關(guān)于提高便攜式NDIR煙氣分析儀工作效率的探索

仇 石，劉光遜，關(guān) 勝

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 天津300457)

關(guān)于提高便攜式NDIR煙氣分析儀工作效率的探索

仇 石，劉光遜，關(guān) 勝

(天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 天津300457)

便攜式非分散紅外煙氣分析儀具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣的測(cè)定。針對(duì)其存在的可操作性較差、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜等問題，以北京雪迪龍科技股份有限公司生產(chǎn)的MODEL3080型便攜式煙氣分析儀為例，論述了便攜式非分散紅外煙氣分析儀的工作原理和流程，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，提出了提高儀器工作效率的建議。

NDIR 煙氣監(jiān)測(cè) SO2效率

0 引 言

目前天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)轄區(qū)內(nèi)的燃煤鍋爐煙氣均采用濕法脫硫，[1]出口煙氣濕度高，SO2濃度低，對(duì)煙氣監(jiān)測(cè)儀器提出了更高的要求。[2]定電位電解法儀器在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，易受到煙氣濕度、煙道負(fù)壓、干擾氣體等因素影響，[3]難以準(zhǔn)確測(cè)量SO2濃度。便攜式非分散紅外(Non-dispersive Infrared，簡(jiǎn)稱NDIR)煙氣分析儀，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長等特點(diǎn)，[4，5]廣泛應(yīng)用于鍋爐煙氣的測(cè)定。[6]但便攜式NDIR煙氣分析儀存在可操作性較差、維護(hù)保養(yǎng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，[7]本文對(duì)改進(jìn)便攜式NDIR煙氣分析儀可操作性、提高工作效率進(jìn)行了初步探索。

1 便攜式NDIR煙氣分析儀

本文使用儀器為北京雪迪龍科技股份有限公司生產(chǎn)的MODEL3080型 便 攜 式 煙 氣 分 析 儀(以 下 簡(jiǎn) 稱“MODEL3080”)。

1.1 基本工作原理

SO2和NO氣體對(duì)特定波長紅外光譜可選擇性吸收。一束恒定波長為7.3μm(5.3μm)的紅外光通過SO2(NO)氣體時(shí)，其光通量的衰減與SO2(NO)的濃度符合朗伯-比爾定律。[8，9]

1.2 工作流程

MODEL3080由采樣探桿、采樣探頭、伴熱管線、預(yù)處理器和分析主機(jī)組成。儀器不帶電池，需外接220V電源工作。

MODEL3080在鍋爐煙氣監(jiān)測(cè)時(shí)的系統(tǒng)連接情況如圖1所示，操作流程如圖2所示。煙氣監(jiān)測(cè)時(shí)，按照采樣探桿、采樣探頭、伴熱管線、預(yù)處理器和分析主機(jī)的順序連接儀器，分析主機(jī)經(jīng)過預(yù)熱校零、伴熱管線升溫至140 ℃后，可以開始煙氣測(cè)量。由預(yù)處理器抽取煙氣，經(jīng)140 ℃的采樣探頭和伴熱管線加熱后，煙氣中的水分以氣態(tài)形式進(jìn)入預(yù)處理器，再經(jīng)冷凝器迅速冷凝至2 ℃脫水，干煙氣進(jìn)入分析主機(jī)檢測(cè)。測(cè)量完成后，需要對(duì)預(yù)處理器進(jìn)行反吹。

圖1 MODEL3080的系統(tǒng)連接圖Fig.1 MODEL3080 system connection diagram

圖2 MODEL3080的操作流程圖Fig.2 MODEL3080 operation flowchart

2 問題討論

由于MODEL3080不帶電池，需要現(xiàn)場(chǎng)接電，在監(jiān)測(cè)多個(gè)點(diǎn)位時(shí)，需要進(jìn)行多次重復(fù)開關(guān)機(jī)、預(yù)熱、校零和反吹的過程，操作繁瑣且極為耗時(shí)，除去測(cè)量時(shí)間，儀器準(zhǔn)備時(shí)間至少30min(開機(jī)預(yù)熱15min、校零5min、反吹10min)，工作效率低。MODEL3080之所以不帶電池，是因?yàn)轭A(yù)處理器中的抽氣泵功率較大，不適合使用電池供電，如配備大功率移動(dòng)電源，儀器過于笨重，不適于鍋爐監(jiān)測(cè)。

MODEL3080需要進(jìn)行開機(jī)預(yù)熱和預(yù)處理器反吹的原因?yàn)椋孩費(fèi)ODEL3080達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)的標(biāo)志是使氣室溫度達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。開機(jī)后，分析主機(jī)中的氣室溫度會(huì)逐漸升高，15min后氣室溫度相對(duì)穩(wěn)定，此時(shí)才能進(jìn)行校零操作。②預(yù)處理器對(duì)SO2有一定的吸附作用，且濕煙氣冷凝后產(chǎn)生的水會(huì)有部分殘留在儀器管路中，這些水中含有一定量的SO2。因此在每次測(cè)量結(jié)束后要對(duì)預(yù)處理器進(jìn)行反吹以去除SO2本底干擾。

由以上原因分析可知，若MODEL3080的分析主機(jī)在監(jiān)測(cè)過程中一直保持運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)測(cè)多個(gè)點(diǎn)位時(shí)無需關(guān)機(jī)，則可省去點(diǎn)位與點(diǎn)位之間的儀器反吹、預(yù)熱和校零等步驟。

