定电位电解法测定锅炉烟气的要点

冯丽芳，陈文斌，王远

（1.陕西云筑检测技术有限公司，陕西 西安 710077；2.国检控股集团陕西京诚检测有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

随着国家工业的发展和人民生活水平的提高，锅炉在生产生活中的作用日益显著，同时锅炉燃烧过程中的污染问题也逐渐被人们关注，特别是早期以煤为燃料的锅炉，存在燃烧效率不高、能耗大、污染严重等问题。在意识到这一系列的问题后，国家出台了一系列规划、行动计划、部门规范等文件，鼓励生产生活中锅炉进行技术改造，包括技术提升、燃料转型等，同时也明确了使用锅炉产生烟气中的各项污染因子的监测。根据生态环境部2014 年发布的锅炉大气污染物排放标准，锅炉燃烧使用的燃料不同，燃烧过程中烟气产生的污染物也会有差异。对于燃煤、燃油和燃气锅炉，颗粒物、二氧化硫、氧化氮等都属于污染因子，同时燃煤锅炉应增加污染因子汞及其化合物。目前，国家发布的锅炉烟气SO2和NOx的监测方法有紫外吸收法、红外吸收法、化学发光法、分光光度法、酸碱滴定法、定电位电解法等方法。本文主要说明锅炉现场监测指标SO2和NOx的定电位电解法监测时的注意事项。

1 锅炉的定义

利用燃料（包括煤、油、气等）燃烧释放的热能或其他热能加热热水或其他介质，用来生产规定温度、压力和品质的蒸汽、热水的设备，是一种能量转换设备。锅炉的基本组成为汽锅和炉子。炉子主要用于燃料的燃烧，汽锅则作为加热热水或其他介质的容器。

2 定电位电解法的测定原理

锅炉烟气经过除尘和脱水，进入烟尘（气） 测试仪的传感器发生电化学反应。在一定的条件下，传感器输出的电流大小与烟气污染因子的浓度成正比，仪器通过测量传感器的电流可计算出烟气污染因子的瞬时浓度；同时，可根据检测到的烟气排放参数（流速、含湿量、烟温等）计算烟气的排放量。

注：传感器由电解槽、电解液和三种电极组成，三种电极为敏感电极、参比电极和对电极。

3 测定过程中的干扰与消除

3.1 SO2 的干扰以及消除

烟气中的水分和SO3对SO2监测的干扰详见标准HJ 57—2017 5.1。

CO 对SO2监测的干扰最为显著，测定烟气时须同时测定CO 的浓度。烟气中CO 超过某一浓度值，可能会导致SO2的监测结果偏离。如图1 和图2 所示。其中图1 为锅炉未充分燃烧导致CO 偏高的状态，图2为锅炉燃料充分燃烧的状态。

图1 有CO 干扰

图2 无CO 干扰

一般情况下，CO 的干扰浓度由设备厂家在设备出厂时提供，如图3 的YQ3000-D 烟尘（气） 测试仪的CO 干扰试验报告。从中可以看出，CO 浓度大于4 000 μmol/mol 时，该设备不能进行SO2的监测。

图3 YQ3000-D 烟尘（气）测试仪的CO 干扰试验报告

图1 的SO2的浓度达到754 mg/m3，正常无烟煤的SO2浓度都不会如此高，燃气锅炉的SO2浓度更是以未检出（检出限3 mg/m3）居多。分析图1 的监测数据，含氧量偏小（1.2%），SO2异常大，CO 很高（5 976 mg/m3）。究其原因，可判断为锅炉未充分燃烧造成。定电位电解法中，CO 对SO2为正干扰状态，SO2浓度偏高由CO偏高造成。此时，不宜进行现场采样工作，应将取样管立即从烟道取出，放置在空气中清洗管路及传感器，同时核实工况，要求企业将锅炉运行负荷调至正常状态再进行监测。工况的核实可参考本文5.3。

图2 为企业锅炉调整后的数据，此时的含氧量3.9%，SO2未检出（检出限3 mg/m3），CO 未检出（检出限3 mg/m3），NOx结果53 mg/m3。监测结果正常。

3.2 NOx 的干扰以及消除

测定烟气时，烟气中颗粒物和水分对NOx监测的干扰详见标准HJ 693—2014 5。

4 仪器技术指标要求

4.1 仪器

YQ3000-D 烟尘（气） 测试仪（生产厂家：青岛明华电子仪器有限公司）及配件。

4.2 标准对于仪器的性能要求

标准对于仪器的性能要求如表1 所示。

表1 标准对于仪器的性能要求

5 烟气SO2 和NOx 的监测过程

5.1 仪器标定

采样前应对烟尘（气）测试仪的烟尘和烟气部分进行核查或标定。烟气视检测因子而定，分别用对应标气对传感器进行核查，要求示值误差不大于±5%。否则，需按照标准值与仪器示值，重新计算新倍率（新倍率=标准值/仪器示值×原倍率），对仪器进行标定，标定后切记需要再次通入不同浓度的标气，进行多点核查，示值要求同上，直至不同浓度的标气示值误差都满足要求为止。烟气流量可用电子流量计或皂膜流量计进行核查，标准对于流量误差未做要求，一般小于5%。

5.2 现场监测条件核查

现场监测前，应及时对现场监测条件进行核实。如：开孔位置是否选在垂直管道，是否满足上3 下6的要求；孔口的内径是否满足标准对于气态污染物监测的要求；监测平台是否安全，且能够满足监测人员操作的需求。具体的可参考标准HJ/T 397—2007 5。

