朱泽军，李红亮，吉军凯，李 斐，汤力同

（河南省环境监测中心，郑州 450004）

二氧化硫是一种无色且伴有强烈刺激性气味的气体，会对人体健康造成严重影响。大气中二氧化硫来源较为分散，其主要来源于燃煤电厂和化工企业[1]。面对日益严重的环境污染问题，国家相继出台一系列政策和法规，其中规定：在2020年前将全面实施燃煤机组超低排放改造，现役机组二氧化硫排放不得超过35 mg/m3[2]。

伴随大气污染物防治工作稳步推进和污染排放限值越来越低，为了满足监测精度需要，测试方法也不断地推陈出新。在诸多二氧化硫监测方法中，比较常用有比色法、火焰光度法以及吸收光谱法。比色法和火焰光度法属于化学测量方法，吸收光谱法属于物理测量方法[3]。虽然化学测量方法测得结果较为准确，但是其设备比较复杂，操作烦琐。现广泛采用红外气体分析仪，其原理是利用二氧化硫对红外区的特征波长红外线具有选择性吸收特性且吸收率与二氧化硫浓度紧密相关，虽然这种方法具有操作简单、可实时监测等优点，但烟气中其他气体组分对测量结果的干扰较大[4]。

实践测量发现，烟气中水蒸气对二氧化硫监测干扰最为严重。高湿烟气流经采样管，烟气温度降低，烟气中含有的水蒸气将发生冷凝，成为水滴并附着于取样管壁面上，而二氧化硫具有易溶于水的特性[5]。为了保证二氧化硫测定的准确性，通常做法是在烟气分析前加装具有除湿功能的烟气预处理装置。《固定污染源废气二氧化硫的测定 非分散红外吸收法》（HJ 629-2011）和《固定污染源排气中光气的测定 苯胺紫外分光光度法》（HJ／T46-1999）均对烟气预处理器的除湿性能评判标准进行了规范，即烟气除湿装置应使除湿后气体中被测二氧化硫的损失不超过5%，但上述规定尚未给出详细的测量方法[6-7]。本研究主要是在满足现有二氧化硫监测规范的前提下，提出合理的烟气预处理方案，这对于二氧化硫测量方法的制定具有重要的参考价值。

1 试验

1.1 试验方法及装置

试验均按照国家固定污染源二氧化硫测定相关标准严格执行[6-7]。在测量准备阶段，笔者通过标准气体样本对测试仪器进行标定和校准。测量设备选用的是德国RBR 公司生产的Ecom-J2KN Pro IN 型烟气分析仪，其具体参数如表1所示。

表1 Ecom-J2 KN Pro IN 型烟气分析仪技术参数

1.2 试验测试对象及方案

测试对象为燃煤发电厂烟气石灰-石膏湿法脱硫（WFGD）出口处。为了使试验具有对比性，在同一烟道取样口位置上分别插入两支相同规格、相同类型的取样枪。其中，1 支取样枪具有烟气加热后处理装置，而另1 支取样枪并未加装烟气预处理装置，直接将抽取到烟气通入烟气分析仪进行监测，测试装置系统和测试方案及安排分别如图1、表2所示。试验以在线监测数据为依据，分别比较不同取样方法对测试结果的影响。

图1 二氧化硫监测试验系统

表2 二氧化硫监测方案

2 结果与讨论

2.1 方案1 试验结果与分析

图2 方案1 不同采样装置测得的SO2 浓度值

图3 方案1 不同采样装置测得的SO2 浓度相对误差

方案1 中，A、B 采样枪所测得SO2浓度值以及测量结果相对误差如图2、图3所示。从图2可以看出，B 采样枪所测结果仅略低于在线监测数据，因此烟气加热到160 ℃，然后运用帕尔贴+浓磷酸的方法可以使得测量更加准确。从图3可以看出，加热烟气+帕尔贴+浓磷酸方法所测结果的相对误差明显减小，其均值仅为8%。这主要是因为帕尔帖冷却器能够将凝结水排除，很好地实现气水分离。利用浓磷酸难挥发和吸水的特性，其不仅可以吸收烟气中的水分，也可以促进生成物亚硫酸的分解，具体化学反应如式（1）、式（2）所示：综上，加热烟气+帕尔贴+浓磷酸的测试方法，可以有效地提升二氧化硫监测的准确性。

2.2 方案2 试验结果与分析

方案2 中A、B 采样枪所测得SO2浓度值以及测量结果相对误差如图4、图5所示。从图4可以看出，加装纳分管（膜式除湿器）测量数据与在线测量所获得数据几乎吻合。根据图5，加装纳分管后测量结果相对误差值较小。烟气中水蒸气可与纳分管中渗透膜发生化学反应，使得水蒸气无法顺利通过渗透膜，实现持续干燥烟气和提升二氧化硫监测准确性的目的。

图4 方案2 不同采样装置测得的SO2 浓度值

图5 方案2 不同采样装置测得的SO2 浓度相对误差

2.3 方案3 试验结果与分析

图6 方案3 不同采样装置测得的SO2 浓度值

图7 方案3 不同采样装置测得的SO2 浓度相对误差

方案3 中A、B 采样枪所测得的SO2浓度值以及测量结果相对误差如图6、图7所示。从图6可以看出，仅使用帕尔贴与使用帕尔帖+浓H3PO4对烟气干燥处理相比，测得二氧化硫值偏低。根据图7，仅加装帕尔贴作为烟气预处理装置，所获得测量结果相对较大。通过计算相对误差平均值可知，A 采样枪所测得数据相对误差均值为12.71%，而B 采样枪所测得数据相对误差均值为5.94%。烟气预处理装置中加装帕尔帖必须同浓H3PO4配合使用，才能达到良好的测量准确度。

2.4 方案4 试验结果与分析

图8 方案4 不同采样装置所测得SO2 浓度值

图9 方案4 不同采样装置测得的SO2 浓度相对误差

方案4 中，A、B 采样枪所测得SO2浓度值以及测量结果相对误差如图8、图9所示。从图8可以看出，加装纳分管二氧化硫监测值与在线监测值两者很好地重合。仅使用帕尔贴测量偏差过大，其原因不再赘述。根据图8，仅加装纳分管所得到结果相对误差均低于10%，计算表明，其相对误差均值仅为5.95%，这表明仅加装纳分管的方法就可以保证在高湿条件下实现二氧化硫的准确监测。

3 结论

在高湿度的环境条件下对低浓度二氧化硫进行测定，烟温降低烟气中水蒸气凝结会导致二氧化硫测量值偏低，相对误差过大，因此直接测定烟气中二氧化硫的方法不能满足测量准确性的需要。使用高温加热+帕尔贴+磷酸脱水除湿或纳分管脱水除湿，可显著减小二氧化硫溶水性损失，相对误差平均值均低于10%，其可以作为在高湿环境条件下二氧化硫的监测方法。帕尔贴+磷酸或纳分管除湿脱水的效果要明显优于仅使用帕尔冷凝脱水，其结果测量相对误差过大，为了满足测量准确度的需要，帕尔贴必须同浓磷酸配合使用。