便携式烟气预处理过滤芯对SO2吸附特征分析研究

魏晗 朱法华 段玖祥 李军状 唐仲恺 王新培 赵洋 田原润

摘要：根据选取的3种当前主流型号烟气预处理过滤芯特性，建立了7种不同的烟气预处理过滤芯组合方式，对7种不同浓度SO2标准气体通过7种过滤芯组合方式后的SO2浓度实测，分析得到了烟气预处理过滤芯对SO2吸附的特性：在同一过滤芯组合方式下，随着SO2浓度增大，SO2吸附量变化不大，范围相对固定，但SO2吸附率逐渐变小;同种浓度SO2标准气体条件下，3种便携式烟气预处理过滤芯中，CLF-5过滤芯对SO2吸附性最大，0.1µm过滤芯对SO2吸附性次之，2µm过滤芯对SO2吸附性最小，且串接的不同型号过滤芯数量与SO2吸附性成正比。该吸附特性分析有助于在不同工况和条件下烟气中SO2浓度实际检测时如何正确选择烟气预处理过滤芯配置方式，提高烟气中SO2浓度检测数据准确度。

关键词：烟气预处理;过滤芯;SO2;吸附特征;检测

1引言

随着火电行业超低排放的实施超低排放改造的深入推进[1]，燃煤电厂采用湿法脱硫后的烟气SO2质量浓度下降明显，达到SO2超低排放限值35mg/m3以下，有的达到超低排放限值的20%以下[2]，甚至出现SO2检测值几乎为0的情况[3]。由于SO2易溶于水[4]，且容易吸附在采样管壁及预处理内部件上，造成最终检测结果偏低的现象[5]，这对现场烟气中SO2质量浓度检测的技术水平和质量控制提出了更高要求[6]。便携式烟气预处理中加装过滤芯是烟气SO2浓度检测时常见手段之一[7]，但笔者通过试验发现过滤芯对SO2有一定吸附性干扰，且不同类型过滤芯对SO2吸附量和特性不同。目前相关行业标准中关于便携式烟气预处理中过滤芯对SO2吸附量暂无明确具体数值表述，只是要求过滤器材质应不吸附并不与气态污染物发生化学反应[8-9]。当前国内关于烟气预处理过滤芯对SO2吸附量文献及相关报道不多，但张慧丽等[10]对烟气预处理SO2吸附饱和时间进行了试验和探讨。本文通过选取3种型号烟气预处理过滤芯及其不同的组合方式，用7种不同浓度SO2标准气体通过过滤芯，通过对比各条件下实测得到的SO2浓度及吸附特性来分析确定最佳的过滤芯组合方式，降低了便携式烟气预处理中过滤芯对SO2的吸附量，提高了SO2检测的准确性。

2 实验

2.1 实验仪器及设备

烟气分析仪：ASP-3000，南京国电环保科技有限公司

便携式烟气预处理：PSS-5，德国M&C

过滤芯CLF-5：CLF-5，德国M&C，用于过滤烟气中的水分、气溶胶等杂质

过滤芯0.1µm：0.1µm，德国M&C，用于过滤烟气中的粒径0.1µm以内烟尘杂质

过滤芯2µm：2µm，德国M&C，用于过滤烟气中的粒径2µm以内烟尘杂质

SO2标气：高纯氮气、20ppm、40ppm、80ppm、99ppm、148ppm、199ppm、395ppm、1003ppm

2.2 实验方案

实验按7种标气浓度分成7块在实验室开展，每块实验相对独立。

每块实验分7种方式开展，内容具体如下：

将3种烟气预处理过滤芯组合成7种方式，即CLF-5+0.1µm+2µm、CLF-5+0.1µm、CLF-5+2µm、0.1µm+2µm、CLF-5、0.1µm、0.1µm，將这7种方式按前文顺序进行编号命名，即第一种方式、第二种方式、第三种方式、第四种方式、第五种方式、第六种方式、第七种方式。用ASP-3000烟气分析仪分别检测通过该7种组合方式过滤芯后SO2质量浓度。每种方式实验前、后用高纯氮气对所有对应组合方式的过滤芯进行吹扫。

