by / sumaart
紅外煙氣分析儀：紅外氣體分析技術(shù)在消除CO對(duì)SO2檢測(cè)影響中的應(yīng)用
目前主流的SO2濃度檢測(cè)方法有電化學(xué)法和非分散紅外吸收法等。之所以測(cè)量固定污染源中SO2的含量，是為了確定污染源的污染程度。但是由于SO2本身物質(zhì)性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，煙氣中SO2的檢測(cè)分析對(duì)于外界環(huán)境、取樣裝置、檢測(cè)裝置的要求較高。常見(jiàn)的SO2檢測(cè)方法中存在一定的問(wèn)題，本文針影響SO2檢測(cè)結(jié)果的主要因素：取樣流量、樣氣濕度、干擾氣體等問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了相應(yīng)解決方案。
1、取樣流量影響
煙氣進(jìn)入煙道后由于風(fēng)機(jī)的作用，導(dǎo)致煙道內(nèi)煙氣壓力發(fā)生變化：處于風(fēng)機(jī)之前的煙道產(chǎn)生負(fù)壓，當(dāng)風(fēng)機(jī)功率較高時(shí)，甚至產(chǎn)生高負(fù)壓；處于風(fēng)機(jī)之后的煙道則產(chǎn)生正壓。
在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中，由于受到各種條件的限制，我們常常不得不將采樣位置選在風(fēng)機(jī)前這些產(chǎn)生負(fù)壓的煙道處。這時(shí)，用標(biāo)定合格的電化學(xué)類煙氣分析儀器抽取煙道內(nèi)煙氣進(jìn)行濃度測(cè)定的過(guò)程中，會(huì)遇到煙道內(nèi)負(fù)壓對(duì)儀器形成的“反抽力”，造成進(jìn)入儀器的煙氣流量變少，從而導(dǎo)致煙氣的監(jiān)測(cè)濃度值比煙氣實(shí)際濃度值偏低，煙道負(fù)壓很高時(shí)甚至完全抽不出氣，使監(jiān)測(cè)濃度值接近為0。
其次，國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站《火力發(fā)電建設(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》中也特別指出：定位電解法監(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)（如煙道負(fù)壓大于儀器抗負(fù)壓能力），監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)會(huì)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。
因此，采樣流量的變化會(huì)嚴(yán)重影響煙氣分析儀器準(zhǔn)確性，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)時(shí)刻注意采樣流量的變化，確保儀器的采樣流量與標(biāo)定流量一致。為解決高負(fù)壓的影響，可通過(guò)提高采樣泵的負(fù)載能力，增大采氣量，進(jìn)而保證進(jìn)入傳感器前的煙氣流量和壓力，提高煙氣預(yù)處理系統(tǒng)的抗負(fù)壓能力。若負(fù)壓過(guò)大，煙氣分析儀器無(wú)法提供足夠的采氣量，也可更換監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，選擇在增壓風(fēng)機(jī)后端進(jìn)行取樣檢測(cè)。
2、樣氣濕度影響
一般在不采用濕法脫硫的煙道氣含濕量不超過(guò)3%，而采用濕法脫硫后的煙氣含濕量往往大于5%，如果脫硫設(shè)備脫水不好，煙氣含濕量可高達(dá)12%。高含濕量的煙氣進(jìn)入取樣管路后，由于溫度下降超過(guò)露點(diǎn)溫度，取樣管路將產(chǎn)生冷凝水，并會(huì)吸收一部分煙氣中的SO2，導(dǎo)致進(jìn)入傳感器的SO2濃度降低，造成監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)負(fù)偏差甚至無(wú)。具體影響如下：
1）含SO2氣體通過(guò)一定量水體積后，氣體中SO2的一部分總要被溶解吸收，表現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)的當(dāng)量響應(yīng)時(shí)間從數(shù)分鐘延長(zhǎng)到數(shù)十分鐘，測(cè)量誤差嚴(yán)重拓展。
2）當(dāng)含SO2的氣體通過(guò)管壁附著水滴的導(dǎo)氣管時(shí)，也會(huì)因SO2被水吸收使測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，所測(cè)量的濃度值偏低。
3）測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)量響應(yīng)時(shí)間與系統(tǒng)中的含水量成正比，并隨煙氣中SO2濃度的降低而延長(zhǎng)。
