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第 38 卷第 6 期2018 年 12 月江 西 冶 金JIANGXI METALLURGYVol。 38? No。 6December 2018 文章編號:1006 ̄2777(2018)06 ̄0043 ̄05焦?fàn)t煤氣中二氧化硫含量檢測方法的確定付志軍?傅凱文?溫穎星?張 強(qiáng)(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司?江西 新余 338001)摘 要: 根據(jù)新鋼煤氣組分含量?對焦?fàn)t煤氣中二氧化硫的檢測方法進(jìn)行了分析確認(rèn)?主要是針對非分散紅外吸收法和甲醛吸收法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比對探討?最終確認(rèn)甲醛緩沖溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法可運(yùn)用于焦?fàn)t煤氣中 SO 2 含量的測定? 運(yùn)用該法對焦?fàn)t煤氣的檢測下限為 0 05 mg/ m 3 ?檢測上限為 1 500 mg/ m 3 ?檢測范圍滿足生產(chǎn)需要?重復(fù)性誤差符合 GB/ T 15262—1994? 收稿日期:2018 -04 -12 作者簡介:付志軍(1972—)?男?江西新余人?高級工程師?從事化學(xué)分析及環(huán)境監(jiān)測研究工作?關(guān) 鍵 詞: 焦?fàn)t煤氣?二氧化硫?紅外吸收法?甲醛吸收法中圖分類號: O657。 3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: BTest Method Determination of Sulfur Dioxide Content in Coke Oven GasFu Zhijun?Fu Kaivin? Wen Yingxing? Zhang Qiang(Xinyu Iron & Steel Group Co。
? Ltd。 Xinyu 338001 Jiangxi? China)Abstract: The detection method of sulfur dioxide in coke oven gas is analyzed and confirmed according to the gas content inXinyu Steel。 It mainly discusses the non - dispersive infrared absorption method and formaldehyde absorption method for experimentalcomparison。 Finally? it is confirmed that the absorption of formaldehyde buffer solution - - pararosaniline hydrochloride spectrophoto ̄metric method could be applied to the determination of SO 2 content in coke oven gas。
The lower limit of detection for coke oven gas bythis method is 0 05mg / m 3 ? and the upper limit is 1?500 mg/ m 3 。 The detection range fully meets the production needs? and the re ̄peatability error comply with the requirements of GB/ T 15 262 -1994。Key words: coke oven gas?sulfur dioxide?infrared absorption method?formaldehyde absorption method0 前言隨著國家對鋼鐵企業(yè)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)的日益提高?