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定电位电解法测定烟气中二氧化硫影响因素分析
【摘要】：目前，对燃煤锅炉气二氧化硫浓度的测定主要采用定电位电解法来完成。它的主要工作原理是：二氧化硫气体在传感器的电解槽内发生氧化还原反应，并且二氧化硫的浓度由产生的扩散电流来进行确定，虽然该种方法很简单、很便捷，但是它的准确度却受到多种因素的影响，比如湿度、负压、二氧化氮、一氧化碳等都对其造成干扰。本论文就影响定电位电解方法准确度的众多因素进行全面的、系统化分析与研究，也对测定过程中需要注意的环节做了简要的介绍说明。
【关键词】：二氧化硫；定电位电解法；燃煤锅炉气；湿度；负压
1、工作原理介绍
定电位电解传感器的主要组成部分包括：电解槽、电解液、以及电极三个部分，而传感器的三个电极被分为参比电极、对电极、以及敏感电极。
传感器的大致工作情况为：首先，被测的气体通过进气孔的渗透扩散膜，然后不断扩散到敏感电极的表面，被测气体就在敏感电极、电解液、以及对电极之间发生氧化反应。由于参比电极主要为电解液中的相关工作电极提供稳定的、恒定的电化学电位，所以参比电极在传感器中不会暴露到被测气体之中。
工作电极、对电极、以及参比电极，它们被称为气体扩散电极。其主要由疏水性非常强的透气膜、以及导电性也非常好的催化模构成。透气膜的角色就是为被测气体通过一个进气的通道，但是它为了阻止电解池内的电解液往外泄以及电解池外的水渗入到电解池中，因此，它是一层多孔、并且疏水性也非常强的塑料薄膜。催化膜，它主要是由催化剂以及导电微粒组成，且这种导电微粒对气体的吸附性能非常的好。其作用主要表现为：让被测气体很容易的就可以和电解液接触，然后通过催化剂的相互作用，快速的发生电化学反应，并且对反应的电荷采用某种特定方式进行收集。电解液，它除了是三个电极之间的导体之外，同时也是电池的重要组成成分，它既可以是酸性溶液也可以是碱性溶液，它需要与气体扩散电极形成非常良好的电极反应，从而产生电化学反应且也不会出现气体干扰的现象。
2、测定过程中的影响因素及解决办法
本论文主要从湿度、干扰气体、以及负压等三个方面，来分析二氧化硫测定过程中的影响因素。
2.1 湿度对二氧化硫测定的影响
二氧化硫，它是一种易溶水的气体，在常温常压下，一体积的水可以溶解四十体积的二氧化硫，在温度为0的时候，能够溶解八十体积的二氧化硫。可见，二氧化硫既有物理溶解，同时又具有化学溶解的因子。
通常情况下，不采用湿法脱硫的燃煤锅炉烟气的含湿量低于2.9%，而采用湿法脱硫之后的燃煤锅炉烟气的含湿量高于5%，假如脱硫设备在进行脱水的时候表现不好，那么烟气的含湿量就可以达到11%。若对这种高含湿量的燃煤锅炉烟气进行取样，在温度下跌超过露点温度的时候，取样管路就会产生冷凝水并且吸收一部分锅炉烟气当中的二氧化硫，这样就会导致进入传感器的二氧化硫的浓度过低，就会使测定结果不准确、或者出现负偏差。另外，被测气体的水分在渗透膜的表面很容易出现凝结的现象，这样就对其透气性造成影响，从而使得被测的组分在工作电极上面不能够进行完全的扩散，这样测定出来的结果必然出现负偏差，影响测定的真实性。
处理办法：采样管，它应该具有加热预冷凝的相关功能，比如，我们经常在现场检测所采用的加热冷凝除湿枪，它的前半部分就是加热套管，它能够使水气完全汽化，然后通过快速的冷凝并且使水气之间完全分离，然后把收集到的冷凝水拿去倒掉并把干的气体放进仪器。并且，在测定的时候要尽最大努力的缩短采样管、仪器之间的距离，这样就可以把误差减少到最小。另外，我们在进行测定的时候，要保证采样管内没有冷凝水，这样可提高测定的准确度。
2.2 负压对二氧化硫的测定影响
通常，我们在现场进行监测时，当燃煤锅炉的烟道气体压力达到一定的负值的时候，它就会出现监测值偏低的现象。通过分析得知其可能是由2个原因造成的，一是气路负压比正常工作的仪器要低，这样就可能造成流量下滑，并且也降低了二氧化硫进入电解池的流率等情况；二是气路压力过低，这样就会使电解池渗透膜出现问题，并且其两侧出现严重负压的状态，使得进入电解池的二氧化硫的流率大大减少了，在这样的情况下直接导致输出信号偏低。
处理办法：如果采用流量发生变化，其必然影响测试仪器的准确性。因此，我们在测试过程中，应该随时关注采样流量的变化，这样才能够保证仪器的采用流量和标定流量是一致的，如果负压增加到2.4kpa的时候，监测的相对误差就要高于4.9%。如果负压2.4kpa是监测的临界压力，这时如燃煤锅炉的烟道负压高于2.4kpa，就要考虑采用采样前置抽气泵，这样才能消除负压；或者更换测定的点位，在锅炉增压风机后端选取点位进行取样测试。
2.3 干扰气体对二氧化硫测试的影响
定点位电解法，它主要是根据二氧化硫的特定电位来制造二氧化硫传感器。而传感器设置的渗透膜，它的最主要作用就是防止电解液受到相关的污染，从而影响电解电位之间发生变化，由于渗透膜对某些与二氧化硫分子直径相接近的气体分子不能够进行阻挡，若在烟气中，这些分子与二氧化硫共存的时候，它就会不断穿透渗透膜，然后进入电解槽，如果这些物质的电解电位和二氧化硫的电解电位相接近的时候，它们就会发生电解，从而造成一种正干扰，如二氧化氮、一氧化碳等。当它们与电解液发生反应的时候，就会造成二氧化硫的电解电位发生变化，对传感器造成损伤，比如h2s等。
处理办法：对固定污染源中的气态污染物，如二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳等都是必测因子，所以，在相关的仪器中都会装相应的传感器来对二氧化氮、一氧化碳等产生的干扰提供补偿等，采用这种办法就可以减少二氧化硫的测定误差。对所有新购置的定电位电解法测试仪器，都应该先进行二氧化氮、一氧化碳的干扰实验，这样才可以确定一氧化碳、二氧化氮的临界浓度值。
3、结论
通过对定电位电解法测定烟气中二氧化硫影响因素的分析，我们得出如下结论：
在现场进行相关的测试，采样管要具有加热预冷凝的功能；在测试的过程中，要随时关注采样流量的相关变化；另外，在测试过程中，对于某些气体干扰，要通过烟气的预处理装置、以及计算临界浓度来对结果进行修正，这样就可以保证测定数据的正确性。
参考文献：
[1]刘文凯.极大负压条件下定电位电解法测定二氧化硫.干旱环境监测，2001.
[2] 谢鑫，柏松等.定电位电解法测定烟气中二氧化硫的干扰问题及解决方法.环境监控与预警，2011.
[3]薛强.电化学仪器在污染源烟气监测中存在的问题及解决的方法.环境研究与监测，2007.