2.3 实验过程质量控制

（1）将CLF-5、0.1µm、2µm过滤芯从PSS-5便携式烟气预处理中拆出，并改用最短距离的PTFE管连接，减小因预处理其它部件及管路的吸附损失。

（2）烟气分析仪标定前开机稳定预热40分钟，且实验期间全程开机，不断电。

（3）用高纯氮气和每种实验方式对应的SO2浓度标气对分析仪进行标定。

（4）实验过程中烟气分析仪流量稳定在2L/min。

（5）每种方式实验前、后均使用高纯氮气对对应使用的过滤芯进行吹扫，直至烟气分析仪示值小于0.2mg/m3。

3 结果与讨论

3.1 SO2吸附特性

按实验方案检测，SO2吸附值实验结果见表1，SO2吸附率实验结果见表2。

由表1可知，在同种过滤芯组合方式条件下，不同浓度SO2标气的吸附值无明显规律，且变化不大，不同过滤芯组合方式条件下，吸附最大和最小值的差值相对固定，范围为1.5-3.5mg/m3，因此，笔者认为每种过滤芯组合方式的SO2绝对吸附量有限，且相对固定;在同种标气浓度条件下，第一种方式的SO2吸附量最大，且沿着从第一种方式到第七种方式SO2吸附量逐渐变小，且规律明显，可以得出3种烟气预处理过滤芯中CLF-5过滤芯对SO2吸附性最大，0.1µm过滤芯对SO2吸附性次之，2µm过滤芯对SO2吸附性最小，且串接的过滤芯数量与SO2吸附性成正比。

由表2可知，在同种过滤芯组合方式条件下，随着浓度SO2标气浓度的升高，SO2的吸附率整体呈现下降趋势;在同种标气浓度条件下，第一种方式的SO2吸附率最大，且沿着从第一种方式到第七种方式SO2吸附率逐渐变小，且规律明显。因此可以得出，过滤芯对低浓度SO2吸附干扰较大，对高浓度SO2吸附干扰较小，CLF-5过滤芯对SO2吸附干扰最大，0.1µm过滤芯对SO2吸附性次之，2µm过滤芯对SO2吸附干扰最小。

3.2 便携式烟气预处理中过滤芯组合方式的选择

现场检测SO2浓度时烟气预处理中过滤芯组合方式选择应根据现场检测的烟气组份的特征、过滤芯自身特性以及过滤芯对SO2吸附特性综合来确定。滤芯组合方式的选择建议见表3。

在极端检测工况条件下，如烟尘浓度﹥30g/m3，SO2<35mg/m3时，可以考虑选择同型号过滤芯窜接的组合方式，如两只2µm过滤芯窜接的方式。

4结论

不同型号的烟气预处理过滤芯对烟气SO2浓度检测时的吸附性干扰不同，可通过实验来验证不同过滤芯对SO2的吸附量或吸附率;在选择烟气预处理中过滤芯组合方式时，应充分考虑所要检测烟气的特征状态、所用过滤芯的性能参数以及过滤芯对SO2吸附特性，也可在现场实际检测期间根据实测结果来灵活调整过滤芯组合方式，通过选择最优滤芯组合方式，降低烟气预处理中过滤芯对SO2的吸附量，提高SO2检测的准确性;本文没有开展多级相同型号过滤芯窜接时对SO2吸附特性研究实验。

参考文献

[1]中华人民共和国国家发展和改革委员会办公厅.燃煤节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）[Z].2014-09-12

[2]唐仲恺，段玖祥，刘涛等.某660MW燃煤机组烟气超低排放全流程性能试验研究[J].电力科技与环保，2020，37（5）：1-6.

[3]林源.便携式烟气预处理技术在比对监测中的应用[J].环境监控与预警2016，8（6）：37-39

[4]闻欣，张迪生，陆芝伟，等.二氧化硫测定过程中烟气预处理器适用范围研究[J].化学分析计量，2015，24（3）：30-32.

[5]王成敏.便攜式烟气预处理系统应用比对分析[J].环境科学导刊2017，36（4）：96-98

[6]朱泽军，李红亮，李峰，等.超低排放用便携式烟气分析仪采样预处理设备应用综述[J].分析仪器2019，（3）：8-13.

[7]朱泽军，李红亮，吉军凯，等.预处理装置在二氧化硫监测系统中的应用研究[J].中国资源综合利用2019，37（1）：17-19.

[8]HJ 1045-2019 固定污染源烟气（二氧化硫和氮氧化物）便携式紫外洗手法测量仪器技术要求及检测方法[S].

[9]HJ 76-2017 固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法[S].

[10]张慧丽，刘顺.SO2 NOX CO测定中饱和吸附处理[J].黑龙江环境通报2019，43（2）：40-41

作者简介：魏晗（1981-），男，江苏省南京市人，工程师，长期从事电力环境保护研究、烟气环保设备诊断、试验等工作。