工业锅炉排放烟气污染检测的颗粒物与二氧化硫测定

工业锅炉是工业生产与供热的核心能源设备，但燃烧过程中排放的颗粒物（烟尘、粉尘）与二氧化硫（SO₂）是大气污染的重要来源——颗粒物会引发呼吸系统疾病、加重雾霾，SO₂则是酸雨与二次颗粒物（如硫酸盐）的主要成因。准确测定这两类污染物的排放浓度，是企业落实环保法规、监管部门精准执法及污染治理技术迭代的基础。本文围绕工业锅炉烟气中颗粒物与SO₂的测定，从采样准备、方法实操到质量控制，拆解关键环节的具体要求。

测定前的采样准备：精准度的前提

采样是测定的第一步，其合理性直接影响结果可靠性。首先需确定采样位置：应选烟道直管段（避开弯头、变径、阀门），且直管段长度需满足“前3后1”原则（采样点前直管段≥3倍烟道直径，后≥1倍），确保烟气流动稳定。若无法满足，需按烟道直径增加采样点——直径≤0.3m设1个，0.3-0.6m设2个（对称分布），＞0.6m设4个（四分点分布）。

采样点确定后，需用皮托管测烟气流速，计算等速采样流量——等速是颗粒物测定的核心要求，即采样枪吸气速度需与烟气流速一致（误差±5%内），否则会因“过捕集”或“漏捕集”导致结果偏差。例如，烟气流速为10m/s，采样枪内径为8mm，则等速流量约为16L/min（计算公式：Q=0.0471×d²×v，d为采样枪内径（mm），v为烟气流速（m/s））。

仪器准备需细致：烟气采样器需用皂膜流量计校准流量（误差≤±2%）；颗粒物采样枪需检查气密性（堵住枪口，流量应降至0）；定电位电解法SO₂分析仪需提前预热30分钟，并用零气（纯净空气）与标准气（如100mg/m³ SO₂）校准零点与跨度。同时，锅炉需在额定负荷75%以上稳定运行30分钟，避免工况波动影响污染物浓度。

颗粒物测定：重量法的实操细节

颗粒物测定以GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定》的重量法为金标准。操作核心是“等速采样+滤筒称重”。采样时，将预处理后的滤筒（玻璃纤维滤筒需在400℃马弗炉灼烧1小时除杂质，空白值≤0.5mg）装入采样枪，按计算的等速流量启动采样器，全程监控流量——若流量波动超过±5%，需重新采样。

采样结束后，滤筒需立即放入干燥器（硅胶干燥）中干燥2小时，冷却至室温后用万分之一天平称重；再次干燥1小时、冷却后称重，两次误差≤0.1mg方为有效。计算时需将采样体积换算为标准状态干体积（0℃、101.325kPa），公式为：Vnd=V×(273/(273+t))×(P-Pb)/101.325（V为采样体积，t为烟气温度，P为大气压，Pb为烟气含湿量对应的饱和水蒸气压力）。

实操中需注意：采样枪插入烟道时要缓慢，避免碰撞内壁导致滤筒破损；高湿度烟气需给采样枪加热至120℃以上，防止水分冷凝增重；含挥发性有机物（VOCs）的烟气，需延长干燥时间（至4小时），避免VOCs冷凝影响重量。

SO₂测定：两种主流方法的选择与操作

SO₂测定常用定电位电解法（HJ 57-2017）与碘量法（GB/T 16157-1996）。定电位电解法是现场快速检测的首选，原理是SO₂在电解池内氧化产生电流，电流与浓度成正比。操作时，采样管需加热至120℃以上（防止SO₂溶于冷凝水），烟气经滤尘后进入分析仪——每次使用前需用零气校准零点，用标准气校准跨度（如100mg/m³ SO₂的显示值需在95-105mg/m³之间）。

定电位电解法的干扰需针对性消除：O₃用活性炭过滤器去除，NO₂用化学过滤器（如浸渍NaOH的活性炭）去除，水分通过加热采样管解决。该方法适用于日常监管，优点是便携、快速（10分钟出结果），但需注意传感器寿命（一般2-3年需更换）。

碘量法是实验室精准分析的方法，原理是SO₂被氨基磺酸铵-硫酸吸收液吸收后，用碘标准溶液滴定（淀粉作指示剂，蓝色不褪为终点）。操作时，用多孔玻板吸收管采集烟气（流量0.5L/min，时间30-60分钟），吸收液需加氨基磺酸铵（消除NO₂干扰）。滴定前需做空白试验（用未采样的吸收液滴定），计算时扣除空白体积。

碘量法的优势是准确（相对误差≤±2%），适用于仲裁或方法验证，但操作繁琐——需配制标准溶液、标定滴定液，且采样后需尽快分析（吸收液中的SO₂易被氧化）。

干扰因素的排查与消除

颗粒物测定的主要干扰是水分与VOCs：水分会使滤筒增重偏大，需用冷凝法测含湿量（收集烟气冷凝水，计算水分占比）；VOCs会冷凝在滤筒上，需将采样枪加热至120℃以上，使VOCs保持气态。

SO₂测定的干扰更多：NO₂会与吸收液反应生成硝酸，用氨基磺酸铵消除；O₃会氧化SO₂，用碘化钾过滤器去除；颗粒物会堵塞采样管，用玻璃纤维滤膜过滤；烟道负压会影响流量，需加压力补偿装置（负压＞5kPa时使用）。

此外，温度波动会影响气体体积，需实时监测烟气温度，将采样体积换算为标准状态；烟道内的腐蚀性气体（如HCl）会损坏传感器，定电位电解法仪器需选用抗腐蚀传感器。

质量控制：从采样到分析的闭环

采样环节需做平行样：同一采样点采2个平行样，颗粒物相对偏差≤10%，SO₂≤5%，否则重采。空白样：未采样的滤筒/吸收管需随样品一起处理，空白值需符合方法要求（滤筒空白≤0.5mg，吸收液空白滴定体积≤0.1ml）。

仪器校准：烟气采样器每季度校准1次，流量误差≤±2%；定电位电解法仪器每次使用前用标准气校准，跨度误差≤±5%；碘量法滴定液需用SO₂标准溶液校准（每批1次），浓度误差≤±1%。

分析环节需做回收率试验：向吸收液中加已知量SO₂标准溶液（如10μg），回收率需在90%-110%之间。数据记录要完整：包括采样时间、锅炉负荷、烟气参数（温度、压力、含湿量）、仪器校准记录、滤筒重量、滴定体积等，确保数据可追溯。

特殊工况的应对策略

低浓度排放（如燃气锅炉，颗粒物≤10mg/m³）：颗粒物需增加采样体积（从10m³增至20m³），降低检测下限（从0.5mg/m³降至0.25mg/m³）；SO₂用高灵敏度分析仪（检测下限≤1mg/m³），或增加吸收液体积（从10ml增至20ml）。

高湿度烟气（如燃油锅炉，含湿量≥20%）：采样管加热至140℃以上，防止水分冷凝；颗粒物采样枪加冷凝水收集瓶，避免水分进入滤筒；SO₂吸收液增加硫酸浓度（从0.05mol/L增至0.1mol/L），防止稀释。

高粉尘烟气（如燃煤锅炉，颗粒物≥100mg/m³）：选高容量滤筒（1L陶瓷纤维滤筒），避免堵塞；降低采样流量（从0.5L/min降至0.3L/min），延长采样时间；SO₂采样管加高密度滤膜（0.3μm聚四氟乙烯），防止粉尘进入分析仪。