便携式非分散红外烟气仪在高湿低硫锅炉烟气监测中的干扰和对策

仇石,刘光逊,关胜

(天津经济技术开发区环境保护监测站，天津 300457)



·监测技术·

便携式非分散红外烟气仪在高湿低硫锅炉烟气监测中的干扰和对策

仇石,刘光逊,关胜

(天津经济技术开发区环境保护监测站，天津 300457)

简述了便携式非分散红外烟气分析仪在高湿低硫锅炉烟气监测中，存在采样流量、现场温度以及预处理装置反吹等方面的干扰因素。提出了在锅炉烟气监测中可采取控制采样流量、延长仪器预热时间、反吹预处理装置等措施，消除干扰，保证烟气监测的稳定准确。

非分散红外烟气分析仪；采样流量；现场温度；预处理装置

目前锅炉烟气普遍采用湿法脱硫，该法脱硫后产生的高湿低硫烟气对烟气监测仪器要求较高[1-2]。传统的定电位电解法仪器，在现场监测时，受湿度、烟道负压、交叉干扰等因素影响[3]，难以准确测量二氧化硫浓度。温维丽等[4]通过与碘量法的比对发现，基于非分散红外原理的烟气分析仪，测定结果的准确性和精密度较好。夏纯洁等[5]在烧结烟气监测中发现，便携式非分散红外烟气分析仪不受高浓度一氧化碳气体的干扰且具有测量精度高、稳定性好、使用寿命长等特点[6-7]，广泛应用于锅炉烟气的测定。在实际使用过程中，便携式非分散红外烟气分析仪会受到一些干扰因素影响[8]，处理不当会产生测量误差。通过实验室试验和现场测试，分析了这些干扰因素产生的原因，提出了消除干扰的对策。

1 仪器与操作流程

1.1 实验仪器

非分散红外烟气分析仪根据红外传感器类型可以分为热电堆、微音电容、微流传感器3种。固定污染源监测系统中大量使用的是微流红外传感器，可实现对SO2、NO、CO等主要污染物的测定[9-10]。所用仪器为某公司生产的MODEL3080型便携式烟气分析仪(以下简称3080)。

1.2 系统介绍

3080由采样探杆、采样探头、伴热管线、预处理装置和分析主机组成。仪器不带电池，需外接220 V电源。烟气测量时，由预处理装置中的抽气泵抽取烟气，经140 ℃的采样探头和伴热管线加热后，烟气中的水分以气态形式进入预处理装置，再经冷凝器冷凝脱水后，干烟气进入分析主机检测。

1.3 工作流程

3080在锅炉烟气现场监测时的操作流程见图1，监测每一个测点均需要重复该流程。

图1 3080的操作流程

2 干扰因素

测试的锅炉烟气为典型的高湿低硫烟气(即燃煤锅炉经湿法脱硫后产生的烟气)，湿度一般为8%～15%，SO2值较低(一般<50 mg/m3)，装有烟气排放连续监测系统(CEMS)。根据《固定污染源烟气排放连续监测技术规范(试行)》(HJ/T 75-2007)和《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法(试行)》(HJ/T 76-2007)，CEMS比对合格，同时在监测时段内锅炉及其除尘脱硫设施运行稳定。为考查不同条件下3080的监测准确性，现场监测时将CEMS监测结果平均值作为参照值。

2.1 采样流量的影响

3080的采样流量可在0～2.0 L/min范围内调节。不同的采样流量实测锅炉烟气的结果见表1(锅炉运行稳定，烟气排放稳定)。不同流量下测定SO2和NO标气的结果见表2。

表1 不同采样流量锅炉烟气测试结果

①以监测时段的CEMS平均值作为参照值。

由表1可见，实测锅炉烟气采样流量在0.5～1.5 L/min时，SO2和NO的测试结果无明显变化，相对误差较小；但当采样流量升至2.0 L/min时，测试结果明显升高，与CEMS测量结果的相对误差较大。产生此误差是因为2.0 L/min的采样流量过大，烟气的水分来不及冷凝脱水就进入分析主机，水对SO2和NO有正干扰，造成测量结果偏高。

表2 不同采样流量标气测试结果

①ρ(SO2)标气为143 mg/m3；②ρ(NO)标气为393 mg/m3

由表2可见，3080在不同流量下测定SO2和NO标气的结果基本一致，采样流量改变对标气测定没有明显影响。

现场测试时采样流量不宜过大，一般控制在1.0 L/min左右，可根据现场情况在0.5～1.5 L/min之间适当调节。另外，采样流量过大还会对光学元器件造成冲击，降低仪器使用寿命。

2.2 现场温度的影响

2.2.1 现场温度对预热时间的影响

预热时间是指仪器自开机到达稳定工作状态所需的时间。3080开机后气室温度会逐渐升温到比现场温度高10 ℃左右，此时气室温度基本稳定，仪器达到稳定工作状态。3080厂家设定的预热时间为15 min，通常情况下是能够达到要求的。但在夏季现场气温30 ℃以上时，如按照正常的预热时间进行仪器预热，测量结果会明显偏低，有时SO2会检测不出来。如延长预热时间至25 min以上，则测定结果正常且稳定，与CEMS数据明显可比。预热时间15，25 和35 min烟气SO2实测结果见表3。

表3 现场气温33 ℃时不同预热时间SO2实测结果

①以监测时段的CEMS平均值作为参照值。

由表3可见，夏季现场温度30 ℃以上，而仪器由于一直处于空调状态下，开机前气室温度在25 ℃左右，开机后15 min的预热时间不足以使仪器升温到40 ℃(高于现场温度10 ℃)，如在此时就开始校零，测量时气室温度还会继续升高，测定结果必然不准。如延长预热时间至25 min以上，就能够保证气室升温到稳定的工作状态，从而保证测量结果的准确可靠。

