火電廠煙氣中SO3的檢測技術(shù)及應(yīng)用
0 引言
目前火電廠SO2的大量排放造成了嚴(yán)重的大氣環(huán)境和酸雨污染,。SO3的排放量雖然很少，但由于SO3極易與煙氣中的水蒸氣結(jié)合形成硫酸蒸汽,，在壁溫低于酸露點(diǎn)的受熱面上凝結(jié),，造成酸露點(diǎn)腐蝕。煙氣中SO3,，含量愈多,，酸露點(diǎn)溫度越高，腐蝕范圍越廣也越嚴(yán)重,。近年來我國越來越多的電廠安裝了濕法煙氣脫硫,，由于濕法脫硫后凈煙氣的濕度較大，煙氣中殘存的SO3極易快速轉(zhuǎn)化為硫酸霧滴,，對煙道和下游設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕,。
為針對性的解決酸露點(diǎn)腐蝕問題，電廠需要了解煙氣中SO3的濃度,，目前尚未發(fā)現(xiàn)煙氣分析儀具有測定SO3含量這項(xiàng)功能,，這主要是由于SO3在傳輸?shù)絻x器測量終端過程中會以硫酸蒸汽或硫酸霧的形式凝結(jié)或粘附在傳輸管道上，導(dǎo)致采樣誤差和對儀器的強(qiáng)烈腐蝕,。
本研究提供了一種測試煙氣中SO3的方法和采樣裝置,，已應(yīng)用于20多套煙氣脫硫裝置的性能測試中，具有采樣安全可靠,、分析結(jié)果準(zhǔn)確,、測定快速、操作簡便的優(yōu)點(diǎn),。
1 煙氣中SO3的測試方法
1．1 煙氣中SO3的采樣
1．1．1 采樣裝置
圖1為SO3采樣裝置,，其原理是在真空泵的抽吸作用下，利用煙氣在螺旋管中產(chǎn)生的離心力將呈霧狀的SO3收集于螺旋管內(nèi),，以備分析,。
SO3采樣裝置包括除塵頭、采樣管,、螺旋收集管和抽吸機(jī)構(gòu)4個部分,，其中除塵頭通過螺紋接頭安裝在采樣管的人口端，采樣管出口與螺旋收集管進(jìn)口用硅膠管連接,，螺旋收集管出口與抽吸機(jī)構(gòu)用橡膠管相連,。
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圖1 煙氣中SO3的采樣裝置
除塵頭前端裝有脫脂棉并用鐵絲固定,，脫脂棉是為了防止灰塵進(jìn)入螺旋收集管中影響后續(xù)化學(xué)分析。除塵頭與螺紋接頭的連接處要用密封膠帶密封,，以防止煙氣泄漏,。
采樣管由內(nèi)管、恒溫電熱帶和外管構(gòu)成,，恒溫電熱帶處于內(nèi)管與外管之間并包裹在內(nèi)管上,，由溫度控制器進(jìn)行恒溫加熱，防止采樣過程中煙氣中的酸性氣體因溫度降低凝結(jié)在內(nèi)管中,，避免采樣誤差和對采樣管的腐蝕,。
抽吸機(jī)構(gòu)由第一洗氣瓶、真空泵,、第二洗氣瓶和濕式氣表依次通過橡膠管連接而成。第一洗氣瓶與真空泵之間裝有氣流調(diào)節(jié)閥,，用于開始采樣時逐步增加煙氣抽吸速度以保護(hù)濕式氣表,；濕式氣表用于計量所采集的煙氣體積；兩個洗氣瓶分別起二級冷凝作用,，將熱煙氣中的水分冷凝收集于洗氣瓶中,，降低煙氣含水量，使得煙氣中的腐蝕性氣體無法滯留于真空
泵和濕式氣表中避免腐蝕儀表,。
1．1．2 采樣
檢查抽吸機(jī)構(gòu)氣密性,，確認(rèn)不漏氣；將螺旋收集管出口與抽吸機(jī)構(gòu)連接后,，再將其入口端與采樣管連接,；使螺旋收集管水浴加熱，開啟恒溫電熱帶電源預(yù)熱5～10min,。
將采樣管插入煙道中部的采樣孔內(nèi),，用法蘭盤固定；開啟真空泵,，打開氣流調(diào)節(jié)閥,，將真空泵抽吸速度調(diào)至最大，開始采樣,，并記錄氣表溫度t和采樣開始時濕式氣表的起始讀數(shù)V1,；當(dāng)采集到300L煙氣時，關(guān)閉真空泵,，停止采樣,，記錄氣表終止讀數(shù)V2，得到采集的煙,；氣量V=V2-V1,；取下螺旋收集管,，用一段硅膠管連接螺旋收集管的人13和出口端，防止SO3外泄,，以備分析,。
重復(fù)以上步驟，在同一采樣點(diǎn)共采集不同時刻的3個樣品,，測定結(jié)果為其平均值,。
1．2 S03含量的分析
1．2．1 SO42-樣品溶液制備
向螺旋收集管中加入蒸餾水沖洗3～5次全部轉(zhuǎn)至250mL容量瓶，定容,、搖勻作為樣品溶液,。
1．2．2 配制和標(biāo)定0.005mol/L乙酸鋇溶液
向1L容量瓶中加入1.1g乙酸鋇(Ba(CH3COO)2·H20)、0.4g乙酸鉛(Pb(CH3C00)2·
3H20),，再加入800mL異丙醇和3mL乙酸(含量﹥99％)搖勻,，加入100mL蒸餾水搖10min加速固體溶解，定容到1L,，定置20～24h,。滴定前用已知準(zhǔn)確濃度的硫酸溶液按1.2.3中的方法標(biāo)定乙酸鋇溶液的準(zhǔn)確濃度，記為CBa2+,。
