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便攜式煙氣分析儀的應(yīng)用探討(上)

來(lái)源:北京康高特儀器設(shè)備有限公司 發(fā)布時(shí)間:2016-03-16 17:31:41 作者: 瀏覽次數(shù):2857次 分類(lèi):技術(shù)文章

       隨著我國(guó)對(duì)大氣污染防治的力度逐年加大,在國(guó)內(nèi)已經(jīng)逐漸建立起對(duì)污染物的排放監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),連續(xù)污染物排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS系統(tǒng)的安裝總數(shù)也接近兩萬(wàn)套。如何有效保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)有效成為了環(huán)保和監(jiān)測(cè)部門(mén)的重要關(guān)注點(diǎn)。

       煙氣分析儀大量應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的比對(duì)和校驗(yàn),以保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。實(shí)際的應(yīng)用中大多數(shù)監(jiān)測(cè)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(cè)量原理。不同原理測(cè)試方法的相關(guān)性問(wèn)題以及電化學(xué)原理儀器的抗干擾等問(wèn)題已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中凸顯出來(lái),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(cè)比對(duì)方法的必然趨勢(shì)。

測(cè)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(cè)試原理。電化學(xué)的儀器已經(jīng)由進(jìn)口儀器轉(zhuǎn)變?yōu)橐試?guó)產(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(jìn)口儀器為主;紅外的儀器近年來(lái)隨著自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紅外技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐漸推廣,也開(kāi)始了批量國(guó)產(chǎn)化,并小型化,*終實(shí)現(xiàn)在便攜煙氣分析儀中的應(yīng)用。

電化學(xué)測(cè)試原理
       電化學(xué)測(cè)試方法又稱(chēng)為定電位電解法,是*對(duì)二氧化硫的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法之一。(HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測(cè)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(kuò)散通過(guò)傳感器滲透膜,進(jìn)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(kuò)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(cè)定。由于傳感器的制作對(duì)工藝和材料的特殊要求,目前仍然主要依賴(lài)進(jìn)口。

非分光紅外測(cè)試原理
       
非分光紅外氣體測(cè)試方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。其核心部件紅外傳感器根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)的不同,又可分為雙光束、微流、微音器等不同類(lèi)型。固定污染源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中大量使用的是微流紅外傳感器,可實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳等主要污染物的測(cè)定。近年來(lái),環(huán)保等相關(guān)部門(mén)也開(kāi)始著手非分散紅外測(cè)定方法的標(biāo)準(zhǔn)制定,以規(guī)范測(cè)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(guò)切光器②調(diào)制頻率后,進(jìn)入測(cè)量氣室④;由于二氧化硫等異種原子構(gòu)成的分子對(duì)紅外光具有吸收特性,若測(cè)量氣室④中存在上述氣體,則進(jìn)入測(cè)量氣室的部分紅外光會(huì)被吸收,未被吸收的紅外光進(jìn)入檢測(cè)器⑤。檢測(cè)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(cè)組分的氣體。在紅外光的作用下,檢測(cè)器前、后氣室中的氣體發(fā)生膨脹;由于存在膨脹差異,會(huì)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(cè)到該流量后,產(chǎn)生交流電壓信號(hào),信號(hào)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(diǎn),在我國(guó)應(yīng)用較多。但國(guó)內(nèi)傳感器制作技術(shù)有限,大部分仍需進(jìn)口傳感器,使用成本較大。實(shí)際使用中電化學(xué)儀器還會(huì)普遍存在取樣流量、氣體交叉干擾以及前處理等方面的問(wèn)題。

流量對(duì)電化學(xué)儀器的影響 
       
采用電化學(xué)傳感器設(shè)計(jì)的煙氣分析儀,不論是國(guó)產(chǎn)儀器,還是國(guó)外進(jìn)口儀器,在使用過(guò)程中經(jīng)常碰到“測(cè)不準(zhǔn)”問(wèn)題,即在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)氣體是好的,到了現(xiàn)場(chǎng)卻測(cè)不準(zhǔn)。這是因?yàn)椋娀瘜W(xué)傳感器對(duì)流速的變化極為敏感。通常電化學(xué)類(lèi)煙氣分析儀的測(cè)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(cè)定電位電解法》標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào):“采氣流速的變化直接影響儀器的測(cè)試讀數(shù)”。

       
*環(huán)境監(jiān)測(cè)總站《火力發(fā)電業(yè)建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中也寫(xiě)道:“定電位電解法監(jiān)測(cè)儀器對(duì)采樣流量要求甚嚴(yán),監(jiān)測(cè)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(shí)(例如煙道負(fù)壓大于儀器抗負(fù)壓能力),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明顯變小。在使用時(shí)為了減少測(cè)定誤差,儀器的工作流量應(yīng)與標(biāo)定(校準(zhǔn))時(shí)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(jī)頭負(fù)壓=20kPa)。針對(duì)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(wèn)題,仍然改變不了“負(fù)壓降低采氣流速”的問(wèn)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(cè)示值一定偏低。換句話說(shuō),只要你現(xiàn)場(chǎng)采氣流速不等于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定流速,測(cè)試示值肯定不準(zhǔn)。

       
而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中,流速對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響往往難以暴露,只有當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)明顯偏離時(shí)才會(huì)引起注意。所以對(duì)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(duì)電化學(xué)儀器的影響
       
電化學(xué)傳感器通過(guò)設(shè)置不同的電極電位,使得傳感器對(duì)應(yīng)某一特定氣體敏感,從而達(dá)到測(cè)定的目的。但對(duì)于電極電位相似的氣體,會(huì)產(chǎn)生交叉干擾。 

       
實(shí)際的應(yīng)用中,燃油爐、燃?xì)鉅t、水泥廠的監(jiān)測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)SO2、NO測(cè)定值明顯偏低或檢測(cè)無(wú)的情況,主要是因?yàn)榕欧艧煔庵蠳O2的干擾原因。而在測(cè)定鍋爐、水泥窯、燒結(jié)機(jī)煙氣時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)SO2測(cè)定值明顯偏大的情況,主要是因?yàn)榕欧艧煔庵蠧O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(wú)法對(duì)干擾值進(jìn)行有效補(bǔ)償。所以當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí),還必須選用其他測(cè)試方法重新測(cè)試。

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