煙氣濃度智能檢測(cè)儀的研制及精確監(jiān)測(cè)研究

徐宏

摘 要：煙氣濃度智能檢測(cè)儀相比于傳統(tǒng)煙氣分析儀具有顯著優(yōu)勢(shì)，主要借助電化學(xué)傳感器，運(yùn)用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、數(shù)據(jù)采集與分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，能夠?qū)Χ喾N化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行采集分析，且氣體測(cè)量具有較高的精準(zhǔn)度，是一種智能化的監(jiān)測(cè)方式。

關(guān)鍵詞：煙氣檢測(cè)儀；智能化；精確性

隨著我國(guó)工業(yè)化的快速發(fā)展，我國(guó)煤電等大型企業(yè)的環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸增強(qiáng)，探索應(yīng)用超低排放技術(shù)，可以說(shuō)已經(jīng)踏入一個(gè)“超低排放時(shí)代”。超低排放或超清潔排放，是指通過(guò)改造燃煤機(jī)使煙氣排放量與天然氣抑制，即SO2不超過(guò)35mg/m3、氮氧化物NOX不超過(guò)50mg/m3、煙塵不超過(guò)5mg/m3[1]。因此，采用智能化的煙氣濃度檢測(cè)儀，提高監(jiān)測(cè)效率和檢測(cè)精確性具有現(xiàn)實(shí)性。

1 煙氣濃度檢測(cè)儀

煙氣濃度檢測(cè)儀也叫煙氣分析儀，主要用于測(cè)量燃料燃燒工業(yè)鍋爐所產(chǎn)生的煙氣中污染氣體的質(zhì)量濃度，其傳感器主要分為紅外線、化學(xué)發(fā)光、電化學(xué)等多種類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)空氣中氧氣（O2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）等氣體的質(zhì)量水平。運(yùn)用煙氣濃度檢測(cè)儀能夠有效地測(cè)量出燃料燃燒所造成的氣體含量，有利于促進(jìn)節(jié)能減排；并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、持續(xù)地監(jiān)測(cè)空氣中SO2、NOX等氣態(tài)污染物的含量，以及CO2等溫室氣體的排放量。煙氣濃度檢測(cè)儀主要分為便攜式和在線式，其中“在線式監(jiān)測(cè)”指的是在對(duì)設(shè)備運(yùn)行不造成影響的前提下，動(dòng)態(tài)持續(xù)檢測(cè)設(shè)備，具有自動(dòng)化控制的特點(diǎn)。相對(duì)來(lái)說(shuō)離線監(jiān)測(cè)就是不定時(shí)的、需要人工操作的監(jiān)測(cè)，通常使用的是便攜式煙氣分析儀。

2 煙氣濃度智能檢測(cè)儀的研制及精準(zhǔn)性監(jiān)測(cè)

SO2是我國(guó)大氣污染中最主要的煙氣成分，要控制SO2的排放需要進(jìn)行煙氣脫硫，獲得較高脫硫效率就需要精準(zhǔn)檢測(cè)煙氣中SO2濃度。目前煙氣SO2智能檢測(cè)裝置以國(guó)外產(chǎn)品為主，本文以電化學(xué)傳感器法煙氣SO2濃度智能檢測(cè)儀為例，研究其研制及精準(zhǔn)性監(jiān)測(cè)。

2.1 氣路設(shè)計(jì) 儀器的氣路結(jié)構(gòu)組成：煙塵過(guò)濾器，采樣搶?zhuān)瑲馑蛛x器，泵，儲(chǔ)氣室和傳感器室。氣路結(jié)構(gòu)圖如下圖1。煙塵過(guò)濾器的功能是完成對(duì)待測(cè)氣體的除塵；氣水分離器分為杯式和管式兩種，其功能是將煙氣經(jīng)管路傳送至氣水分離器，煙氣中大部分水存留下來(lái)，并經(jīng)水膜分離技術(shù)后成為干煙氣，送至儀器。在在線檢測(cè)儀器中傳感器室中運(yùn)用電子冷凝器，完成對(duì)SO2的濃度測(cè)量。由于傳感器測(cè)量時(shí)間有限，因此設(shè)計(jì)兩個(gè)傳感器室，可以自由切換，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的在線測(cè)量。