燃燒后焦?fàn)t煤氣中有害氣體的排放越來越受到各界的關(guān)注? 檢測煤氣中的 SO 2 含量只能依照污染源環(huán)境監(jiān)測的方法來進(jìn)行摸索? 通過對焦?fàn)t煤氣含量成分進(jìn)行分析、比對檢測結(jié)果、排除干擾成分、優(yōu)化檢測方法等多種措施來進(jìn)行條件試驗(yàn)?最終確定了適合的焦?fàn)t煤氣中二氧化硫含量的檢測方法?焦?fàn)t煤氣主要以 CO?CO 2 ?H 2 ?CH 4 ?H 2 S?SO 2 ?NOx?N 2 ?O 2 的混合氣形式存在? [1] 從煤氣化學(xué)成分分析來看?其相比固定污染源廢氣成分更復(fù)雜? 固定污染源排氣中 SO 2 測定方法有定電位電解法、非分散紅外吸收法、碘量法?另外測定 SO 2 還有大氣中甲醛緩沖溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法?四種方法中定電位電解法和非分散紅外吸收法為儀器直讀?方便快捷? 所以傾向于用非分散紅外吸收法測定焦?fàn)t煤氣中的二氧化硫? 碘量法和甲醛吸收44 江 西 冶 金 2018 年 12 月法是手工分析方法?操作較繁瑣?一般作為備選方法? 而通過查找資料 [2] 得知?碘量法有硫化氫等還原物質(zhì)存在時(shí)?測定結(jié)果產(chǎn)生正誤差?雖然可以用乙酸鉛棉消除硫化氫的干擾?但從煤氣中的成分分析?H 2 S 的體積分?jǐn)?shù)時(shí)可達(dá)到 6%左右?根本無法消除它的干擾?因此本文不討論碘量法在煤氣中 SO 2測定中的運(yùn)用?本文重點(diǎn)研究非分散紅外吸收法 [3] 和甲醛吸收法 [4] 在煤氣中 SO 2 測定的運(yùn)用?通過條件試驗(yàn)和結(jié)果比對?確定合適的焦?fàn)t煤氣中二氧化硫的檢測方法?1 實(shí)驗(yàn)部分1。
1 儀器設(shè)備智能中流量 PM10 大氣綜合采樣器?型號:TH -150Z?武漢某公司生產(chǎn)?便攜 式 紅 外 煙 氣 綜 合 在 線 分 析 儀? 型 號:TH880V?武漢某公司生產(chǎn)?便攜式煙氣分析儀?型號:testo350?德國德圖儀器制造有限公司生產(chǎn)?紫外可見分光光度計(jì)?型號:TU -1810?北京某公司生產(chǎn)?智能恒溫水浴鍋?型號:HW?SY - P 北京某公司生產(chǎn)?1。 2 非分散紅外吸收法1。 2。 1 原理二氧化硫氣體在 6。 82 ~ 9 μm 波長紅外光譜具有選擇性吸收? 一束恒定波長為 7。 3 μm 的紅外光通過二氧化硫氣體時(shí)?其光通量的衰減與二氧化硫的濃度符合朗博比爾定律?1。 2。 2 儀器與主要試劑便攜紅外煙氣分析儀?采樣管及樣氣處理器?氮?dú)?二氧化硫標(biāo)氣?1。 3 甲醛緩沖溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法1。 3。 1 原理二氧化硫被甲醛緩沖溶液吸收后?生成穩(wěn)定的羥甲基磺酸加成化合物?在樣品溶液中加入氫氧化鈉使加成化合物分解?釋放出二氧化硫與副玫瑰苯胺、甲醛作用?生成紫紅色化合物?用分光光度計(jì)在577 nm 處進(jìn)行測定?1。 3。 2 儀器與主要試劑紫外可見分光光度計(jì)?智能恒溫水浴鍋?氫氧化鈉溶液?環(huán)乙二胺四乙酸二鈉溶液?甲醛緩沖吸收貯備液?甲醛緩沖吸收液?氨磺酸鈉溶液?2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2。
