四方仪器|红外气体分析器在SO2气体监测中的应用

　　随着工业的发展，煤、油、天然气等能源的大量使用，锅炉排放SO2对大气环境造成严重的污染，是造成酸雨的主要原因之一，也是我国近几年污染源减排和总量控制的重要指标。近年来，国家环保部门强壮剂要求火电等行业实施脱硫后排放，加大对工业企业生产过程中污染物SO2的排放监管力度，但SO2的排放超量现象依然是一个严峻的问题。

　　一、SO2监测方法

　　如何准确的测定SO2的排放浓度，是计算SO2排放总量的基础，现行的测定方法主要有碘量法、甲醛缓冲溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法、溶液电导率法、定电位电解法和非分散红外吸收法。前三种方法测定比较繁琐，当前常用的监测仪器主要是基于定点位电解法和非分散红外吸收法。

　　1、定电位电解法

　　其主要原理是SO2气体在传感器的电解槽内发生氧化还原反应，通过产生的扩散电流确定SO2浓度。

　　2、非分散红外吸收法

　　其主要原理是SO2气体在6.82~9μm波长红外光谱具有选择性吸收，一束恒定波长为7.3μm的红外光通过SO2气体时，其光通量的衰减与二氧化硫的浓度符合朗伯-比尔定律。

　　二、SO2监测的影响因素

　　研究表明，温度、负压、干扰气体均会影响SO2的监测结果，其中干扰气体主要有HF、H2S、NH3、NO2、CO等，其中CO对SO2监测结果的干扰Zda。

　　关于CO气体对SO2传感器的干扰，国外研究中指出，在300ppm(375mg/m3)CO标气作用下，SO2输出“交叉干扰”值5ppm(14mg/m3)。但在固定污染源排放的烟气中，CO的含量往往大于375mg/m3、甚至远远大于375mg/m3。

　　从检测数据中可以看出，有的CO浓度超过10000mg/m3，这种情况下，由于CO的存在导致SO2传感器显示的浓度比实际值增加，无法忽略不计。CO与SO2在检测过程中的对比图如下：

图1.CO与SO2在检测过程中的对比图

　　从对比图可以看出CO对SO2浓度测试的影响值是正值，影响率在3%左右。一般情况下，有燃烧过程的烟道排气中都含有不同浓度的CO气体，并随着工况的改变而改变。比如，锅炉在正常情况下，CO的浓度值差别也很大，所以对SO2的干扰程度也不同。表2为几种不同浓度的CO气体对SO2传感器的干扰数值。

表1.CO对SO2示值的干扰

　　三、不同浓度CO对SO2测定值的影响

　　分别采用两种测量方法的分析仪器，配置50、200、800、2000和2500mg/m3的CO气体，与不同浓度的SO2标准气体混合进行检测，测量结果如表2、表3、表4、表5所示。

表2、不同测量方法废气显示浓度（CO浓度为50mg/m3）

表3、不同测量方法废气显示浓度（CO浓度为200mg/m3）

表4、不同测量方法废气显示浓度（CO浓度为800mg/m3）

表5、不同测量方法废气显示浓度（CO浓度为2500mg/m3）

　　根据以上分析，可以得出以下结论：

　　1）在锅炉废气测定过程中，由于CO气体的存在，使得定电位电解法对SO2的测定结果偏高；

　　2）在相同浓度的CO气体情况下，SO2气体浓度越低测定结果受影响越大；

　　3）在相同浓度的SO2气体情况下，CO浓度越高对SO2测定结果影响越大；

　　4）在应用监测过程中，遇到高浓度CO气体存在的情况下，应采用非分散红外吸收法原理的监测仪器；不能使用定电位电解法的监测仪器，防止因CO气体的存在导致监测结果失真。

　　四、非分散红外吸收法检测SO2的应用

图2.各种气体组分的红外吸收光谱图

　　由上图可知，CO的红外吸收波长在4.6μm附近，而SO2的红外吸收波长在7.3μm附近,采用非分散红外吸收法检测SO2时，烟气中的CO对SO2干扰较小，满足工业过程极ng确监测的需求。

　　非分光红外吸收法(NDIR)根据其核心部件红外传感器根据应用特点的不同，又可分为双光束、微流、微音器等不同类型，而在固定污染源监测系统中被大量使用的是微流红外传感器，如四方仪器自控系统有限公司研发生产的低量程在线型烟气分析仪Gasboard-3000Plus就采用了微流红外气体分析技术。

　　微流红外气体分析技术基于红外吸收光谱特性，以及非单元素的极性气体分子在中红外(2.5～25μm)波段存在着分子振动能级的基频吸收谱线原理，利用SO2对红外光的吸收特性，首先在相互连通的双层结构气室中填充SO2等气体，使得前后气室吸收特定的红外光后发生差异性膨胀，并在连通的前后气室中会产生十分微小的流动，然后通过一个高精度的微流量气体传感器进行检测，由于红外光源是交替调制的，所以微流量作为一个交流电压信号，经处理后可准确测量并显示出SO2的体积浓度。

图4.微流红外气体传感器的三维图

　　此外，Gasboard-3000Plus采用隔半气室设计，由测量室与参考气室组成。隔半气室设计让参考气室与测量气室共用一个光源和传感器，即使测量环境变化影响了基准零点，检测仪器仍可感知这个变化量，从而降低了环境变化对测量结果的影响，减小零点漂移；同时也消除了CO对SO2测量结果的影响，准确度更高。

图5.隔半气室设计原理

　　五、结语

　　SO2气体监测方法多种多样，每种方法都有自己的优缺点。随着社会对环境污染的重视，气体分析技术得到了快速的发展。而在烟气在线监测领域，更多地向着多参数、智能化、高精度及高稳定性方向发展，提高气体分析仪器的灵敏度和精度，以实现对污染源更加极ng确的监测。