监测时，采样管前端置于采样点后，应将采样孔密封，不能出现漏气现象。

5.3 工况核查

现场采样前，首先要对锅炉运行工况进行核查，标准HJ 373—2007 5.3 中，对于工况核查给出了几种方法，包括风量核定法、SO2排放量核定法、NOx排放量核定法、烟尘量核定法、燃煤量核定法、热工仪表核定法。在此，介绍一种快速核查现场工况的方法-耗气量法。

耗气量法：旧制热值单位为大卡（kcal），现在用焦耳（J）。

60×104kcal=1 t/h=7 MW。

0.7 MW 的热水锅炉=1 t/h 的蒸汽锅炉。

700 kW×3 600 s=2 520 000 kJ，目前市面天然气的发热中位值为：8 400 kcal。

8 400 kcal=8 400×4.186 8=35 145.6 kJ/m3。

流量：2 520 000÷35 145.6=71.7 m3/h。

根据以上计算公式可知，0.7 MW 的热水锅炉和1 t/h 的蒸汽锅炉一小时的耗气量约为71.7m3（100%负荷）。

以上耗气量计算为根据天然气发热中位值计算得出，该方法可在现场进行快速核查工况，节省时间成本。目前所有的燃气锅炉均配有工况表，也就是天然气流量计，根据锅炉实时的耗气量与基准耗气量进行比较，可得出当前锅炉的运行负荷，进而判断锅炉是否处于正常燃烧状态。

5.4 监测数据选用

SO2和NOx监测时，仪器应设置为按照分钟保存数据，同时监测结果取5～15 min 平均值作为一次的监测结果。

锅炉大气污染物排放标准对于锅炉烟气SO2和NOx的浓度限值一般以折算浓度确定。因此，监测结果应根据锅炉的燃料类型选择不同的基准含氧量进行折算，选用折算浓度与排放限值进行比较，并给出合格与否的结论。

注：基准氧含量（O2/%）：煤9；油和气：3.5。

6 质量控制要求

（1） 人员持证上岗。（2） 场所环境满足监测要求。（3） 仪器设备：①定期送检检定/校准，结果满足使用要求；②对设备传感器进行维护并定期更换；③监测前后对设备进行气密性检查；④监测前后对设备的示值误差和系统偏差进行检查；⑤每月一次对设备的零点漂移和量程漂移进行检查。

7 采样过程中的异常情况及处理

7.1 监测时遇到高湿排气筒，监测数据异常小

监测时遇到高湿排气筒，监测数据异常小，甚至有时候NOx低于检出限（3 mg/m3）。

首先，看到NOx监测结果低于检出限（3 mg/m3）时，应意识到这是异常数据。这种情况应特别注意工况（流速，含湿量，烟温，采样嘴等）的监测。排烟温度较高时，NOx会受到一定的影响，同时温度超出烟枪的耐高温度，烟枪也会损坏。同时，水汽进入传感器，也会导致设备传感器失效。此时，需要在采样前连接烟气预处理器，严格按照标准要求进行加热同时采样。

7.2 含氧量较高

含氧量较高（大于10%），NOx结果很小。

根据5.3 选择合适的方式进行工况核查，若锅炉运行负荷满足监测要求，可判断此种含氧量较高为锅炉给风偏大导致。正常情况每燃烧1 m3的天然气需要10～14 m3的空气，（高海拔地区空气的需要量会适当增大，主要根据空气的含氧量进行计算）。给风量较大，除所需正常燃烧后，其余的氧气则通过排气筒直排，导致监测过程中含氧量较大，多余氧量则会稀释污染物的浓度，导致污染物浓度降低。因此，在含氧量较高时，应特别关注给风量。

7.3 含氧量偏大

含氧量偏大，CO 偏大，SO2偏大，NOx偏小。

此时，CO 浓度未达到干扰最大值，但较正常情况偏大（>150 mg/m3），这种情况属于非正常燃烧，可通过核查运行工况进行验证并处理。验证方式：增大运行工况。若遇到锅炉压力到达设定值或者回水温度到达设定温度，则无法继续监测，此时，蒸汽锅炉可通过泄压，热水锅炉可通过排掉热水方式处理后继续监测，但会增加企业的运行成本。根据目前锅炉检测的经验以及不同工况下的CO 浓度得出，CO 的浓度在150 mg/m3以下为正常状态。

7.4 风量异常大

风量异常大，含氧量为21%，其他数据全部为零。

首先确保仪器使用前的核查无误，另外排查企业的排风管道，是否存在人为增风情况，管道旁路是否存在鼓风机等。这种情况相对来说较少，但由于此种方式属于人为稀释污染物浓度，应引起足够的重视。现场监测中可能会存在各种异常情况，对于现场监测人员来说，要具备发现异常情况的能力，更应具备解决问题的能力。这样，得到的数据才能经得起检查和推敲。

8 结语

锅炉使用过程中产生的烟气也对大气环境造成了一定的污染。因此，应通过监测了解锅炉运行产生烟气的具体污染情况。作为监测人员，如何获取准确的监测数据是最主要的任务。对于监测人员，除了掌握丰富的理论知识，具备熟练的设备操作能力，同时应具有较强的现场应变能力和问题处理能力，在保证人员安全和监测数据质量的同时，降低生产成本，提高生产效率。