1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果2。 1。 1 采用非分散紅外吸收法測定 1)首先使用紅外煙氣分析儀分別對新鋼焦化廠老區(qū)、新區(qū)的荒煤氣與進(jìn)入一動力廠的煤氣?一鋼廠、二鋼廠轉(zhuǎn)爐煤氣、高爐混合煤氣、高焦混合煤氣共計(jì)8 個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行了為期4 天的采樣分析?檢測結(jié)果見表 1?從表 1 中可以看出?采用非分散紅外吸收法測定焦?fàn)t煤氣中的 SO 2 的質(zhì)量濃度結(jié)果在 5 411~5 714 mg/ m 3 ?2)紅外設(shè)備標(biāo)定? 在外出檢測前和檢測回到實(shí)驗(yàn)室后?都采用了標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)或復(fù)核儀器的檢測狀態(tài)?采用 SO 2 標(biāo)氣(質(zhì)量濃度 1 410 mg/ m 3 )?在干凈空氣中對儀器調(diào)零與含氧量的量程校準(zhǔn)?檢測出其質(zhì)量濃度為 1 407 mg/ m 3 ?數(shù)據(jù)非常接近? 校準(zhǔn)比對結(jié)果見圖 1?圖 1 標(biāo)準(zhǔn)氣體校準(zhǔn)紅外吸收分析儀的情況2。 1。 2 采用甲醛吸收鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法測定 利用甲醛吸收法在焦化廠老區(qū)荒煤氣、老區(qū)進(jìn)入一動力廠煤氣、新區(qū)荒煤氣、新區(qū)進(jìn)入一動力廠煤氣四個(gè)點(diǎn)平行采取了 3 組樣? 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析?荒煤氣中 SO 2 含量可能比凈化后進(jìn)入一動力廠的煤氣要高?因此在設(shè)定采樣方案時(shí)?荒煤氣的采樣流量設(shè)定為 0。
3 L/ min?采樣時(shí)間為 20 min?荒煤氣進(jìn)入一動力廠的采樣流量不變?采樣時(shí)間設(shè)定為 30 min?采樣控制圖見圖 2(a)?(b)?檢測結(jié)果見表 2?( a )采樣控制圖 ( b )室內(nèi)分析圖圖 2 甲醛吸收鹽酸副玫瑰苯胺法現(xiàn)場取樣及室內(nèi)分析圖第 38 卷第 6 期 付志軍?傅凱文?溫穎星?等:焦?fàn)t煤氣中二氧化硫含量檢測方法的確定 45 表 1 2018 年 8 個(gè)采樣點(diǎn)平均監(jiān)測數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)名稱采樣時(shí)間ρ (H 2 S) /mgm-3ρ (SO 2 ) /mgm-3ρ (NO) /mgm-3NOx/mgm-3φ (O) 2 /%φ (CO 2 ) /%φ (CO) /%φ (H 2 ) /%φ (CH 4 ) /%φ (N 2 ) /%老區(qū)荒煤氣1 月9—10 日5 995。88 5 448。00 241。60 369。70 0。32 2。47 6。10 60。28 24。27 6。12老區(qū)進(jìn)入一動力廠煤氣1 月9—10 日2 234。92 5 714。00 244。80 374。60 0。33 2。78 5。80 58。70 24。23 6。10新區(qū)荒煤氣1 月9—10 日2 003。
10 5 620。00 219。80 336。20 0。42 3。19 6。00 59。29 24。15 6。51新區(qū)進(jìn)入一動力廠煤氣1 月9—10 日860。83 5 411。00 243。70 372。90 0。76 3。56 6。10 58。61 24。23 6。148 萬氣柜出氣1 月11 日 未檢出 10。87 2。41 3。69 0。48 19。62 30。62 1。66 0。54 42。8712 萬氣柜出氣1 月11 日 1。17 5。72 0 0 0。29 17。70 47。16 1。97 0。56 29。34高爐混合煤氣1 月12 日 125。98 0 0 0 0。00 17。07 26。88 2。47 0。48 51。70焦?fàn)t高爐混合煤氣1 月12 日 2 244。25 4 376。00 190。