紅外煙氣分析儀:紅外氣體分析技術(shù)在消除CO對SO2檢測影響中的應(yīng)用
目前主流的SO2濃度檢測方法有電化學(xué)法和非分散紅外吸收法等。之所以測量固定污染源中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的檢測分析對于外界環(huán)境、取樣裝置、檢測裝置的要求較高。常見的SO2檢測方法中存在一定的問題,本文針影響SO2檢測結(jié)果的主要因素:取樣流量、樣氣濕度、干擾氣體等問題進(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,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)場監(jiān)測中,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,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)行濃度測定的過程中,會遇到煙道內(nèi)負(fù)壓對儀器形成的“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)測濃度值比煙氣實(shí)際濃度值偏低,煙道負(fù)壓很高時甚至完全抽不出氣,使監(jiān)測濃度值接近為0。
其次,國家環(huán)境監(jiān)測總站《火力發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中也特別指出:定位電解法監(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(如煙道負(fù)壓大于儀器抗負(fù)壓能力),監(jiān)測數(shù)據(jù)會明顯變小,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。
因此,采樣流量的變化會嚴(yán)重影響煙氣分析儀器準(zhǔn)確性,在監(jiān)測過程中,應(yīng)時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)壓過大,煙氣分析儀器無法提供足夠的采氣量,也可更換監(jiān)測點(diǎn)位,選擇在增壓風(fēng)機(jī)后端進(jìn)行取樣檢測。
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,由于溫度下降超過露點(diǎn)溫度,取樣管路將產(chǎn)生冷凝水,并會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)測結(jié)果出現(xiàn)負(fù)偏差甚至無。具體影響如下:
1)含SO2氣體通過一定量水體積后,氣體中SO2的一部分總要被溶解吸收,表現(xiàn)在測量系統(tǒng)的當(dāng)量響應(yīng)時間從數(shù)分鐘延長到數(shù)十分鐘,測量誤差嚴(yán)重拓展。
2)當(dāng)含SO2的氣體通過管壁附著水滴的導(dǎo)氣管時,也會因SO2被水吸收使測量系統(tǒng)的響應(yīng)時間延長,所測量的濃度值偏低。
3)測量系統(tǒng)當(dāng)量響應(yīng)時間與系統(tǒng)中的含水量成正比,并隨煙氣中SO2濃度的降低而延長。
在實(shí)際測量過程中必須采取響應(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檢測結(jié)果的干擾氣體主要有HF,H2S,NH3,NO2,CO,其中CO對SO2檢測結(jié)果的干擾最大。關(guān)于CO氣體對SO2傳感器的正干擾,國外傳感器技術(shù)說明書指出: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。從大量檢測數(shù)據(jù)中得知:有的CO濃度超過1000mg/m3。在這種情況下,由于CO的存在會導(dǎo)致SO2傳感器顯示的濃度比實(shí)際值增加,不能忽略不計。同時,有研究表明:
1)在鍋爐廢氣測定過程中,CO氣體的存在會使電化學(xué)法對SO2的檢測結(jié)果偏高。
2)CO對SO2濃度測試的影響值是正值,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SO2測定結(jié)果影響越大。
3)在實(shí)際應(yīng)用監(jiān)測過程中,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)測結(jié)果失真。
因?yàn)镃O的紅外吸收波長在4.6μm附近,而SO2的紅外吸收波長在7.3μm附近,采用非分散紅外吸收法檢測煙氣中SO2濃度時,煙氣中CO的濃度高低對SO2紅外吸收并無影響,故而并不影響SO2檢測結(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能級的基頻吸收譜線原理,利用SO2對紅外光的吸收特性,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產(chǎn)生十分微小的流動,然后通過一個高精度的微流量氣體傳感器進(jìn)行檢測,由于紅外光源是交替調(diào)制的,所以微流量作為一個交流電壓信號,經(jīng)處理后可準(zhǔn)確測量并顯示出SO2的體積濃度。
此外,Gasboard-3000Plus采用隔半氣室設(shè)計,由測量室與參考?xì)馐医M成。隔半氣室設(shè)計讓參考?xì)馐遗c測量氣室共用一個光源和傳感器,即使測量環(huán)境變化影響了基準(zhǔn)零點(diǎn),檢測儀器仍可感知這個變化量,從而降低了環(huán)境變化對測量結(jié)果的影響,減小零點(diǎn)漂移,準(zhǔn)確度更高。
無論是哪種檢測方法,SO2的濃度檢測結(jié)果或多或少都會受到取樣流量、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)確的檢測結(jié)果。但非分散紅外吸收法在消除干擾氣體影響上對比電化學(xué)法有較大技術(shù)優(yōu)勢,具有較高的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。
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