SO2浓度（精选3篇）
SO2浓度 篇1
0 前言
近些年由于燃烧排放废气对周围环境的影响变得日益严峻, 使得对工业污染源和大气的监测变得越来越重要。SO2气体是工业排放到大气环境中的主要污染物之一, 它使城市的空气污染不断加剧, 不仅造成重大经济损失, 还对人类的身体健康产生了很大的影响。世界上很多国家为减少SO2对环境的污染而制定了十分严格的排放标准, 在此基础上, SO2浓度的准确测量就成为控制并治理环境污染的必要前提[1]。
在这种情况下, 我们提出了一种新的SO2浓度评价方法, SO2在300 nm附近吸收光谱变化非常强烈, 而锅炉所排放的其他污染气体在这个光谱范围内吸收相对较小, 我们正是利用了SO2这个特性对其浓度进行计算, 避免了其他污染气体对SO2 浓度测量的影响, 从而提高了测量的准确性。我们建立了SO2浓度测量实验台, 进行了标定实验。通过实验室和现场得到的实验结果证明了应用该方法对SO2浓度测量的可行性, 为新的SO2浓度监测仪器的开发提供了重要的理论依据。
1 实验原理
每一种气体元素在特定波长范围内都存在特征吸收谱, 本文所研究的SO2气体在紫外区域同样有明显的吸收线[2,3,4,5], 图1展示了SO2气体在温度为298 K时的吸收光谱的大小。从图中可以看出, SO2气体在270～315 nm范围内尤其是在280～310 nm之间吸收非常强烈, 所以我们选择这个波长范围来研究SO2浓度的测量方法。
根据Beer-Lambert定律, 当紫外光通过装有一定浓度的SO2气体之后, 入射光强I0 (λi) 和出射光强I (λi) 之间的比值可以用下面的公式表述
I (λi) /I0 (λi) =exp (-Cσ0 (λi) L) (1)
式中 I0 (λi) —波长λi处的入射光辐射强度;
I (λi) —波长λi处的透射光辐射强度;
σ0 (λi) —波长λi处的吸收截面, molecule/cm2;
C—待测气体的浓度, mol/cm3;
L—吸收光程的长度, cm。
在上面公式中, 我们可以把吸收截面σ0 (λi) 分解为宽带吸收截面σundefined (λi) 和差分吸收截面Δσ0 (λi) 两部分, 由此, 公式 (1) 可以写成下面的形式
-CΔσ0 (λi) L=ln (I (λi) /P (λi) ) (2)
在公式 (2) 中参量P (λi) =I0 (λi) exp (-Cσundefined (λi) L) , 它可以通过处理实际的透射光谱得到。通过上面的公式, 我们很容易得出了SO2浓度与相关的光学参量的关系。徐峰等人曾利用双色方法来研究SO2的浓度[6], 并实现了连续的测量, 但是由于他在实验过程中只采用了两个波长处的数据, 这就使电子噪声对测量实验的影响比较大。为了避免这种现象的发生, 我们选取了一定波长范围内的几百个点进行了叠加, 使噪声信号相互抵消, 在最大程度上提高了SO2的测量精度, 由此我们得到最终的浓度测量公式
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从公式中我们可以看出, SO2浓度的得出是综合了多个波长λi处的光谱处理值, 由此使得实验数据更加精确。
2 实验仪器设计
SO2浓度测量实验装置如图2所示:一个功率为30 W, 使用寿命大约为2000 h的氘灯作为光源, 发射波长为200-400 nm的紫外光。光束经过焦距为75 mm的石英透镜变成平行光, 并通过固定长度的样品池, 样品池中装有标准浓度的SO2气体, 通过样品池的光经石英透镜汇聚到一个连接着高分辨率的光栅光谱仪 (HR2000+) 的多模光纤中, 光谱仪光谱范围210-312 nm, 分辨率为0.1 nm。光谱仪中的光谱数据被传到计算机中, 由基于本文的处理方法编写的程序进行实时地处理, 最后得到SO2的浓度数据。