40 291。30 0。23 6。47 6。50 55。51 24。07 4。96備注:1。 H 2 S?SO 2 ?NO?NOx?O 2 ?CO 2 的質(zhì)量濃度或體積分?jǐn)?shù)由檢測中心檢測報(bào)出結(jié)果?2。 CO?H 2 ?CH 4 ?N 2 的體積分?jǐn)?shù)由檢測中心向動力廠咨詢了解結(jié)果?表 2 甲醛吸收分光光度測定煤氣中 SO 2 的結(jié)果(n =3)檢測樣品檢測值/ mgm-3次 第二次 第三次 平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD) / %老區(qū)荒煤氣 1 號 2。
800 2。 000 2。 300 2。 400 16。 92老區(qū)進(jìn)入一動力廠煤氣 1 號 1。 800 1。 600 1。 600 1。 700 7。 21新區(qū)荒煤氣 1 號 2。 200 2。 600 2。 400 2。 400 8。 33新區(qū)進(jìn)入一動力廠煤氣 1 號 1。 600 1。 800 1。 800 1。 800 7。 86考核樣的質(zhì)量濃度/ mgL-10。 292 0。 289 0。293 0煤氣成分分析儀。 291 7。 29考核樣標(biāo)值編號: GSB07—3188—2014(206052)標(biāo)值:0。 290 mg/ L 不確定度:0。 016 從表 2 結(jié)果對比分析?采用甲醛吸收法測定煤氣中的 SO 2 含量?三次結(jié)果的重復(fù)性較好?相對標(biāo)準(zhǔn)偏差的為 16。 92%?最小為 7。 21%?對于小于3 mg/ m 3 的測定值均在國標(biāo)范圍內(nèi)? 但從結(jié)果分析卻發(fā)現(xiàn)?甲醛吸收法比非分散紅外光度要低很多?以焦?fàn)t煤氣為例?紅外法普遍在 5 000 mg/ m 3 左右?而甲醛法全部在 3 mg/ m 3 以下?2。 2 結(jié)果討論2。 2。 1 紅外吸收法與定電位電解法結(jié)果比對為探究兩類方法檢測結(jié)果的差異性?以及哪一種方法結(jié)果準(zhǔn)確?在實(shí)驗(yàn)期間?還采用了定電位電解法(采用德國德圖煙氣分析儀)?對焦化廠 1?2 號裝煤出焦除塵系統(tǒng)進(jìn)行 SO 2 跟蹤監(jiān)測?同步采用非分散紅外吸收法進(jìn)行比對分析? 總計(jì)比對了 11 組數(shù)據(jù)?結(jié)果見表 3?根據(jù) HJ 75—2007 規(guī)定:當(dāng)參比方法測定煙氣中二氧化硫、氮氧化物排放濃度不大于20 ×10-6 時(shí)?誤差不超過 ± 6 × 10-6 ?從 11 組比對數(shù)據(jù)可以看出?紅外吸收法與定電位電解法數(shù)據(jù)非常吻合?在規(guī)定的誤差范圍內(nèi)? 這說明紅外法所對應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備不存在設(shè)備缺陷的問題?2。
2。 2 紅外吸收法測定焦?fàn)t煤氣 SO 2 結(jié)果偏高的原因在排除了紅外監(jiān)測設(shè)備的問題后?對照非分散紅外吸收法的原理?詳細(xì)研究了焦?fàn)t煤氣中各組分對檢測結(jié)果的影響? 從表1 焦?fàn)t煤氣數(shù)據(jù)分析來看?老區(qū)與新區(qū)的 H 2 S 含量都很高?但隨著 H 2 S 含量的降低?SO 2 含量基本沒有變化?一直維持在5 500 mg/ m 3 ?46 江 西 冶 金 2018 年 12 月表 3 非分散紅外吸收法與定電位電解法監(jiān)測 SO 2 的體積分?jǐn)?shù)比對污染源 檢測方法 檢測結(jié)果/ ×10-61?2 號裝煤出 焦 除 塵系統(tǒng)非分散紅外吸收 1。 5 15。 6 8。 1 6。 2 2。 9 1。 0 4。 4 8。 9 2。 6 2。 1 1。 4定電位電解法 2。 0 14。 0 7。 0 7。 0 3。 0 1。 0 5。 0 9。 