非分散紫外吸收法原理超低量程仪器在测试烟气SO2方面的探究

2017-10-11綦振华

化工设计通讯 2017年9期

关键词：傅里叶波长红外

綦振华

（新疆维吾尔自治区环境监测总站，新疆乌鲁木齐 830011）

非分散紫外吸收法原理超低量程仪器在测试烟气SO2方面的探究

綦振华

（新疆维吾尔自治区环境监测总站，新疆乌鲁木齐 830011）

基于非分散紫外吸收法（NDUV）具有检出限低、灵敏度高、在低浓度条件下能稳定运行、抗干扰能力强等特点，研制开发SO2测量范围为0～200mg/m3的超低量程烟气分析仪。在超低排放污染源现场与非分散红外吸收法进行比对测试，结果显示非分散紫外吸收法具备较高的测量精度和稳定性，适用于超低限排放CEMS中的SO2监测。

非分散紫外吸收法；烟气分析仪；超低排放；SO2；烟气监测

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 非分散红外法原理

利用不同气体对不同波长的红外线具有选择性吸收的特性，具有不对称结构的双原子或多原子气体分子，在某些波长范围（1～25µm）吸收红外线，具有各自的特征吸收波长，吸收关系遵循朗伯-比尔定律定律。SO2在6.82～9μm有吸收，一般为7.3 μm。；氮氧化物在5.3 μm有吸收（一氧化氮），废气中的二氧化氮要通过还原为一氧化氮后的浓度进行分析。

2 傅里叶变换红外光谱法

当一束连续波长的红外光照射某物质样品时，有一部分特定波长的红外光不会穿过该物质，也就是说，该物质分子吸收了这部分光能，使分子的转动能量和振动能量发生变化。当能级的跃迁使得分子的偶极矩发生变化而得到的红外光谱就是红外吸收光谱图。

3 紫外吸收法工作原理

基于物质对100～800nm光谱区辐射吸收的特性建立起来的分析测定方法。吸收关系遵循朗伯-比尔定律定律。利用二氧化硫及氮氧化物吸收200～400nm近紫外光区内特征波长光原理，测出SO2及NOx的浓度。SO2一般在波长240nm到330nm有吸收，中心波长285nm。氮氧化物中NO的吸收波长在190nm的吸收线强度最大。NO2的吸收波长从250nm到650nm，中心波长为400nm。紫外吸收法能直接测定废气中的NO2，不需要如非分散红外吸收法将 NO2转换为NO后再测定NO的浓度。

4 紫外吸收法仪器的性能测试

4.1 主要设备

紫外原理设备：SO2（NDUV），0～200mg/m3，X6/南京埃森；

傅里叶红外：Gasment；红外法的：PG350；高纯氮：纯度99.999%，8L，国家标准物质中心；N2中 SO2：20，40，60×10-6，8L，国家标准物质中心；N2中CO：1 250，2 500，3 750，6 250×10-6，8L，国家标准物质中心；

4.2 测试水汽及CO对SO2的干扰影响

测试前各仪器设备分别用同一零气和标气进行零点、满度的校准。

（1）水汽干扰测试。利用湿度发生设备，分别制取体积分数为0.5%、0.8%、1.2%、2.0%的湿烟气，将湿烟气分别通入各测试设备中，稳定后1min记录一组数值，连续记录10min，这个过程中可以观察NOx及SO2零点的变化情况。

（2）CO干扰测试。将不同浓度的CO标准气体（746，1 500，2 240，2 000，3 750×10-6），一次通入仪器设备中，稳定后1min记录一组数值，连续记录10min，这个过程中可以观察NOx及SO2零点的变化情况。

4.3 测试结果与分析

从测试结果来看，水汽及CO对SO2并无干扰，从图1可以看出，在通入干扰气体的同时SO2的零点并无明显变化，说明水汽及CO在SO2特征光谱区无吸收峰产生。在实际监测时可以确保数据的真实性、有效性、科学性。

图1 干扰气对SO2零点的影响

5 现场测试

通过对紫外法仪器性能测试表明，此原理方法适用于高湿低硫低浓度烟气的准确测量。为进一步确定紫外原理仪器设备的实用性，准确性，通过不同原理测试分析仪在同一条件下测试，进一步论证紫外法原理测量的准确性及稳定性，现场测试分为两部分内容：①将不同分析原理的设备（红外法吸收、傅里叶光谱法、紫外吸收法、定电位电解法）置于同一污染源排口，为保证数据的可比性，测试均在同一条件下测试同一烟气，进气均采用PCS-B预处理处理过的烟气。以便携式傅里叶红外设备所测的数据为基准数据；②因为采用冷干法原理的预处理设施，通过酸化烟气来减少烟气中SO2的损失，也就是在预处理设施前同步添加磷酸来实现，在同一条件下同步测试酸化和未酸化的烟气，来测试仪器对低浓度SO2的响应。

5.1 参与测试设备

参与测试的设备列于表1。

表1 参与现场测试设备清单

5.2 测试点位的选择

选取我区具有代表性且排放口符合规范要求的电力企业作为此次比对监测的测试点，测试的基本要求是锅炉稳定运行，负荷在80%以上，各处理设施（SCR脱硝、电除尘、石灰石石膏湿法脱硫）正常运行。

5.3 比对测试

（1）对所用仪器进行测试前的零点及满度的校准，因测试点位为净烟气排口污染因子的浓度较低，SO2、NOx选用接近排放浓度的低浓度标气进行满度校验，并对仪器的气路进行气密性检查，以保证测试的准确度。

（2）测试均采用全程加热的采样枪，经过预处理的烟气通过三通分别进入各比对设备内，待烟气稳定后，每分钟记录一组数据，测量60min，60min抽出烟枪抽取洁净空气进行气路清洗，待仪器示值降至5mg/m3以下时，通入之前所选取的低浓度标气以及零气，读取标气的实际测量值，与测试前的示值进行比较，示值误差小于5%，则测试数据有效；反之无效重新测量。

（3）重复（1）、（2）两个步骤只是在（2）预处理进气前加装烟气酸化装置，检验酸化处理的烟气是否能减少SO2的损失

5.4 结果与讨论

5.4.1 比对测试结果与分析

从图2可以看出，经全程高温伴热的傅里叶红外测试仪测得的SO2浓度值高，紫外吸收法次之、红外法的浓度最低。主要原因是紫外吸收法及红外吸收法采用的是冷干法进行预处理，过程中存在冷凝的损失，而傅里叶红外测试仪为全程高温不存在因冷凝导致的SO2损失。从结果中可以看出傅里叶红外法的仪器测试精度最高，虽然是红外原理的分析仪，但因全程高温所以不存在水汽的干扰影响。而紫外吸收法的设备测试值与傅里叶红外法的测试值非常接近，说明在不考虑冷凝损失的前提下，紫外吸收法针对经湿法脱硫后的SO2测试精度更高。因为冷干法的经预处理因非全程伴热，未处理完全的水汽对红外法原理测试SO2还是存在一定干扰的。