在实验过程中, 为了保证样品测量池中能够充入标准浓度的SO2气体, 我们采用真空泵装置将样品池抽真空, 使其内部气压小于100 Pa, 充入高于1个标准大气压的气体, 在实验过程中, 这个步骤被重复3到4次, 以保证样品池内其他气体分子的量达到最小, 最后将气体池内的SO2气体放至一个标准大气压, 这时样品池内气体和标准气体的浓度可以看做是相同的。
3 实验室以及现场SO2测量
在实验室中我们建立气体浓度与光谱处理值之间的关系时, 所使用的SO2气体是处于一个大气压并且是常温不变的状态。一般情况下, 压力的变化可以引起气体吸收谱线的碰撞展宽[7], 但是它的微小变化并不会影响到气体的光谱处理值, 因此不会影响SO2的浓度测量值。由于Doppler effect 效应的存在温度也是影响吸收光谱线形的因素之一, 所以在实验室建立浓度和光谱处理值之间的关系时, 需要在固定的温度下进行。至于温度的变化对SO2浓度测量的影响徐峰等人在其文章中有相关的论述[8]。在实验室中, 我们通过组合不同标准浓度的SO2气体得到了相应的光谱处理值, 并建立了他们之间的关系, 从而得到了SO2浓度的测量公式。
为了验证我们所提出的SO2浓度测量方法的正确性, 在实验室中我们选取了一个标准浓度为96.5 ppm的SO2气体在室温下进行了将近5 h的测量, 采用的光路长度为35 cm。测量实验装置和图2类似, 共得到了900多个浓度数据点, 如图3所示, 从实验结果来看, 对于96.5 ppm的SO2气体, 其均方根偏差小于1 ppm, 这说明我们的测量精度在1%以内。
与徐峰等人提出的双色测量技术相比, 利用多波长方法对SO2浓度测量在精度方面提高了一倍, 同时具有了更低的探测限。因为在测量过程中一直存在着电子噪声的影响, 而它又是不依据浓度大小而随机产生的, 当采用两个波长处的辐射强度值进行比较时, 由于电子噪声存在, 使二者的比值波动范围很大, 从而影响了测量精度;而通过采用多个波长进行处理时, 噪声信号在不同波长处影响相互抵消, 获得了很高的信噪比, 测量稳定性得到了改善, 精度也相应得到了提高。
一般的, 对于气体测量技术, 实验室环境和现场环境是有很大区别的, 现场条件包括温度湿度以及被测对象浓度的剧烈变化都对测量仪器的稳定性提出了更高的要求。因此, 在现场环境下对测量技术的适用性进行研究是十分必要的, 我们对山东某电厂的一台170t/h的循环流化床锅炉的SO2排放浓度进行了连续8天的现场监测 (2009.09.17～2009.09.24) , 实验过程中采用了跨烟道直接测量的方法, 结果如图4所示, 在每一个测量周期内, 我们都得到了几千甚至上万个浓度测量数据。从图中我们可以直观地得到浓度随时间的变化规律, 并可以依据SO2的排放特性来判断煤的含硫量以及脱硫效率的变化并进行实时的调整。除此之外, 通过我们所得到的浓度数据以及其他的相关参量包括烟气流量和给煤量等, 我们可以进一步得出该台锅炉总的年SO2排放量以及排放系数, 从而为污染气体排污费的征收提供了理论依据。
4 结论
本次研究证实了利用紫外吸收光谱对SO2污染气体浓度测量的可行性, 我们用氘灯作为紫外光源, 利用SO2气体在300 nm附近200多个波长处的吸收光谱来评价它的浓度, 实验测量结果和实际的SO2浓度值非常接近。此外, 该数据处理方法大大削弱了电子噪声对SO2吸收光谱的影响, 提高了浓度测量的精度。为了验证仪器在现场条件下工作的可靠性, 我们还对锅炉实际排放的SO2浓度进行了监测, 测量数据的顺利得到证明了该方法的稳定性, 可以对电厂排放SO2进行长期而又精确的测量。
参考文献
[1]刘建国, 刘文清, 魏庆农.环境监测技术及其发展方向[J].光电子技术与信息.2001, 14 (2) :7-12.