在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中必須采取響應(yīng)措施，或者在煙氣取樣探頭的后部安裝相應(yīng)的裝置，脫除水蒸汽，或在探頭到分析儀器之間的管路上裝伴熱線，保證樣氣溫度始終處于零點(diǎn)以上，而不發(fā)生水凝結(jié)，然后依靠分析儀器的內(nèi)部裝置快速除水。
3、干擾氣體影響
影響SO2檢測(cè)結(jié)果的干擾氣體主要有HF,H2S,NH3,NO2,CO，其中CO對(duì)SO2檢測(cè)結(jié)果的干擾最大。關(guān)于CO氣體對(duì)SO2傳感器的正干擾，國(guó)外傳感器技術(shù)說(shuō)明書(shū)指出：在300ppm(375mg/m3)CO標(biāo)氣作用下，SO2輸出“交叉干擾”值小于5ppm(14mg/m3)。但在固定污染源排放煙氣中，CO的含量往往大于375mg/m3，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于375mg/m3。從大量檢測(cè)數(shù)據(jù)中得知：有的CO濃度超過(guò)1000mg/m3。在這種情況下，由于CO的存在會(huì)導(dǎo)致SO2傳感器顯示的濃度比實(shí)際值增加，不能忽略不計(jì)。同時(shí)，有研究表明：
1）在鍋爐廢氣測(cè)定過(guò)程中，CO氣體的存在會(huì)使電化學(xué)法對(duì)SO2的檢測(cè)結(jié)果偏高。
2）CO對(duì)SO2濃度測(cè)試的影響值是正值，影響率在3%左右。即在相同CO氣體濃度情況下，SO2氣體濃度越低，檢測(cè)結(jié)果受影響越大；在相同SO2氣體濃度情況下，CO濃度越高，對(duì)SO2測(cè)定結(jié)果影響越大。
3）在實(shí)際應(yīng)用監(jiān)測(cè)過(guò)程中，遇到高濃度CO氣體存在的情況下，應(yīng)采用非分散紅外吸收法的煙氣分析儀器；不能電化學(xué)的煙氣分析儀器，以防止因CO氣體的存在導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果失真。
因?yàn)镃O的紅外吸收波長(zhǎng)在4.6μm附近，而SO2的紅外吸收波長(zhǎng)在7.3μm附近，采用非分散紅外吸收法檢測(cè)煙氣中SO2濃度時(shí)，煙氣中CO的濃度高低對(duì)SO2紅外吸收并無(wú)影響，故而并不影響SO2檢測(cè)結(jié)果。
非分光紅外吸收法根據(jù)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、微音器等不同類型，而在固定污染源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中被大量使用的是微流紅外傳感器，如湖北銳意自控系統(tǒng)有限公司研發(fā)生產(chǎn)的低量程在線型煙氣分析儀Gasboard-3000Plus就采用了微流紅外氣體分析技術(shù)。
微流紅外氣體分析技術(shù)基于紅外吸收光譜特性，以及非單元素的極性氣體分子在中紅外(2.5～25μm)波段存在著分子振動(dòng)能級(jí)的基頻吸收譜線原理，利用SO2對(duì)紅外光的吸收特性，首先在相互連通的雙層結(jié)構(gòu)氣室中填充SO2等氣體，使得前后氣室吸收特定的紅外光后發(fā)生差異性膨脹，并在連通的前后氣室中會(huì)產(chǎn)生十分微小的流動(dòng)，然后通過(guò)一個(gè)高精度的微流量氣體傳感器進(jìn)行檢測(cè)，由于紅外光源是交替調(diào)制的，所以微流量作為一個(gè)交流電壓信號(hào)，經(jīng)處理后可準(zhǔn)確測(cè)量并顯示出SO2的體積濃度。
此外，Gasboard-3000Plus采用隔半氣室設(shè)計(jì)，由測(cè)量室與參考?xì)馐医M成。隔半氣室設(shè)計(jì)讓參考?xì)馐遗c測(cè)量氣室共用一個(gè)光源和傳感器，即使測(cè)量環(huán)境變化影響了基準(zhǔn)零點(diǎn)，檢測(cè)儀器仍可感知這個(gè)變化量，從而降低了環(huán)境變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，減小零點(diǎn)漂移，準(zhǔn)確度更高。
無(wú)論是哪種檢測(cè)方法，SO2的濃度檢測(cè)結(jié)果或多或少都會(huì)受到取樣流量、樣氣濕度和干擾氣體的影響，采用相應(yīng)的干擾修正方案，能在一定程度上減少影響因素的干擾，獲得較為準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。但非分散紅外吸收法在消除干擾氣體影響上對(duì)比電化學(xué)法有較大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有較高的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。
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