隨著我國(guó)對(duì)大氣污染防治的力度逐年加大，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)逐漸建立起對(duì)污染物的排放監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，連續(xù)污染物排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)CEMS系統(tǒng)的安裝總數(shù)也接近兩萬(wàn)套。如何有效保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)有效成為了環(huán)保和監(jiān)測(cè)部門的重要關(guān)注點(diǎn)。
煙氣分析儀大量應(yīng)用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的比對(duì)和校驗(yàn)，以保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性。實(shí)際的應(yīng)用中大多數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)采用了非分光紅外原理的氣體分析方法，但便攜式的煙氣分析儀仍然沿用電化學(xué)的測(cè)量原理。不同原理測(cè)試方法的相關(guān)性問(wèn)題以及電化學(xué)原理儀器的抗干擾等問(wèn)題已經(jīng)在實(shí)際應(yīng)用中凸顯出來(lái)，使用便攜紅外煙氣分析儀替代電化學(xué)儀器已經(jīng)成為了監(jiān)測(cè)比對(duì)方法的必然趨勢(shì)。
測(cè)量方法及其原理
主流的煙氣分析儀大多采用電化學(xué)和非分光紅外的測(cè)試原理。電化學(xué)的儀器已經(jīng)由進(jìn)口儀器轉(zhuǎn)變?yōu)橐試?guó)產(chǎn)儀器為主，但高端的應(yīng)用儀器仍然是以德圖或凱恩為代表的進(jìn)口儀器為主；紅外的儀器近年來(lái)隨著自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的紅外技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐漸推廣，也開(kāi)始了批量國(guó)產(chǎn)化，并小型化，*終實(shí)現(xiàn)在便攜煙氣分析儀中的應(yīng)用。
電化學(xué)測(cè)試原理
電化學(xué)測(cè)試方法又稱為定電位電解法，是*對(duì)二氧化硫的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法之一。（HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測(cè)定定電位電解法》）。其核心器件電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)如圖。
電化學(xué)傳感器的結(jié)構(gòu)
二氧化硫（SO2）擴(kuò)散通過(guò)傳感器滲透膜，進(jìn)入電解層，在恒電位工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng)；由此產(chǎn)生極限擴(kuò)散電流，在一定范圍內(nèi)，其電流大小與二氧化硫濃度成正比。
電化學(xué)傳感器還可廣泛應(yīng)用于一氧化氮、氯化氫、硫化氫等氣體的測(cè)定。由于傳感器的制作對(duì)工藝和材料的特殊要求，目前仍然主要依賴進(jìn)口。
非分光紅外測(cè)試原理
非分光紅外氣體測(cè)試方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。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。固定污染源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中大量使用的是微流紅外傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳等主要污染物的測(cè)定。近年來(lái)，環(huán)保等相關(guān)部門也開(kāi)始著手非分散紅外測(cè)定方法的標(biāo)準(zhǔn)制定，以規(guī)范測(cè)試方法的應(yīng)用。紅外微流傳感器的結(jié)構(gòu)如圖
微流紅外傳感器的結(jié)構(gòu)
微流紅外傳感器技術(shù)的工作原理為：紅外光源①發(fā)出的紅外光，經(jīng)過(guò)切光器②調(diào)制頻率后，進(jìn)入測(cè)量氣室④；由于二氧化硫等異種原子構(gòu)成的分子對(duì)紅外光具有吸收特性，若測(cè)量氣室④中存在上述氣體，則進(jìn)入測(cè)量氣室的部分紅外光會(huì)被吸收，未被吸收的紅外光進(jìn)入檢測(cè)器⑤。檢測(cè)器⑤由前氣室、后氣室、微流傳感器⑥組成，前、后氣室充滿待測(cè)組分的氣體。在紅外光的作用下，檢測(cè)器前、后氣室中的氣體發(fā)生膨脹；由于存在膨脹差異，會(huì)導(dǎo)致前、后氣室之間產(chǎn)生微小的流量；微流傳感器⑥檢測(cè)到該流量后，產(chǎn)生交流電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)處理后得到氣體的濃度。