[2]张时良, 周杰, 陈晓虎.SO2紫外吸收截面温变规律实验研究[J].浙江大学学报.2007, 41 (2) :219-332.
[3]吴桢, 等.差分吸收光谱技术中吸收截面的测量[J].仪器仪表学报.2004, 25 (4) :470-472.
[4]郑朝晖, 等.烟道SO2浓度的紫外差分吸收光谱法测量研究[J].光电子.激光.2000, 11 (6) :613-616.
[5]陈军, 等.排放监测技术中光谱测量新方法的实验研究[J].锅炉技术.2006, 37 (6) :64-69.
[6]F.Xu, Z.Lv, Y.G.Zhang, G.Somesfalean, Z.G.Zhang.Concentration evaluation method using broadband absorp-tion spectroscopy for sulfur dioxide monitoring.Appl.Phys.Lett.2006, 88:231 109 1-3.
[7]周杰, 陈晓虎.200~240nm区域下压力对SO2吸收截面影响研究[J].浙江大学学报.2006, 40 (6) :947-950.
[8]F.Xu, Y.G.Zhang, G.Somesfalean, Z.G.Zhang, H.S.Wang, and S.H.Wu.Temperature-Corrected Spectroscopic E-valuation Method for Gas Concentration Monitoring.Appl.Phys.B.2007, 86 (2) :361-364.
SO2浓度 篇2
基于统计量的差分吸收光谱烟气SO2浓度反算方法
摘要：提出了一种基于统计量的差分吸收光谱SO2浓度反算方法,利用差分吸收度标准差的`大小表征SO2浓度的高低.使用主元素分析(principle component analysis,PCA)方法对差分吸收光谱进行处理,将处理结果、信号相关度与标准差结合为综合统计量,用于反算SO2的浓度.该方法应用于光程为0.3 m的烟气浓度在线监测系统,其SO2浓度测量的量程为0～5 800 mg・m-3.对系统进行了非线性标定,反算浓度的满量程误差不超过0.7%FS,在没有气体的情况下测量数值为-4.54 mg・m-3. 作者： 刘斌[1]孙长库[1]张弛[1]赵玉梅[2]刘俊平[2] Author： LIU Bin[1]SUN Chang-ku[1]ZHANG Chi[1]ZHAO Yu-mei[2]LIU Jun-ping[2] 作者单位： 天津大学,精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津,300072天津市蓝宇科工贸有限公司,天津,300384 期 刊： 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 年，卷(期)： 2011,31(1) 分类号： X831 关键词： 差分吸收光谱 浓度反算 统计量 主元素分析 烟气监测 机标分类号： X92 X75 机标关键词： 统计量差分吸收光谱烟气浓度SO2反算方法BasedAbsorption Spectroscopy在线监测系统标准差主元素分析信号相关度非线性标定浓度测量满量程处理结果analysis下测量吸收度综合误差 基金项目： 新世纪优秀人才支持计划项目资助
SO2浓度 篇3
国家目前对火电厂二氧化硫排放实行差别收费政策。按照排放标准中的限值来控制二氧化硫排放浓度, 能降低火电厂脱硫系统的运行成本, 但需缴纳过多的排污费用。降低二氧化硫排放, 能有效减少排污费用的缴纳, 但增加了脱硫系统的运行成本。
本文通过实验分析, 建立了我公司二氧化硫排放量与脱硫系统物耗之间的对应关系, 进而分析脱硫系统运行的经济性问题。实验结果表明, 在低负荷运行条件下, 将二氧化硫排放量降低至标准的50%能够有效降低排污与脱硫系统运营的总耗费, 进而提高脱硫系统运行的经济性。
