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便攜式煙氣分析儀的應(yīng)用探討(上)

來源:北京康高特儀器設(shè)備有限公司 發(fā)布時間:2016-03-16 17:31:41 作者: 瀏覽次數(shù):2935次 分類:技術(shù)文章

       隨著我國對大氣污染防治的力度逐年加大,在國內(nèi)已經(jīng)逐漸建立起對污染物的排放監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),連續(xù)污染物排放監(jiān)測系統(tǒng)CEMS系統(tǒng)的安裝總數(shù)也接近兩萬套。如何有效保證監(jiān)測系統(tǒng)的可靠運行,監(jiān)測數(shù)據(jù)真實有效成為了環(huán)保和監(jiān)測部門的重要關(guān)注點。

       煙氣分析儀大量應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)的比對和校驗,以保證監(jiān)測結(jié)果的可靠性。實際的應(yīng)用中大多數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)采用了非分光紅外原理的氣體分析方法,但便攜式的煙氣分析儀仍然沿用電化學(xué)的測量原理。不同原理測試方法的相關(guān)性問題以及電化學(xué)原理儀器的抗干擾等問題已經(jīng)在實際應(yīng)用中凸顯出來,使用便攜紅外煙氣分析儀替代電化學(xué)儀器已經(jīng)成為了監(jiān)測比對方法的必然趨勢。

測量方法及其原理
       主流的煙氣分析儀大多采用電化學(xué)和非分光紅外的測試原理。電化學(xué)的儀器已經(jīng)由進口儀器轉(zhuǎn)變?yōu)橐試a(chǎn)儀器為主,但高端的應(yīng)用儀器仍然是以德圖或凱恩為代表的進口儀器為主;紅外的儀器近年來隨著自主知識產(chǎn)權(quán)的紅外技術(shù)在國內(nèi)逐漸推廣,也開始了批量國產(chǎn)化,并小型化,*終實現(xiàn)在便攜煙氣分析儀中的應(yīng)用。

電化學(xué)測試原理
       電化學(xué)測試方法又稱為定電位電解法,是*對二氧化硫的標(biāo)準(zhǔn)測定方法之一。(HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定定電位電解法》)。其核心器件電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)如圖。


電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)

       
二氧化硫(SO2)擴散通過傳感器滲透膜,進入電解層,在恒電位工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng);由此產(chǎn)生極限擴散電流,在一定范圍內(nèi),其電流大小與二氧化硫濃度成正比。

       
電化學(xué)傳感器還可廣泛應(yīng)用于一氧化氮、氯化氫、硫化氫等氣體的測定。由于傳感器的制作對工藝和材料的特殊要求,目前仍然主要依賴進口。

非分光紅外測試原理
       
非分光紅外氣體測試方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。其核心部件紅外傳感器根據(jù)應(yīng)用特點的不同,又可分為雙光束、微流、微音器等不同類型。固定污染源監(jiān)測系統(tǒng)中大量使用的是微流紅外傳感器,可實現(xiàn)對二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳等主要污染物的測定。近年來,環(huán)保等相關(guān)部門也開始著手非分散紅外測定方法的標(biāo)準(zhǔn)制定,以規(guī)范測試方法的應(yīng)用。紅外微流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 

微流紅外傳感器的結(jié)構(gòu)
       
微流紅外傳感器技術(shù)的工作原理為:紅外光源①發(fā)出的紅外光,經(jīng)過切光器②調(diào)制頻率后,進入測量氣室④;由于二氧化硫等異種原子構(gòu)成的分子對紅外光具有吸收特性,若測量氣室④中存在上述氣體,則進入測量氣室的部分紅外光會被吸收,未被吸收的紅外光進入檢測器⑤。檢測器⑤由前氣室、后氣室、微流傳感器⑥組成,前、后氣室充滿待測組分的氣體。在紅外光的作用下,檢測器前、后氣室中的氣體發(fā)生膨脹;由于存在膨脹差異,會導(dǎo)致前、后氣室之間產(chǎn)生微小的流量;微流傳感器⑥檢測到該流量后,產(chǎn)生交流電壓信號,信號經(jīng)處理后得到氣體的濃度。

