by / sumaart
紅外原理的氣體分析儀在污染源監(jiān)測系統(tǒng)上的廣泛應(yīng)用已經(jīng)替代了電化學(xué)原理的儀器。隨著國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的紅外技術(shù)的開發(fā)成功使得便攜式紅外煙氣分析儀的普及成為了必然的趨勢。
紅外分析儀具有抗干擾能力強(qiáng)、受流量影響小、壽命長等特點(diǎn)克服了電化學(xué)分析儀在應(yīng)用中出現(xiàn)的問題。但在實(shí)際中還需要考慮以下因素的影響。
水分對紅外儀器的影響
由于煙氣排放中的水分，尤其是氣態(tài)水是影響二氧化硫和氮氧化物測定的主要干擾物（參考圖3 SO2、NO、H2O紅外吸收光譜圖）直接影響了儀器的測量精度。這也是為什么部分紅外氣體分析儀在實(shí)驗(yàn)室條件下使用標(biāo)準(zhǔn)氣檢定時合格在現(xiàn)場測試卻達(dá)不到要求的主要原因。
雖然便攜紅外分析儀大多采用了加熱取樣、冷干脫水的預(yù)處理方法以防止水分冷凝和氣態(tài)水分干擾。但事實(shí)上煙氣中的水分無法完全去除而且由于排放工況的變化和冷凝效率的原因冷凝器的出口露點(diǎn)往往也存在波動。在高濕低濃度條件下水分的干擾甚至超過了儀器本身的測量誤差干擾誤差尤為明顯。
消除水分干擾誤差的方法通常有兩種：一是采用脫水裝置二是設(shè)置水分傳感器并進(jìn)行軟件補(bǔ)償。
采用脫水裝置的方法有采用高效干燥劑如無水高氯酸鎂或者采用NAFION膜式干燥管。其主要問題在于需要經(jīng)常更換人為增加了運(yùn)行維護(hù)成本。儀器生產(chǎn)廠家也有可能在檢定時使用脫水裝置 但是在運(yùn)行時為減少運(yùn)行費(fèi)用不采用該裝置造成實(shí)際運(yùn)行中的性能改變導(dǎo)致儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)不確定度增加。
采用水分傳感器和軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ话阒恍拚泓c(diǎn)的水分干擾且低端的分辨率較低。對于同時含水和含SO2,NO的氣體的修正精度很差。此外對于NO分析儀由于在相同的氣室長度下NO的分辨率低于H2O的分辨率采用水分傳感器修正的方法對NO測定會造成很大的系統(tǒng)誤差。
最新的測試技術(shù)是在在傳統(tǒng)微流紅外傳感器的基礎(chǔ)上增加了特殊調(diào)水機(jī)構(gòu)。它是通過將不同溫度下的飽和空氣依次通入紅外傳感器通過調(diào)節(jié)調(diào)水機(jī)構(gòu)使得含有非冷凝水的氣體與零氣的信號一致通過硬件調(diào)節(jié)及軟件線性修正可最大限度消除H2O（氣）對SO2、NO的干擾。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明通過該方法調(diào)節(jié)后的傳感器可以滿足各種水分含量條件下的水分干擾消除干擾的程度可控制在5ppm以內(nèi)。
為滿足類似高濕低濃度的測試條件便攜紅外煙氣分析儀應(yīng)最大限度降低水分（氣）干擾的影響以提高實(shí)際測試精度。
HC化合物對紅外儀器的影響
除了水分干擾以外碳?xì)浠衔锶缃够瘡S排放的氣態(tài)污染物中存在未燃盡的CH4、C2H6、C2H4等對于SO2的測量結(jié)果會存在很大干擾。
針對可能對SO2測定產(chǎn)生的干擾在紅外微流傳感器的前端設(shè)置可專門吸收HC波長的氣體吸收過濾室最大限度消除大部分HC化合物對SO2測量結(jié)果的影響。
在排放的碳?xì)浠衔锝M成復(fù)雜的特殊條件下如果需要完全消除HC對SO2的影響還可以考慮在煙氣流路中增加HC物理化學(xué)過濾器以保證實(shí)際測試的精度。
測試分辨率對紅外儀器的影響
隨著污染物治理的加強(qiáng)大量脫硫、脫硝裝置得以應(yīng)用污染物實(shí)際的排放濃度也越來越小。這對便攜紅外煙氣分析儀的測試分辨率也提出了更高的要求。
很多儀器為提高零點(diǎn)穩(wěn)定性會采用不同的算法以保證減小零點(diǎn)的波動；還有如前所述為了補(bǔ)償水分的干擾影響也會采用零點(diǎn)補(bǔ)償方式。這樣的直接結(jié)果就是在進(jìn)行零點(diǎn)附近的低濃度測試時儀器沒有反應(yīng)。
參考《固定污染源廢氣 二氧化硫的測定非分散紅外吸收法》（征求意見稿）的編制說明對紅外分析方法檢出限和測定下限采用兩種方法進(jìn)行評價一是按照ISO 7935-1992儀器方法檢出限為0.57-3.5 mg/m3測定下限為3-10 mg/m3；二是按照HJ 168-2010儀器方法檢出限為0.77-1.3mg/m3測定下限為4-6 mg/m3。
為保證低濃度測試條件下的測試效果便攜煙氣分析儀的分辨率應(yīng)不超過3mg/m3（1ppm）最新的國產(chǎn)煙氣分析儀已經(jīng)可以做到0.5mg/m3（0.2ppm）以滿足更多測試條件下的應(yīng)用。
結(jié)論
氣體分析儀中采用電化學(xué)原理的便攜煙氣分析儀在實(shí)際應(yīng)用中反映的流速、干擾、水分冷凝等問題已經(jīng)能夠明顯限制了其在監(jiān)測和比對測試中的應(yīng)用。采用紅外原理的便攜煙氣分析儀克服了電化學(xué)儀器的主要缺點(diǎn)開始逐漸取代電化學(xué)儀器。為了解決紅外測試在應(yīng)用中的問題便攜紅外煙氣分析儀還應(yīng)該解決水分干擾、HC干擾以及高分辨率等問題以提高便攜紅外煙氣分析儀的適用性保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。
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