2 背景
据国家发展改革委、财政部、环保部联合下发的文件《关于调整排污费征收标准等有关问题的通知》 (发改价格[2014]2008号) 第三条:“实行差别收费政策, 建立约束激励机制。企业污染物排放浓度值低于国家或地方规定的污染物排放限值50%以上的, 减半征收排污费。”
河南省发展改革委、财政厅、环保厅于2015年3月17日下发文件《关于调整我省排污费征收标准有关问题的通知》 (豫发改收费[2015]256号) , 落实差别排污收费政策, 第二条第4项:企业污染物排放浓度值低于国家或地方规定的污染物排放限值50%以上的, 减半征收排污费。
《火电厂大气污染物排放标准 (GB13223-2011) 》中规定的各项气态污染物排放浓度限值如表1所示。
根据公司排放实际情况, 烟尘排放浓度长期维持在13mg/Nm3, 无需优化即可享受排污费减半政策, 氮氧化物排放浓度均值80mg/Nm3, 距离限值50%差距较远, 实现的难度较大。二氧化硫排放浓度在110mg/Nm3左右, 有一定优化空间。现对二氧化硫排放浓度降至限值50%的经济性分析如下:经过配煤掺烧, 入炉煤硫分常年维持在0.8%左右, 在不改变入炉煤硫分的前提下, 分析机组负荷在30×104k W, 45×104k W, 60×104k W时, 比较能耗的增加与排污费的减少量。在分析脱硫系统运行状态的过程中, 忽略人工、耗水量、脱水皮带等物耗成本, 主要增加的能耗指标为石灰石耗量, 湿式球磨机耗电量、循环浆液泵耗电量, 目前公司石灰石采购价格112元/吨 (含税) , 厂用电成本0.355元/k W·h。
3 火电厂二氧化硫排放现状
经过配煤掺烧, 入炉煤硫分在0.8%左右, 调取2015年11月5日、11月10日、11月9日, 该机组平均发电负荷分别为30×104k W、45×104k W, 60×104k W时, SO2的排放浓度以及对应的物料消耗如表2所示。
该机组在不同负荷下石灰石耗量、耗电量、以及物耗费用如图1所示。
4 排放浓度调整实验
保持入炉煤硫分在0.8%左右, 调取2015年11月18日、11月23日、2月3日, #1机组平均发电负荷分别为30×104k W、45×104k W、60×104k W时, SO2的排放浓度以及对应的物料消耗如表3所示。
排放浓度调整前后SO2排污费与物耗费用差额表如表4所示。
5 结论与建议
(1) 在入炉煤硫分0.8%, 300MW负荷时, 物耗费用无明显上升, 排污费减半后, 每日共节省费用3350元, 每月可节省费用10.05万元。 (2) 在入炉煤硫分0.8%, 450MW负荷时, 物耗费用明显上升, 排污费减半后, 每日物耗费用增加350元, 每月增加物耗费用1.05万元。 (3) 在入炉煤硫分0.8%, 600MW负荷时, 物耗费用明显上升, 排污费减半后, 每日物耗费用增加10420元, 每月增加物耗费用31.26万元。 (4) 450MW负荷作为临界点, 当平均负荷率低于75%时, 机组可维持SO2排放浓度低于100mg/m3, 利于机组的经济化运行。在当前火力发电企业负荷率普遍不高的情况下, 具有一定的指导意义。
摘要：国家目前对火电厂二氧化硫排放实行差别收费政策。按照排放标准中的限值来进行二氧化硫排放, 能降低火电厂脱硫系统的运行成本, 但需缴纳过多的排污费用。降低二氧化硫排放, 能有效减少排污费用的缴纳, 但增加了脱硫系统的运行成本。本文通过实验分析, 建立了我公司二氧化硫排放量与脱硫系统物耗之间的对应关系, 进而分析脱硫系统运行的经济性问题。实验结果表明, 在低负荷运行条件下, 将二氧化硫排放量降低至标准的50%能够有效降低排污与脱硫系统运营的总耗费, 进而提高脱硫系统运行的经济性。
关键词：二氧化硫,排放浓度,经济性,火电厂
参考文献
[1]发改价格[2014]2008号关于调整排污费征收标准等有关问题的通知[S].
[2]豫发改收费[2015]256号关于调整我省排污费征收标准有关问题的通知[S].