0 2。 0 2。 0 1。 0差值 0。 5 1。 6 1。 1 0。 8 0。 1 0。 0 0。 6 0。 1 0。 6 0。 1 0。4因此硫化氫不是干擾氣體? 焦化廠老區(qū)、新區(qū)與煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣的 CO 濃度很高?儀器檢測出焦化廠焦?fàn)t煤氣 SO 2 非常高?而轉(zhuǎn)爐煤氣 SO 2 非常低?兩者差距與焦?fàn)t煤氣中的檢測值一致?全部維持在 5 500mg/ m 3 ?因此從這方面來分析?CO 亦不是干擾氣體?從一動力廠了解到焦?fàn)t煤氣中 CH 4 的體積分?jǐn)?shù)約24%?轉(zhuǎn)爐煤氣中 CH 4 的體積分?jǐn)?shù)約 0 5%?而對比焦?fàn)t煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣以及焦?fàn)t和高爐混合氣中的SO 2 測定結(jié)果?發(fā)現(xiàn)只要 CH 4 含量高?則 SO 2 測定結(jié)果基本就是紅外監(jiān)測設(shè)備的上限值5 500 mg/ m 3 ?因此從檢測結(jié)果判斷出甲烷可能是 SO 2 檢測的一種重要干擾氣體?從非分散紅外吸收法原理來分析:二氧化硫氣體對紅外光譜具有選擇性吸收?尤其是在 6 85 ~9 μm? 采用相應(yīng)的檢測器?檢測紅外光譜在該段能量的變化?根據(jù)朗伯—比爾定律就可測定樣品中二氧化硫氣體的濃度? 通過查閱資料得知 [5] ?CH 4 分子具有 4 個(gè)固有的振動?相應(yīng)產(chǎn)生 4 個(gè)基頻?全部處于紅外波段? 它們的波長分別為 3 43μm?6 53μm?3 31μm?7 66 μm?而其中一個(gè)7煤氣成分分析儀。
66 μm 的波長就在二氧化硫吸收的范圍內(nèi)?因此 CH 4 也吸收紅外光?CH 4 的存在增加了能量的變化?導(dǎo)致 SO 2 濃度增加?2。 2。 3 甲醛吸收—鹽酸副玫瑰苯胺吸收法檢測結(jié)果的確認(rèn) 1)現(xiàn)場采樣情況分析? 甲醛吸收法原理是 SO 2被甲醛緩沖溶液吸收后?生成穩(wěn)定的羥基甲磺酸加成化合物? 在樣品溶液中加入氫氧化鈉使加成化合物分解?釋放出的 SO 2 與鹽酸副玫瑰苯胺、甲醛作用?生成紫色化合物? 根據(jù)顏色深淺?用分光光度計(jì)在 577 nm 處進(jìn)行測定? 從原理上看?采取的焦?fàn)t煤氣樣反應(yīng)后顏色非常淺?在顏色上根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以判斷出焦?fàn)t煤氣中 SO 2 濃度很低(具體見圖 3)?圖 3 甲醛吸收采集的焦?fàn)t煤氣中 SO 2 顯色圖 2)甲醛吸收法干擾氣體的排除? 從標(biāo)準(zhǔn)中查閱到?測定環(huán)境空氣中的 SO 2 干擾物為氮氧化物、臭氧及某些重金屬? 從焦?fàn)t煤氣化學(xué)成分分析可知?其中臭氧和重金屬離子沒有?不存在干擾?但是其中氮氧化物含量相對較高?在 300 mg/ m 3 左右?易產(chǎn)生正干擾? 為消除這種干擾?在檢測過程中加入了氨磺酸鈉? 通過干擾試驗(yàn)證明?加入氨磺酸鈉后?可消除 500 mg/ m 3 氮氧化物干擾? 另外從現(xiàn)場采樣情況也可直接看到?用來采樣的甲醛緩沖吸收液顏色較淡?含量基本處于較低位置? 3)標(biāo)準(zhǔn)氣體檢測結(jié)果的驗(yàn)證? 選擇了 3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體樣品?檢測到其組分中的 SO 2 比空氣中的高?與焦?fàn)t煤氣和固定污染外排廢氣的接近?按照甲醛吸收法進(jìn)行 SO 2 含量測定?測定結(jié)果見表 4?