便携式烟气预处理滤芯对SO2吸附特征分析研究

魏 晗，朱法华，段玖祥，唐仲恺，王新培，刘广祥，田原润

(1.国能南京电力试验研究有限公司，江苏 南京 210023；2.国家能源集团科学技术研究院有限公司，江苏 南京 210023)

1 引言

随着火电行业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浓度下降明显，基本达到SO2超低排放限值35mg/m3以下，部分达到超低排放限值的20%以下[2]，甚至出现SO2检测值几乎为零的情况[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浓度检测的技术水平和质量控制提出了更高要求[6]。

关于SO2气体吸附特性研究，国内报道多见于活性炭及改性活性炭在不同条件下对SO2气体吸附性的研究和探讨[7-15]。陆靓燕等[16]研究了火电厂粉煤灰对SO2气体吸附性，得出不同吸附温度、吸附质浓度和气体流量时粉煤灰对SO2气体吸附性规律。张守玉[17]及彭思毅[18]研究了活性焦对SO2气体吸附特性，得出活性焦对SO2气体吸附性优于活性炭。同类报道还见于碳纤维、沸石、硅基介孔材料对SO2气体吸附性研究[19-22]。

便携式烟气预处理系统中加装滤芯是烟气SO2浓度检测时对烟气进行预处理常见手段之一[23]，试验发现，滤芯对SO2有一定吸附性干扰作用，且不同类型滤芯对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滤芯对SO2吸附量暂无明确具体数值表述，仅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[24-25]，国内烟气预处理滤芯对SO2吸附量的相关报道较少。本文通过选取3种型号烟气预处理滤芯及其不同的组合方式，选取7种不同浓度SO2标准气体通滤芯，实测不同条件下SO2浓度及吸附特性来分析确定最佳的滤芯组合方式，以降低便携式烟气预处理中滤芯对SO2的吸附量，提高SO2检测的准确性。

2 实验

2.1 实验仪器、设备及标气

实验仪器及设备如表1所示，实验标准气体如表2所示。

表1 实验仪器及设备

表2 实验标准气体

2.2 实验方案

实验按7种标气浓度分成7组在实验室开展，每组实验相对独立。

每组实验分7种方式开展，内容具体如下：

将3种烟气预处理滤芯组合成7种方式，即CLF-5+0.1μm+2μm、CLF-5+0.1μm、CLF-5+2μm、0.1μm+2μm、CLF-5、0.1μm、2μm，将这7种方式按上述顺序进行编号命名，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滤芯进行吹扫。

2.3 实验过程质量控制

(1)将CLF-5、0.1μm、2μm滤芯从PSS-5便携式烟气预处理中拆出，并改用总长度不超过50cm的PTFE材质管连接，减小由预处理时其他部件及管路带来的吸附损失。

(2)烟气分析仪标定前开机稳定预热40min，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，保持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滤芯进行吹扫，直至烟气分析仪示值小于0.2mg/m3。

(6)试验分析仪器采用示值误差、零点漂移和量程漂移均优于《固定污染源废气 二氧化硫的测定 便携式紫外吸收法》(HJ1131-2020)标准要求的ASP-3000烟气分析仪[26]。

2.4 实验结果计算

SO2吸附值按公式(1)计算，SO2吸附率按公式(2)计算。

X1=A-B

(1)

(2)

式中：X1为SO2吸附值，mg/m3；A为SO2标气值，mg/m3；B为SO2检测值，mg/m3；X2为SO2吸附率，%。

3 结果与讨论

3.1 SO2吸附值实验结果

按实验方案检测，SO2吸附值结果如表3所示。

表3 SO2吸附值实验结果

由表3可知，在同种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，且变化值不大；不同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1.5～3.7mg/m3，因此，各种滤芯组合方式的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，规律明显；从第五种方式、第六种方式、第七种方式的吸附值来看，3种烟气预处理滤芯中CLF-5滤芯对SO2吸附性最大，0.1μm滤芯对SO2吸附性次之，2μm滤芯对SO2吸附性最小，结合文中表1得出过滤精度高的滤芯对SO2吸附性大，过滤精度低的滤芯对SO2吸附性小；从第一种方式的吸附值与第五种方式、第六种方式、第七种方式的吸附值加和比较来看，从第一种方式的吸附值均大于第五种方式、第六种方式、第七种方式的吸附值加和，即3种烟气预处理滤芯(2μm滤芯、0.1μm滤芯和CLF-5滤芯)串接后对SO2吸附性产生一定的协同效应；从第一种方式至第七种方式整体吸附值情况来看，串接的滤芯数量与SO2吸附性成正向关系。

3.2 SO2吸附率实验结果

按实验方案检测，SO2吸附率实验结果如表4所示。由表4可知，在同种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，且依次从第一种方式到第七种方式SO2吸附率逐渐变小，规律明显。因此可以得出，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滤芯对SO2吸附干扰最大，0.1μm滤芯对SO2吸附性次之，2μm滤芯对SO2吸附干扰最小。

表4 SO2吸附率实验结果

3.3 便携式烟气预处理中滤芯组合方式的选择

现场检测SO2浓度时，烟气预处理中滤芯组合方式选择应根据火电厂现场检测的位置、烟气组分的特征、滤芯自身特性以及滤芯对SO2吸附特性综合来确定，如表5所示。

表5 滤芯组合方式的选择

当现场检测位置在除尘器入口时，此时颗粒物浓度和SO2浓度均较高，为保证后续预处理及烟气分析仪的准确性和使用寿命，应尽量选择0.1μm滤芯与2μm滤芯串联来过滤颗粒物。此外，由表4可知滤芯对高浓度SO2吸附干扰较小，因此此种条件下建议滤芯组合方式选择第一种方式或第四种方式；当现场检测位置在除尘器出口或脱硫入口时，此时颗粒物浓度已较低，SO2浓度仍然较高，此时对颗粒物的过滤方式选择应着重考虑0.1μm滤芯，同样考虑滤芯对高浓度SO2吸附干扰较小，因此此种条件下建议滤芯组合方式选择第一种方式、第二种方式、第四种方式或第六种方式；当现场检测位置在脱硫出口或湿除入口时，此时颗粒物浓度和SO2浓度均较低，颗粒物的过滤方式选择应着重考虑0.1μm滤芯，而滤芯对低浓度SO2吸附干扰较大，因此此种条件下建议滤芯组合方式选择第四种方式或第六种方式；当现场检测位置在湿除出口或超低排放口时，此时SO2吸附率应着重关注，此种条件下建议滤芯组合方式选择第七种方式。

4 结论

(1)在同种滤芯组合方式条件下，SO2浓度越高，SO2吸附率越低，滤芯对低浓度SO2吸附干扰越小；SO2浓度越低，SO2吸附率越高，滤芯对低浓度SO2吸附干扰较越高。

(2)在同种标气浓度条件下，滤芯组合方式中第一种方式的SO2吸附率最大，且依次从第一种方式到第七种方式SO2吸附率逐渐变小，规律明显。

(3)CLF-5滤芯对SO2吸附干扰最大，0.1μm滤芯对SO2吸附性次之，2μm滤芯对SO2吸附干扰最小。

(4)在选择烟气预处理中滤芯组合方式时，应充分考虑所要检测烟气的位置、烟气的特征状态、所用滤芯的性能参数以及滤芯对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，降低烟气预处理中滤芯对SO2的吸附量，进而提高SO2检测的准确性。