煙氣分析儀在鍋爐能效測(cè)試中準(zhǔn)確性

李學(xué)敏

煙氣分析儀在鍋爐能效測(cè)試中準(zhǔn)確性

李學(xué)敏

李學(xué)敏，女，籍貫山東，出生于1982年，現(xiàn)工作于紹興市能源檢測(cè)院；2005年7月畢業(yè)于佳木斯大學(xué)電氣及其自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位；2005年7月至2012年2月從事熱工，電學(xué)，流量等專業(yè)的檢定校準(zhǔn)工作；2012年至今從事鍋爐、電梯等能效測(cè)試工作。

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題已越來越嚴(yán)重，如今一些不可再生能源日趨貧乏，霧霾天氣屢屢出現(xiàn)，因此節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境維持生態(tài)平衡已迫在眉睫、刻不容緩。煙氣分析儀作為節(jié)能降耗方面分析燃燒產(chǎn)物（CO、O2等）、節(jié)能減排方面監(jiān)測(cè)廢氣（SO2、NOx等）排放監(jiān)控儀器，廣泛用于印染，化工等方面，其準(zhǔn)確度的要求也越來越高。而鍋爐作為高耗能特種設(shè)備，耗能高、排污高，用煙氣分析儀檢測(cè)其熱效率就顯得尤為重要，本文對(duì)煙氣分析儀在鍋爐能效測(cè)試中影響其準(zhǔn)確性的儀器溯源管理、測(cè)量不確定度評(píng)定、儀器的正確操作等因素進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。

煙氣分析儀原理及特性

目前市場(chǎng)上的煙氣分析儀氣體傳感器多為電化學(xué)式氣體傳感器。電化學(xué)傳感器通過與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來工作：將待測(cè)氣體經(jīng)過多級(jí)煙氣過濾器進(jìn)入傳感器室，經(jīng)由滲透膜進(jìn)入電解槽，使在電解液中被擴(kuò)散吸收的氣體在規(guī)定的氧化電位下進(jìn)行電位電解，根據(jù)耗用的電解電流求出其氣體的濃度。

電化學(xué)氣體傳感器性能比較穩(wěn)定，壽命較長(zhǎng)，耗電小，對(duì)氣體的響應(yīng)快，工作環(huán)境溫度較寬，體積小、操作簡(jiǎn)單、攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)，所以，目前在煙氣分析儀中，電化學(xué)氣體傳感器占有很重要的地位。

煙氣分析儀在鍋爐熱效率測(cè)試的應(yīng)用

工業(yè)鍋爐普遍熱效率低，污染指數(shù)高，而且量大面廣，是公認(rèn)的耗能大戶。影響鍋爐熱效率的參數(shù)有排煙處O2含量、CO含量、排煙溫度，爐體外表溫度，過量空氣系數(shù)，爐渣、漏煤、飛灰的含碳量等。煙氣分析儀能夠準(zhǔn)確、直觀的檢測(cè)排煙處O2、CO等氣體含量，通過檢測(cè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行中存在的問題，提供科學(xué)數(shù)據(jù)，并通過設(shè)備整改和操作調(diào)整，可以有效地提高鍋爐的運(yùn)行質(zhì)量，節(jié)省燃料消耗，減少有害氣體的排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、減排的目的。

分析影響煙氣分析儀在鍋爐能效測(cè)試中準(zhǔn)確性的因素

為了保證煙氣分析儀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，可靠，需要對(duì)儀器設(shè)備檢測(cè)能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，例如加強(qiáng)規(guī)范儀器的溯源管理、測(cè)量不確定度評(píng)定、儀器的正確操作等。

儀器設(shè)備的溯源是保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的前提

電化學(xué)氣體傳感器大都以水溶液作為電解液，電解質(zhì)的蒸發(fā)或污染，會(huì)導(dǎo)致傳感器信號(hào)下降，在經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，傳感器靈敏度、重復(fù)性隨著時(shí)間的推移不斷下降，大量的煙塵、水汽會(huì)影響煙氣分析儀的精度，一般電化學(xué)傳感器的壽命2年左右，因此根據(jù)JJG968-2002《煙氣分析儀》檢定規(guī)程定期對(duì)煙氣分析儀示值誤差、重復(fù)性、響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定性等各參數(shù)進(jìn)行自?；蛩托＃员３謨x器原有準(zhǔn)確度，減少測(cè)試中儀器本身帶來的誤差。

正確的儀器操作是保證測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)