3 改進(jìn)措施

為解決MODEL3080在實(shí)際監(jiān)測(cè)中存在的問題，提高儀器的工作效率，筆者為MODEL3080的分析主機(jī)部分配置了移動(dòng)電源(分析主機(jī)功率較小，一般電池即可滿足)，預(yù)處理器仍現(xiàn)場(chǎng)接電。在這種情況下考察能否省去儀器開機(jī)預(yù)熱、校零和反吹這幾個(gè)步驟，從而節(jié)省時(shí)間，提高工作效率。設(shè)計(jì)試驗(yàn)如下：在正常監(jiān)測(cè)完第一個(gè)點(diǎn)位后，分析主機(jī)不斷電，不反吹預(yù)處理器，立即移至下一個(gè)測(cè)點(diǎn)，在儀器不校零的情況下，分別測(cè)試SO2標(biāo)氣和鍋爐煙氣，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 不反吹、不校零SO2測(cè)試結(jié)果Tab.1 Test results of SO2without blowback and zero calibration

表1顯示，在分析主機(jī)不斷電，不反吹預(yù)處理器，不校零的情況下，SO2標(biāo)氣和煙氣的測(cè)試結(jié)果明顯偏低?？赡苡幸韵聝蓚€(gè)原因：①分析主機(jī)在運(yùn)輸過程中，其內(nèi)部光源、氣室等可能會(huì)發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確，需要重新校零進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。②預(yù)處理器中殘留水分，對(duì)SO2有一定的吸收作用。

當(dāng)反吹預(yù)處理器10min，分析主機(jī)重新校零后，測(cè)試結(jié)果回復(fù)正常(見表2)。

表2 反吹校零后SO2測(cè)試結(jié)果Tab.2Test results of SO2with blowback and zero calibration

因此，僅為分析主機(jī)配置移動(dòng)電源，只能節(jié)省儀器重新開機(jī)預(yù)熱的時(shí)間15min，反吹預(yù)處理器和分析主機(jī)校零過程不能省去。

4 結(jié) 論

由于方法原理和制造工藝的限制，現(xiàn)有的便攜式NDIR煙氣分析儀存在儀器體積重量、準(zhǔn)備時(shí)間、可操作性等方面的問題。儀器在進(jìn)行煙氣監(jiān)測(cè)時(shí)，除去測(cè)量時(shí)間，監(jiān)測(cè)任一點(diǎn)位均需要開機(jī)預(yù)熱、校零、反吹等過程。通過標(biāo)氣及現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)試顯示，為便攜式NDIR煙氣分析儀的分析主機(jī)配備移動(dòng)電源，可以省去儀器的預(yù)熱步驟，提高工作效率。

同時(shí)，儀器廠家需要進(jìn)一步提高便攜式NDIR煙氣分析儀的便攜性和可操控性，以更好地滿足煙氣現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)要求。

［1］ 田順，王鈺. 天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)二氧化硫減排淺析[J]. 天津科技，2012(3)：26-27.

［2］ 樊保國，祁海鷹，由長福，等. 煙氣中的凝結(jié)水對(duì)SO2濃度測(cè)量的影響[J]. 燃燒科學(xué)與技術(shù)，2002，8(5)：453-456.

［3］ 廖平德，王云龍，盧秋. 定電位電解法測(cè)定SO2過程中出現(xiàn)的問題及解決方式[J]. 北方環(huán)境，2011，23(11)：98，112.

［4］ 黃書華，孫友文，劉文清，等. 基于非分散紅外光譜吸收法的SO2檢測(cè)系統(tǒng)研究[J]. 紅外，2011，32(12)：10-13.

［5］ 孫友文，劉文清，汪世美，等. 非分散紅外多組分氣體檢測(cè)技術(shù)及其在CEMS中的應(yīng)用[J]. 紅外，2011，32(5)：23-26.

［6］ 陸立群，宋釗，張暉，等. 便攜式NDIR煙氣分析儀在燒結(jié)爐CEMS二氧化硫比對(duì)測(cè)試中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2013，38(6)：172-176.

［7］ 王錚，霍昱. 擴(kuò)散電化學(xué)法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定高濕度煙氣中低濃度二氧化硫能力的研究[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2013， 29(5)：135-137.

［8］ HJ629-2011 固定污染源廢氣 二氧化硫的測(cè)定 非分散紅外吸收法[S].

［9］ HJ692-2014 固定污染源廢氣 氮氧化物的測(cè)定 非分散紅外吸收法[S].

A Practice of Improving the Efficiency of Portable Non-Dispersive Infrared Gas Analyzer

QIU Shi，LIU Guangxun，GUAN Sheng
(Tianjin Economic-Technological Development Area Environmental Protection Monitoring Station，Tianjin 300457，China)

A portable non-dispersive infrared gas analyzer features high measurement precision，good stability and long service life and has been widely applied in the measurement of boiler flue. In view of its poor maneuverability and complicated maintenance requirements，the paper takes the Model MODEL3080 portable non-dispersive infrared gas analyzer (Producer：Beijing SDL Technology Co.，Ltd.)as an example，discusses its work principle and work flow and proposes suggestions on efficiency improvement of the apparatus on the basis of both laboratory and field tests.

non-dispersive infrared(NDIR)；flue gas monitoring；SO2；efficiency

X851

：A

：1006-8945(2015)01-0025-02

2014-12-03