm濾芯、0.1μm濾芯和CLF-5濾芯)串接后對SO2吸附性產(chǎn)生一定的協(xié)同效應(yīng)；從第一種方式至第七種方式整體吸附值情況來看，串接的濾芯數(shù)量與SO2吸附性成正向關(guān)系。

3.2 SO2吸附率實驗結(jié)果

按實驗方案檢測，SO2吸附率實驗結(jié)果如表4所示。由表4可知，在同種濾芯組合方式條件下，隨著濃度SO2標(biāo)氣濃度的升高，SO2的吸附率整體呈現(xiàn)下降趨勢；在同種標(biāo)氣濃度條件下，第一種方式的SO2吸附率最大，且依次從第一種方式到第七種方式SO2吸附率逐漸變小，規(guī)律明顯。因此可以得出，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濾芯對SO2吸附干擾最大，0.1μm濾芯對SO2吸附性次之，2μm濾芯對SO2吸附干擾最小。

表4 SO2吸附率實驗結(jié)果

3.3 便攜式煙氣預(yù)處理中濾芯組合方式的選擇

現(xiàn)場檢測SO2濃度時，煙氣預(yù)處理中濾芯組合方式選擇應(yīng)根據(jù)火電廠現(xiàn)場檢測的位置、煙氣組分的特征、濾芯自身特性以及濾芯對SO2吸附特性綜合來確定，如表5所示。

表5 濾芯組合方式的選擇

當(dāng)現(xiàn)場檢測位置在除塵器入口時，此時顆粒物濃度和SO2濃度均較高，為保證后續(xù)預(yù)處理及煙氣分析儀的準(zhǔn)確性和使用壽命，應(yīng)盡量選擇0.1μm濾芯與2μm濾芯串聯(lián)來過濾顆粒物。此外，由表4可知濾芯對高濃度SO2吸附干擾較小，因此此種條件下建議濾芯組合方式選擇第一種方式或第四種方式；當(dāng)現(xiàn)場檢測位置在除塵器出口或脫硫入口時，此時顆粒物濃度已較低，SO2濃度仍然較高，此時對顆粒物的過濾方式選擇應(yīng)著重考慮0.1μm濾芯，同樣考慮濾芯對高濃度SO2吸附干擾較小，因此此種條件下建議濾芯組合方式選擇第一種方式、第二種方式、第四種方式或第六種方式；當(dāng)現(xiàn)場檢測位置在脫硫出口或濕除入口時，此時顆粒物濃度和SO2濃度均較低，顆粒物的過濾方式選擇應(yīng)著重考慮0.1μm濾芯，而濾芯對低濃度SO2吸附干擾較大，因此此種條件下建議濾芯組合方式選擇第四種方式或第六種方式；當(dāng)現(xiàn)場檢測位置在濕除出口或超低排放口時，此時SO2吸附率應(yīng)著重關(guān)注，此種條件下建議濾芯組合方式選擇第七種方式。

4 結(jié)論

(1)在同種濾芯組合方式條件下，SO2濃度越高，SO2吸附率越低，濾芯對低濃度SO2吸附干擾越小；SO2濃度越低，SO2吸附率越高，濾芯對低濃度SO2吸附干擾較越高。

(2)在同種標(biāo)氣濃度條件下，濾芯組合方式中第一種方式的SO2吸附率最大，且依次從第一種方式到第七種方式SO2吸附率逐漸變小，規(guī)律明顯。

(3)CLF-5濾芯對SO2吸附干擾最大，0.1μm濾芯對SO2吸附性次之，2μm濾芯對SO2吸附干擾最小。

(4)在選擇煙氣預(yù)處理中濾芯組合方式時，應(yīng)充分考慮所要檢測煙氣的位置、煙氣的特征狀態(tài)、所用濾芯的性能參數(shù)以及濾芯對SO2吸附特性，也可在現(xiàn)場實際檢測期間根據(jù)實測結(jié)果來靈活調(diào)整濾芯組合方式，通過選擇最優(yōu)濾芯組合方式，降低煙氣預(yù)處理中濾芯對SO2的吸附量，進而提高SO2檢測的準(zhǔn)確性。