學(xué)分析儀的應(yīng)用分析
       
電化學(xué)分析儀具有小型、輕便、快捷等優(yōu)點,在我國應(yīng)用較多。但國內(nèi)傳感器制作技術(shù)有限,大部分仍需進口傳感器,使用成本較大。實際使用中電化學(xué)儀器還會普遍存在取樣流量、氣體交叉干擾以及前處理等方面的問題。

流量對電化學(xué)儀器的影響 
       
采用電化學(xué)傳感器設(shè)計的煙氣分析儀,不論是國產(chǎn)儀器,還是國外進口儀器,在使用過程中經(jīng)常碰到“測不準(zhǔn)”問題,即在實驗室測試標(biāo)準(zhǔn)氣體是好的,到了現(xiàn)場卻測不準(zhǔn)。這是因為,電化學(xué)傳感器對流速的變化極為敏感。通常電化學(xué)類煙氣分析儀的測試讀數(shù)與采氣流速呈“正相關(guān)”。

       
HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定電位電解法》標(biāo)準(zhǔn)特別強調(diào):“采氣流速的變化直接影響儀器的測試讀數(shù)”。

       
*環(huán)境監(jiān)測總站《火力發(fā)電業(yè)建設(shè)項目竣工環(huán)境保護驗收監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中也寫道:“定電位電解法監(jiān)測儀器對采樣流量要求甚嚴(yán),監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示與采樣流量的變化成正比,當(dāng)儀器采樣流量減小時(例如煙道負(fù)壓大于儀器抗負(fù)壓能力),監(jiān)測數(shù)據(jù)明顯變小。在使用時為了減少測定誤差,儀器的工作流量應(yīng)與標(biāo)定(校準(zhǔn))時的流量相等”。

       
而煙道內(nèi)煙氣,既有正壓工況的,也有負(fù)壓工況的,甚至存在壓力忽大忽小的變化工況。極端情況下,有些煙道還存在很大的負(fù)壓(如寶鋼燒結(jié)機頭負(fù)壓=20kPa)。針對大多數(shù)煙道負(fù)壓的情況居多,很多電化學(xué)煙氣分析儀配置了大功率的取樣氣泵。這一措施僅能避免抽不出氣的問題,仍然改變不了“負(fù)壓降低采氣流速”的問題。因此,不管你是大功率泵,還是小功率泵,只要煙道有負(fù)壓,檢測示值一定偏低。換句話說,只要你現(xiàn)場采氣流速不等于實驗室標(biāo)定流速,測試示值肯定不準(zhǔn)。

       
而現(xiàn)場測試過程中,流速對測量結(jié)果的影響往往難以暴露,只有當(dāng)測試數(shù)據(jù)明顯偏離時才會引起注意。所以對儀器操作人員提出了較高的要求,必須嚴(yán)格控制儀器標(biāo)定和采樣的流量,盡量保持一致。

氣體交叉干擾對電化學(xué)儀器的影響
       
電化學(xué)傳感器通過設(shè)置不同的電極電位,使得傳感器對應(yīng)某一特定氣體敏感,從而達(dá)到測定的目的。但對于電極電位相似的氣體,會產(chǎn)生交叉干擾。 

       
實際的應(yīng)用中,燃油爐、燃?xì)鉅t、水泥廠的監(jiān)測過程中會出現(xiàn)SO2、NO測定值明顯偏低或檢測無的情況,主要是因為排放煙氣中NO2的干擾原因。而在測定鍋爐、水泥窯、燒結(jié)機煙氣時,往往會出現(xiàn)SO2測定值明顯偏大的情況,主要是因為排放煙氣中CO的干擾原因。

       
雖然這些氣體的交叉干擾已知,但由于干擾值的非線性和非重復(fù)性,電化學(xué)儀器也無法對干擾值進行有效補償。所以當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時,還必須選用其他測試方法重新測試。

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