便携式烟气分析仪的应用探讨

发布时间:17-08-17 16:12分类:技术文章
标签:红外烟气分析仪,烟气分析仪,红外烟气分析仪受水分干扰的消除方法
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*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,*澳门新蒲京官网网址,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。

发布时间:15-05-29 17:35分类:技术文章 标签:便携式烟气分析仪
预处理对电化学仪器的影响
电化学仪器的前处理普遍比较简单,主要由取样探针、取样管和过滤器组成,一般在不采用湿法脱硫的烟道气的含湿量不超过3%,而采用湿法脱硫后的烟气含湿量往往大于5%,如果脱硫设备脱水不好,烟气含湿量可高达12%。高含湿量的烟气进入取样管路后,由于温度下降超过露点温度,取样管路将产生冷凝水,并会吸收一部分烟气中的SO2,导致进入传感器的SO2浓度降低,造成监测结果出现负偏差甚至无。也有少数高端的电化学仪器采用了加热探针、伴热管路以及冷凝除水的前处理系统来避免冷凝水对SO2的影响,但成本过高,不利于推广。长期使用仪器后,由于烟气湿度的影响,在电化学传感器的渗透膜表面会形成结露水;结露水会影响气体分子的渗透,从而导致测量结果偏低,甚至测试不到目标污染物。所以电化学仪器每次使用前应抽取一段时间干燥清洁的空气吹扫传感器,以保证测量准确。此外,电化学传感器使用寿命有限,在超过量程测试时还容易出现“中毒”现象,导致传感器失效。基于这些原因,便携电化学烟气分析仪的使用范围受到了一定的限制,尤其在类似背景气体复杂、高湿低浓度的测试条件下,已经不能满足监测或比对的要求。
红外分析仪的应用分析
红外原理的气体分析仪在污染源监测系统上的广泛应用,已经替代了电化学原理的仪器。随着国内自主知识产权的红外技术的开发成功,使得便携式红外烟气分析仪的普及成为了必然的趋势。
红外分析仪具有抗干扰能力强、受流量影响小、寿命长等特点,克服了电化学分析仪在应用中出现的问题。但在实际中还需要考虑以下因素的影响。
水分对红外仪器的影响
由于烟气排放中的水分,尤其是气态水是影响二氧化硫和氮氧化物测定的主要干扰物(参考图,SO2、NO、H2O红外吸收光谱图),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,在现场测试却达不到要求的主要原因。
SO2、NO、H2O红外吸收光谱
虽然便携红外分析仪大多采用了加热取样、冷干脱水的预处理方法,以防止水分冷凝和气态水分干扰。但事实上烟气中的水分无法完全去除,而且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也存在波动。在高湿低浓度条件下,水分的干扰甚至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有两种:一是采用脱水装置,二是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,导致仪器监测数据不确定度增加。
采用水分传感器和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测定会造成很大的系统误差。
*新的测试技术是在在传统微流红外传感器的基础上增加了特殊调水机构。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零气的信号一致,通过硬件调节及软件线性修正,可*大限度消除H2O(气)对SO2、NO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。
为满足类似高湿低浓度的测试条件,便携红外烟气分析仪应*大限度降低水分(气)干扰的影响,以提高实际测试精度。
HC化合物对红外仪器的影响
除了水分干扰以外,碳氢化合物,如焦化厂排放的气态污染物中存在未燃尽的CH4、C2H6、C2H4等对于SO2的测量结果会存在很大干扰。
针对可能对SO2测定产生的干扰,在红外微流传感器的前端设置可专门吸收HC波长的气体吸收过滤室,*大限度消除大部分HC化合物对SO2测量结果的影响。
在排放的碳氢化合物组成复杂的特殊条件下,如果需要完全消除HC对SO2的影响,还可以考虑在烟气流路中增加HC物理化学过滤器,以保证实际测试的精度。
测试分辨率对红外仪器的影响
随着污染物治理的加强,大量脱硫、脱硝装置得以应用,污染物实际的排放浓度也越来越小。这对便携红外烟气分析仪的测试分辨率也提出了更高的要求。
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*是在进行零点附近的低浓度测试时仪器没有反应。
结论
烟气分析仪在实际应用中反映的流速、干扰、水分冷凝等问题已经能够明显限制了其在监测和比对测试中的应用。采用红外原理的便携烟气分析仪克服了电化学仪器的主要缺点,开始逐渐取代电化学仪器。为了解决红外测试在应用中的问题,便携红外烟气分析仪还应该解决水分干扰、HC干扰以及高分辨率等问题,以提高便携红外烟气分析仪的适用性,保证测试结果的准确可靠。