1．2．3 SO42-樣品濃度分析
用移液管準(zhǔn)確移取10mLSO42-樣品溶液于錐形瓶中,，加入40mL異丙醇、lmL乙酸和3～5滴偶氮胂一Ⅲ指示劑(2mg/L)搖勻,，此時溶液呈現(xiàn)玫瑰紅色,。用預(yù)先標(biāo)定好的乙酸鋇溶液滴定SO42-樣品溶液至紫藍(lán)色且1min內(nèi)不再變色為滴定終點(diǎn)，記錄消耗的乙酸鋇溶液體積a,。
用蒸餾水替代SO42-樣品溶液做空白實(shí)驗(yàn),，消耗乙酸鋇溶液體積b。
1．3 SO3含量的計算
煙氣中的SO3含量的計算按下式計算,。
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C——SO3的含量,，體積分?jǐn)?shù)；
a——滴定樣品液所消耗的乙酸鋇溶液的體積,，mL,；
b——滴定空白液所消耗的乙酸鋇溶液的體積，mL,；
CBa2+——乙酸鋇溶液的標(biāo)定濃度,，mol/L；
V0——滴定時移取的樣品溶液體積,，mL,；
V——采集的煙氣量，L,；
t——濕式氣表溫度,，℃,；
Pa——大氣壓，kPa,；
Pm——濕式氣表壓力,，kPa；
Pv——溫度t時水的飽和蒸汽壓,，kPa,。
公式中濕式氣表壓力Pm是煙氣抽吸速度較快時在氣表內(nèi)部形成的壓力，測定SO3時,，一般取值0.1kPa,，Pv是氣表中的水在溫度t時的飽和蒸汽壓，可根據(jù)對應(yīng)溫度查得,。
2 應(yīng)用舉例
表1為某燃煤電廠脫硫前煙氣中SO3的測定數(shù)據(jù)及結(jié)果(大氣壓在101．32kPa,；乙酸鋇濃度為0．00569mol／L。在同一采樣點(diǎn)采集不同時刻的3個樣品,，分別得到S0,，濃度(體積分?jǐn)?shù))為22．8×10-6、20．9×10-6,、l9．2×10-6，求平均值即得到煙氣中SO3含量為21．0×10-6,。
表1某燃煤電廠煙氣中S03測定數(shù)據(jù)及結(jié)果
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3 討論
（1）采樣管前端必須安裝除塵頭,，以過濾掉煙氣中的灰塵和其他雜質(zhì)，防止影響化學(xué)分析時顯色反應(yīng)的靈敏性及消耗滴定溶液造成測定偏差,。
（2）配制和標(biāo)定乙酸鋇溶液,、分析SO42-樣品濃度時，加入的異丙醇與被滴定溶液的體積比應(yīng)為4∶1,。這是因?yàn)榕嫉?Ⅲ指示劑只有在80％的異丙醇弱酸溶液中與鋇離子生成紫藍(lán)色絡(luò)合物[1]以指示滴定終點(diǎn),。此處的的弱酸環(huán)境由乙酸與乙酸鋇溶液產(chǎn)生的pH≥3的緩沖溶液提供，pH低于3時,，偶氮胂-Ⅲ中的鋇離子為游離狀態(tài),，會造成終點(diǎn)指示不準(zhǔn)確。
（3）SO42-的質(zhì)量濃度在0.01～0.5mg/mL時適合滴定,。如果煙氣中S03含量較高,，制得的SO42-樣品溶液濃度高于此值，應(yīng)適當(dāng)稀釋后滴定,；如果質(zhì)量濃度太低(<0.05mg/L)則必須用微型滴定管滴定,，或者蒸發(fā)濃縮樣品溶液后再滴定。
（4）配制乙酸鋇溶液時加入少許乙酸鉛,，這是因?yàn)镾O42-與Pb2+,、Ba2+的混合液能形成更穩(wěn)定的復(fù)鹽沉淀,，降低BaS04沉淀在水中的溶解度，使滴定終點(diǎn)更準(zhǔn)確,。此外應(yīng)緩慢滴定并劇烈搖動被滴定液,，防止BaSO4中吸留和包裹SO42-、Ba2+,，引起滴定誤差,。
4 結(jié)論
針對目前煙氣分析儀沒有測試S03濃度的實(shí)際現(xiàn)狀，提出了檢測燃煤煙氣中S03的方法和裝置,，該方法能準(zhǔn)確,、可靠、快速的測定煙氣中S03的含量,，彌補(bǔ)了國內(nèi)煙氣S03檢測技術(shù)的空白,，目前該技術(shù)已在20多套煙氣脫硫裝置性能測試中成功應(yīng)用。
煙氣中S03含量的準(zhǔn)確測定,，為電廠根據(jù)S03含量大小采取針對性的煙道及其他設(shè)備的防腐蝕措施提供了依據(jù),，避免了傳統(tǒng)工藝中依靠提高排煙溫度減少酸露點(diǎn)腐蝕而造成大量熱源浪費(fèi)。
參考文獻(xiàn)
[1] 潘理黎,，浮建軍．偶氮胂－Ⅲ與Ba2+的顯色反應(yīng)及其應(yīng)用．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,，2003，20(2)：87-90
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