当测试现场的温度高于仪器内部温度较多时(5 ℃以上)，通常在夏季高温环境下测试时，应延长预热时间至25 min以上。

2.2.2 现场温度对烟气冷凝的影响

由于水分对SO2的吸收影响[1,11]，红外分析仪要求烟气经预处理装置冷凝除水后，再进入分析主机测定[9]。3080的预处理装置冷凝器温度设定为2 ℃，当夏季现场温度较高时，冷凝器受高温影响工作效率下降，冷凝温度会逐渐升高至5 ℃以上，此时烟气中的一部分水分就会被带入分析主机，造成SO2示值明显升高。

由2.1的讨论可知，采样流量在0.5～1.5 L/min范围内，不会对测量结果造成影响。因此可以降低采样流量至0.5 L/min，使烟气缓慢通过冷凝器，提高冷凝效果，尽可能使冷凝器温度保持在2 ℃，保证烟气充分脱水后进入分析主机。

2.3 预处理装置反吹的影响

预处理装置本身对SO2具有一定的吸附作用，且湿烟气冷凝后产生的水会有部分残留在仪器管路中，这些水中含有一定量的SO2。通常每次测量结束后要对预处理装置进行反吹以去除SO2本底干扰。在实测锅炉烟气后不同反吹时间下测定SO2标气的结果见表4。不同反吹时间下实测锅炉烟气SO2的结果见表5。

由表4和表5可见，测量结束后未经反吹预处理装置(仪器重新经过开机、预热、校零的过程)就进行下一个测试，测试结果偏低，随着反吹时间的增加，测试结果恢复正常。这是因为，残留在预处理装置中的SO2会使仪器零点上移，造成测量结果偏低，通过反吹预处理装置一定时间后可消除SO2本底干扰，反吹时间10 min以上。

表4 不同反吹时间下测定SO2标气结果

表5 不同反吹时间下测定锅炉烟气SO2结果

①以监测时段的CEMS平均值作为参照值。

每个测点现场监测结束后，都要对预处理装置反吹10 min后再关机移至下一个测点。全部监测完成，由现场转移至实验室后，再对预处理装置反吹30 min以上，彻底清除预处理装置中残留的SO2。

3 结语

综上所述，便携式非分散红外分析仪器在锅炉烟气监测使用过程中应做到以下几个方面：

(1)采样流量不能过大，应控制在0.5～1.5 L/min之间，否则测量结果会偏高；

(2)夏季高温天气进行锅炉烟气监测时，应延长仪器预热时间至25 min以上。同时，降低采样流量，保证冷凝器冷凝效果；

(3)在监测现场，每个点位监测完成后，要对预处理装置反吹10 min，全部点位监测完毕，回实验室后，再对预处理装置反吹30 min以上；

(4)气室温度建议直接显示在仪器屏幕上，从而直接判断仪器是否预热完成，避免预热时间过短造成的测量误差；

(5)改进预处理装置，减少其对SO2的吸附作用，及时排空烟气冷凝水。

[1] 王铮,霍昱.扩散电化学法现场测定高湿度烟气中低浓度二氧化硫能力的研究[J].中国环境监测,2013,29(5):135-137.

[2] 张佳音,李扬扬,董娅玮,等.固定污染源CEMS比对监测技术探讨[J].北方环境,2012,25(3):122-124.

[3] 汪楠,王同健,许亮.定电位电解法测定烟道气SO2过程中的干扰和对策[J].城市环境与城市生态,2009,22(4):41-43.

[4] 温维丽,黄济民.碘量法与非分散红外吸收法测定二氧化硫浓度的对比[J].环境研究与监测,2009,22(3):51-53.

[5] 夏纯洁,苏骐,李泽清,等.烧结烟气中二氧化硫检测手段的研究[J].工业安全与环保,2013,39(12):65-67.

[6] 黄书华,孙友文,刘文清,等.基于非分散红外光谱吸收法的SO2检测系统研究[J].红外,2011,32(12):10-13.

[7] 孙友文,刘文清,汪世美,等.非分散红外多组分气体检测技术及其在CEMS中的应用[J].红外,2011,32(5):23-26.

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[10] 环境保护部.HJ 692-2014 固定污染源废气 氮氧化物的测定 非分散红外吸收法[S].北京：中国标准出版社,2014.

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Countermeasures against Interferences in Monitoring of Boiler Flue Gas of High Humidity and Low Sulfur Using a Portable Non-Dispersive Infrared Gas Analyzer

QIU Shi,LIU Guang-xun,GUAN Sheng

(TianjinEconomic-TechnologicalDevelopmentAreaEnvironmentalProtectionMonitoringStation,Tianjin300457,China)

The interferences from sampling flow,in situ temperature,and the back flushing of pretreatment device were discussed in monitoring the flue gas of high humidity and low sulfur dioxide using a portable non-dispersive infrared gas analyzer. Based on the laboratory and field tests,countermeasures were explored to eliminate these interferences,including controlling the sampling flow,extending preheating of the equipment,and flushing the pretreatment device back,ensuring the stability and accuracy of the flue gas monitoring.

Non-dispersive infrared gas analyzer; Sampling flow; In situ temperature; Pretreatment device

2014-09-23；

2015-03-20

仇石(1987—)，男，助理工程师，本科，主要从事环境监测工作。

O433.5;X831

B

1674-6732(2015)03-0014-03