红外烟气分析仪受水分干扰的消除方法

发布时间:17-08-17 16:12分类:技术文章
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连续污染物排放监测系统CEMS自上世纪八十年代应用于国内的排放监测以来,在国内逐渐建立起对污染物的排放监测网络,系统安装总数也接近两万套。其中多数采用了直接抽取式取样加红外气体分析的方法。随着*澳门新蒲京官网网址,对污染源控制的加强,实际排放浓度逐年降低,这对红外烟气分析仪器的适用性提出了更高的要求。尤其是在高湿低浓度条件下,对红外气体分析仪的测试精度、分辨率、抗干扰性提出了更高的要求。红外烟气分析仪受水分干扰的消除方法由于烟气排放中的水含量是影响二氧化硫和氮氧化物测定的主要干扰物(,水分干扰直接影响了仪器的测量精度。这也是为什么部分红外气体分析仪在实验室条件下使用标准气检定时合格,在CEMS现场测试却达不到要求的原因。通常CEMS系统取样中采取冷干法脱除水分,以防止水分冷凝和水分干扰,但由于排放工况的变化和冷凝效率的原因,冷凝器的出口露点往往存在波动。在高湿低浓度条件下,水分的干扰往往超过了仪器本身的测量误差,干扰误差尤为明显。消除水分干扰误差的方法通常两种:采用脱水装置;设置水分传感器并进行软件补偿。采用脱水装置的方法有采用高效干燥剂如无水高氯酸镁,或者采用NAFION膜式干燥管。其主要问题在于需要经常更换,人为增加了运行维护成本。仪器生产厂家也有可能在检定时使用脱水装置,但是在运行时为减少运行费用不采用该装置,造成实际运行中的性能改变,导致CEMS监测数据不确定度增加。
采用水分传感器软件补偿的方法一般只修正零点的水分干扰,且低端的分辨率较低。对于同时含水和含SO2,NO的气体的修正精度很差。此外对于NO分析仪,由于在相同的气室长度下,NO的分辨率低于H2O的分辨率,采用水分传感器修正的方法对NO会造成很大的误差。
那么如何真正有效降低水分对红外分析仪测量的影响呢?红外烟气分析仪在传统微流红外传感器的基础上,增加了调水机构。它是通过将不同温度下的饱和空气依次通入红外传感器,通过调节调水机构,使得含有非冷凝水的气体与N2的信号一致。同时通过硬件调节及线性修正,来消除H2O(气)对SO2、NOx的干扰。进一步实验结果还表明,通过该方法调节后的传感器可以满足各种水分含量条件下的水分干扰消除,干扰的程度可控制在5ppm以内。低量程红外烟气分析仪分辨率的检定
红外测量原理是基于郎伯比尔定律,即通过吸收光强的变化测定气体浓度。当气体浓度较小时,光强变化也小,若传感器分辨率不够,*无法响应浓度的变化。
很多仪器为提高零点稳定性,会采用不同的算法,以保证减小零点的波动;还有如前所述,为了补偿水分的干扰影响,也会采用零点补偿方式。这样的直接结果*是零点附近仪器没有反应。
实际应用中低量程仪器的***大量程要求不高于200ppm,为保证测量可靠性,实际的分辨率应不大于1ppm。
检定时可采用10ppm的标准气体(SO2,NO),利用气体分割器(配气仪)将浓度控制在5ppm,通入仪器内,读取仪器的测量结果A,此后利用配气仪将浓度控制在4.9ppm,读取仪器的读数B,连续多次(3次以上)测量得到A,B的平均值,两平均值的差*是仪器实际的分辨率。
只有解决水分干扰和分辨率的问题,烟气分析仪才能真正满足高湿低浓度的测量要求,真正有效实现监控污染物排放,为减排提供切实准确的统计数据。
在CEMS烟气分析仪使用过程中红外线分析仪必须去除水分的影响,所以在预处理过程中一般双路冷凝器比较保险,还有弱酸性液体对分析仪的影响也要考虑。

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如今,雾霾已然成为了严重影响我国居民生产生活的“心肺之患”。燃煤是造成雾霾的主要原因,而我国50%的燃煤是用于发电,因此,要求电厂和大型燃煤工厂除尘、脱硫、脱硝也就成了环保部长期以来治理烟气的主要发展方向。烟气脱硫、脱硝工艺使空气污染因子中具有毒性的二氧化硫、氮氧化物成分得以减少,无疑是积极的,也是必须的。这也是为什么国内雾霾频发,但并没有像当年的伦敦那样发生毒雾夺万人性命惨剧的原因所在。

典型电厂锅炉烟气处理流程是脱硝在前脱硫在后,脱硝后需要检测如NO、NO2、O2及NH3等;而脱硫前需要检测SO2、SO3;O2、CO2;粉尘等。按照常规的做法就是在脱硝出口安装一套CEMS,除尘器后进脱硫塔前安装一套CEMS,这样做的好处是烟气采样数据上传时间短,容易实现脱硝的自动控制。以尿素法、LIFAC工艺等半干法脱硫脱氮系统为例,其工艺是把碱性物质(石灰石、氢氧化钠、碳酸氢钠等等)的溶液或尿素溶液喷入炉膛、烟道或喷雾洗涤塔内进行脱硫脱氮。这类系统的脱硫、脱硝效率就主要取决于烟气中SO2和NOx的体积比、反应温度、吸收剂的粒度和停留时间。

在CEMS系统中,抽取法结合红外气体分析技术是主流,微流红外技术则是红外气体分析技术的主要发展趋势。传统的微音电容传感器检测红外光声信号的方法存在受水分干扰、工艺复杂、抗震性差等缺点;相较而言,微流红外探测器具有工艺简单、测量准确、抗震性好等多种优势,目前在进口红外烟气分析仪中普遍使用。值得一提的是,国内也有锐意自控这种自主研发微流红外气体分析技术并将其运用到烟气分析仪的科技创新企业。

微型红外传感器

在实际应用中,解决好烟气分析问题是脱硫、脱硝系统高效稳定运行的保障。下文将结合锐意自控的红外烟气分析仪Gasboard-3000,介绍微流红外技术在烟气脱硫、脱硝效率监测中应用的挑战及对策,并阐述经过改进的微流红外传感器在烟气检测中的主要技术优势。

红外烟气分析仪Gasboard-3000

1、消除温度对传感器信号的影响

环境温度的变化对于红外气体分析仪检测过程存在较大的影响,它将直接影响红外光源的稳定,影响红外辐射的强度,影响测量气室连续流动的气样密度。另一方面,为减少其他组分对SO2、NO的影响,红外烟气分析仪在微流红外探测器的前端设有窄带红外滤光片,这种滤光片是一种多层的半导体镀膜,温度升高会使得滤光片朝长波方向偏移,从而进一步影响SO2、NO的测量结果。特别是在北方昼夜温差较大的地域,即使设备房安装了空调,也会存在一定的温差。大多数红外烟气分析仪往往采用温度修正的方法,来解决因环境温度变化导致测量结果变化的问题,但这种方法只能解决部分问题,并不能完全消除由温度变化所带来的误差。

不同温度和气体浓度下的NO传感器响应曲线