表 4 甲醛吸收法測定 3 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣體 SO 2 的結(jié)果標(biāo)氣編號標(biāo)準(zhǔn)氣體質(zhì)量—體積濃度/ mgm-3測定值/mgm-3差值/mgm-3CO NO N 2 SO 2 SO 2 SO 2GBW(E)15—11488 3 517 213 余氣 1 408 1 415 7GBW(E)17—07449 3 596 218 余氣 1 411 1 406 5GBW(E) 2 107 無 余氣 無 未檢出 0第 38 卷第 6 期 付志軍?傅凱文?溫穎星?等:焦?fàn)t煤氣中二氧化硫含量檢測方法的確定 47 從表4 明顯可以看出?采用甲醛吸收法檢測標(biāo)準(zhǔn)氣體中 SO 2 的結(jié)果非常準(zhǔn)確?且 NO 的體積質(zhì)量在200 mg/ m 3 以上對結(jié)果無影響? SO 2 0 ~1 500 mg/ m 3 ?結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)氣體的含量差都在國標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)?3 結(jié)論 根據(jù)以上的數(shù)據(jù)比對和各方面的分析?確定了非分散紅外吸收法由于 CH 4 的干擾不適用于測定焦?fàn)t煤氣中 SO 2 的檢測?采用甲醛緩沖溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法檢測焦?fàn)t煤氣中二氧化硫含量?其報(bào)出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確?為新鋼了解煤氣質(zhì)量、制定提升煤氣質(zhì)量技改方案提供了有力的數(shù)據(jù)參考依據(jù)?[ 參 考 文 獻(xiàn) ][1] 煉焦工業(yè)技術(shù)研究與集成[M]。
北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社。[2] 煙氣和廢氣監(jiān)測分析方法[M]。 北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社?2008:421 -423。[3] HJ 629—2011?固定污染源廢氣 二氧化硫的測定 非分散紅外吸收法[S]。[4] GB/ T 15262—1994?環(huán)境空氣 二氧化硫的測定 甲醛吸收 副玫瑰苯胺分光光度法[S]。[5] 張 宇?王一丁?李 黎?等。 甲烷紅外吸收光譜原理與處理技術(shù)分析[J]。 光譜學(xué)與光譜分析?2008?28(11):2 515 -2 519。(上接第 32 頁)2)刀片的定位以錐面定位?定位精度高?重復(fù)定位精度好?3)錐型定位槽因重復(fù)定位精度高?裝夾時(shí)可以有效保證刀片上平面與軋輥中心平面平行?沒有加工尺寸偏差?4)刀片裝夾時(shí)只需擰緊刀片壓板?即可防止刀片切孔型時(shí)將刀片拉出?在精加工時(shí)?要確保將孔型一次車削至要求尺寸?否則換刀加工時(shí)將產(chǎn)生重復(fù)定位誤差?影響加工精度?2。 3 設(shè)計(jì)軋輥車床專用扁頭套針對軋輥傳動端扁頭無法夾緊的問題?設(shè)計(jì)了軋輥車床專用扁頭套? 扁頭套的一頭將軋輥傳統(tǒng)端套入以傳遞扭矩?另一頭用軋輥車床的夾緊裝置卡爪進(jìn)行夾緊?這樣就使得軋輥車床在加工軋輥時(shí)具有較好的穩(wěn)定性? 扁頭套內(nèi)部尺寸主要根據(jù)軋輥扁頭的尺寸設(shè)定?將軋輥專用扁頭套套在軋輥傳動端扁頭上?一端用 M 20 mm 的螺栓固定?另一端由軋輥車床的卡盤卡爪固定即可?2。 4 開發(fā)鏡像、自動編程技術(shù)使用數(shù)控車床以仿形方式加工新輥孔型?尤其是在加工較大、較深的切分孔型時(shí)?機(jī)床走空刀的時(shí)間有時(shí)會大于吃刀時(shí)間?加工效率低? 為此?開發(fā)了自動編程軟件?以限。。。
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