學(xué)分析儀的應(yīng)用分析
電化學(xué)分析儀具有小型、輕便、快捷等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)應(yīng)用較多。但國(guó)內(nèi)傳感器制作技術(shù)有限，大部分仍需進(jìn)口傳感器，使用成本較大。實(shí)際使用中電化學(xué)儀器還會(huì)普遍存在取樣流量、氣體交叉干擾以及前處理等方面的問(wèn)題。
流量對(duì)電化學(xué)儀器的影響
采用電化學(xué)傳感器設(shè)計(jì)的煙氣分析儀，不論是國(guó)產(chǎn)儀器，還是國(guó)外進(jìn)口儀器，在使用過(guò)程中經(jīng)常碰到“測(cè)不準(zhǔn)”問(wèn)題，即在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)氣體是好的，到了現(xiàn)場(chǎng)卻測(cè)不準(zhǔn)。這是因?yàn)?，電化學(xué)傳感器對(duì)流速的變化極為敏感。通常電化學(xué)類煙氣分析儀的測(cè)試讀數(shù)與采氣流速呈“正相關(guān)”。
HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測(cè)定電位電解法》標(biāo)準(zhǔn)特別強(qiáng)調(diào)：“采氣流速的變化直接影響儀器的測(cè)試讀數(shù)”。
*環(huán)境監(jiān)測(cè)總站《火力發(fā)電業(yè)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》中也寫(xiě)道：“定電位電解法監(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)（例如煙道負(fù)壓大于儀器抗負(fù)壓能力），監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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”。
而煙道內(nèi)煙氣，既有正壓工況的，也有負(fù)壓工況的，甚至存在壓力忽大忽小的變化工況。極端情況下，有些煙道還存在很大的負(fù)壓（如寶鋼燒結(jié)機(jī)頭負(fù)壓=20kPa）。針對(duì)大多數(shù)煙道負(fù)壓的情況居多，很多電化學(xué)煙氣分析儀配置了大功率的取樣氣泵。這一措施僅能避免抽不出氣的問(wèn)題，仍然改變不了“負(fù)壓降低采氣流速”的問(wèn)題。因此，不管你是大功率泵，還是小功率泵，只要煙道有負(fù)壓，檢測(cè)示值一定偏低。換句話說(shuō)，只要你現(xiàn)場(chǎng)采氣流速不等于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定流速，測(cè)試示值肯定不準(zhǔn)。
而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中，流速對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響往往難以暴露，只有當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)明顯偏離時(shí)才會(huì)引起注意。所以對(duì)儀器操作人員提出了較高的要求，必須嚴(yán)格控制儀器標(biāo)定和采樣的流量，盡量保持一致。
氣體交叉干擾對(duì)電化學(xué)儀器的影響
電化學(xué)傳感器通過(guò)設(shè)置不同的電極電位，使得傳感器對(duì)應(yīng)某一特定氣體敏感，從而達(dá)到測(cè)定的目的。但對(duì)于電極電位相似的氣體，會(huì)產(chǎn)生交叉干擾。
實(shí)際的應(yīng)用中，燃油爐、燃?xì)鉅t、水泥廠的監(jiān)測(cè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)SO2、NO測(cè)定值明顯偏低或檢測(cè)無(wú)的情況，主要是因?yàn)榕欧艧煔庵蠳O2的干擾原因。而在測(cè)定鍋爐、水泥窯、燒結(jié)機(jī)煙氣時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)SO2測(cè)定值明顯偏大的情況，主要是因?yàn)榕欧艧煔庵蠧O的干擾原因。
雖然這些氣體的交叉干擾已知，但由于干擾值的非線性和非重復(fù)性，電化學(xué)儀器也無(wú)法對(duì)干擾值進(jìn)行有效補(bǔ)償。所以當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，還必須選用其他測(cè)試方法重新測(cè)試。
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