對(duì)鍋爐能效測(cè)試過程中除了要避免儀器本身帶來的誤差，還要保證對(duì)儀器使用的正確操作性，若對(duì)儀器的操作和原理極不熟悉，如將采樣探頭放在煙道里開機(jī)，就提高了儀器校零的零位；如在采樣管與采樣孔封堵不嚴(yán)密，測(cè)得煙氣中含氧量偏高；如未等到數(shù)據(jù)穩(wěn)定就讀取數(shù)據(jù)或選擇參數(shù)不符合實(shí)際工況，所讀值會(huì)不準(zhǔn)確。正確的操作是：儀器要在清潔的空氣中開機(jī)，自檢校零結(jié)束，選擇正確的參數(shù)，將探針插入工況穩(wěn)定的煙道測(cè)試孔中，帶儀器穩(wěn)定后讀數(shù)，每隔15min記錄一次，連續(xù)測(cè)試五次，取平均值作為測(cè)量結(jié)果。儀器測(cè)量完畢后，不要立即關(guān)機(jī)，應(yīng)繼續(xù)在清潔空氣中保持運(yùn)行（5～10）min，保持儀器內(nèi)部處于新鮮空氣的環(huán)境，方可關(guān)機(jī)，否則將使傳感器長(zhǎng)時(shí)間受高濃度的有毒氣體污染“中毒”而加速傳感器的損耗，縮短儀器的正常使用壽命。此外，對(duì)于裝有粉塵過濾裝置的儀器，要及時(shí)更換過濾芯，避免粉塵進(jìn)入傳感器內(nèi)，污染傳感器。對(duì)于便攜式儀器，不論儀器是否經(jīng)常使用，至少每隔（2～3）周充電一次，且采樣時(shí)電池電量不應(yīng)低于30%。當(dāng)環(huán)境溫度過低時(shí)，會(huì)影響電化學(xué)傳感器的離子活性，所以如果環(huán)境溫度過低時(shí)，請(qǐng)先在溫暖的室內(nèi)將儀器啟動(dòng)預(yù)熱一段時(shí)間后再使用。

正確評(píng)定測(cè)量結(jié)果不確定度是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵

煙氣分析儀測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性是鍋爐能效測(cè)試的關(guān)鍵因素之一，不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果的定量表征。測(cè)量不確定度的定義是一個(gè)與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系表示被測(cè)量值分散性的參數(shù)，它是表達(dá)測(cè)量結(jié)果的一個(gè)組成部分，表示量值范圍的部分，是對(duì)真值存在范圍的估計(jì)和推斷，真值以給定的概率落在此范圍內(nèi)。在不確定度評(píng)估過程中，要對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的所有步驟進(jìn)行討論，找出不確定度來源，并進(jìn)行計(jì)算，由數(shù)據(jù)可以清晰得出不確定度分量中起主要作用的因素。

現(xiàn)參照J(rèn)JF1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，以德國(guó)MRU公司生產(chǎn)Delta65型煙氣分析儀（經(jīng)上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院校準(zhǔn)），用簡(jiǎn)單測(cè)試的方法檢測(cè)6t/h蒸汽鍋爐為例，分析了影響煙氣分析儀不確定度的各種因素，并給出氧氣及一氧化碳不確定度評(píng)定方法。

分析不確定度來源

通常影響測(cè)量不確定度的因素應(yīng)考慮：標(biāo)準(zhǔn)儀器的不確定度、測(cè)量方法的不確定度、測(cè)量環(huán)境條件的不確定度、人員操作的影響、被測(cè)氣體的波動(dòng)性。其中，在符合評(píng)價(jià)規(guī)則要求的條件下測(cè)量方法及測(cè)量環(huán)境條件的不確定度可忽略。人員操作的影響及被測(cè)氣體的波動(dòng)性體現(xiàn)在檢測(cè)的重復(fù)性中。故測(cè)量不確定度主要由重復(fù)性測(cè)量的不確定度、標(biāo)準(zhǔn)儀器引入的不確定度引入的不確定度組成。

不確定度評(píng)定

重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度Au，用煙氣分析儀對(duì)氣體含量在重復(fù)性條件下，進(jìn)行5次測(cè)試，具體數(shù)據(jù)見表1。

由于簡(jiǎn)單測(cè)試測(cè)量結(jié)果是5次平均值，所以

B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度Bu的評(píng)定

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度cu

由于uA，uB各分量互不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

計(jì)算擴(kuò)展不確定度

取k=2，用煙氣分析儀測(cè)量煙道中氣體的擴(kuò)展不確定度：

當(dāng)檢測(cè)結(jié)果處于規(guī)則的臨界值有可能判定被測(cè)鍋爐不合格時(shí)，應(yīng)該給出測(cè)量結(jié)果的不確定度。通過分析不確定度，把測(cè)試誤差控制在允許范圍內(nèi)，保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，使分析數(shù)據(jù)在給定的置信水平內(nèi)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)將超出預(yù)先確定的判據(jù)時(shí)，應(yīng)采取有計(jì)劃的措施來糾正出現(xiàn)的問題，同時(shí)采取措施防止報(bào)告錯(cuò)誤的結(jié)果，這不僅保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，從某種程度上也減小了檢測(cè)人員對(duì)測(cè)試結(jié)果所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)

“我國(guó)富煤、少氣、貧油，而且資源利用率低?！比济汗I(yè)鍋爐作為公認(rèn)的“煤老虎”，是我國(guó)耗能最多的設(shè)備之一，且運(yùn)行效率低。因此，對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行節(jié)能改造或者淘汰一些效率極低、環(huán)境污染嚴(yán)重的舊式燃煤鍋爐適應(yīng)節(jié)能降耗建設(shè)的新需求而言，煙氣分析儀給出準(zhǔn)確的、直觀的科學(xué)數(shù)據(jù)則是重要的依據(jù)，保證煙氣分析儀的準(zhǔn)確度便是該依據(jù)的前提，除此之外，提高檢測(cè)人員對(duì)儀器的操作、維護(hù)水平，也是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的必要條件。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.053