2.2 SO2濃度檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu) SO2氣體氣體首先經(jīng)煙塵過(guò)濾，再經(jīng)過(guò)水氣分離、降溫降水、升溫成為非結(jié)露，經(jīng)過(guò)傳感器檢測(cè)，處理過(guò)檢測(cè)信號(hào)后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器傳送至單片機(jī)，再次處理檢測(cè)信號(hào)，將處理結(jié)果經(jīng)一路送至顯示器；經(jīng)二路送至上位機(jī)進(jìn)行分析處理；經(jīng)三路送至繼電器，由控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成動(dòng)作。SO2濃度檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)如下圖2。在檢測(cè)中采用線性電壓輸出式集成濕度傳感器（型號(hào)：HM1500），對(duì)濕度進(jìn)行檢測(cè)和控制，同時(shí)也要檢測(cè)控制溫度。

2.3 智能化設(shè)計(jì)

2.3.1 控制程序。智能化的控制程序主要采用單片機(jī)程序，運(yùn)用單片機(jī)分析、讀寫(xiě)并控制A/D轉(zhuǎn)換器中的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)SO2濃度的分析與檢測(cè)。運(yùn)用C語(yǔ)言編寫(xiě)單片機(jī)的程序，編寫(xiě)出簡(jiǎn)單清晰、移植性較好的操作程序。檢測(cè)SO2的流程：閥1、4開(kāi)，閥2、5關(guān)或閥2、5開(kāi)，閥1、4關(guān)，開(kāi)泵后測(cè)量?jī)?chǔ)氣室的溫度，若溫度>50℃則降溫后開(kāi)閥3防水，確定煙氣已進(jìn)入傳感室，測(cè)量傳感器的溫度和濕度，在不升溫的情況下讀入A/D轉(zhuǎn)換器SO2通信值，計(jì)算出SO2含量。

2.3.2 通信程序。系統(tǒng)的單片機(jī)運(yùn)用中斷方式接受命令，并運(yùn)用查詢(xún)方式將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。單片機(jī)與上位機(jī)之間的通信程序主要采用C語(yǔ)言進(jìn)行編譯。單片機(jī)通信程序：初始化，接受上位機(jī)命令，接著開(kāi)始檢測(cè)命令、獲取數(shù)據(jù)命令，其中開(kāi)始檢測(cè)命令下達(dá)后，應(yīng)答1表示收到命令，并檢測(cè)SO2濃度，如果獲取數(shù)據(jù)命令成功且數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，就計(jì)算校驗(yàn)碼并回送數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，這種通信程序具有較好的可讀性，編寫(xiě)程序簡(jiǎn)單，能夠使上機(jī)位和下機(jī)位的通信更加便捷，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

2.4 提高監(jiān)測(cè)的精準(zhǔn)性 首先，由于煙氣中氣態(tài)污染物混合均勻，采集SO2等氣體的位置應(yīng)設(shè)置在煙道截面中心或靠近中心的位置，采樣期間的工況應(yīng)與平時(shí)進(jìn)行工況相同，確保測(cè)量環(huán)境中氣流的穩(wěn)定。其次，對(duì)煙氣進(jìn)行除塵、除濕等常規(guī)操作，提高儀器采集煙氣的效率和監(jiān)測(cè)效果。在冬季溫差較大或濕度較高的環(huán)境中收集煙塵，要注意先連接除塵過(guò)濾器，在經(jīng)過(guò)加熱使氣體順利通過(guò)導(dǎo)管，傳感器、泵等環(huán)節(jié)。再次，要正確測(cè)試儀器的操作，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在清潔的空氣中打開(kāi)儀器，檢查完在進(jìn)行煙道插入，確保儀器讀數(shù)穩(wěn)定后再觀察可讀數(shù)，多次測(cè)量取其平均值。第四，合理區(qū)分煙氣分析儀的不同適用范圍，在實(shí)際應(yīng)用中，SO2氣體一般存在于燃油爐、燃?xì)鉅t、水泥廠等監(jiān)測(cè)過(guò)程中，測(cè)定值會(huì)受到一些因素的影響造成測(cè)定值的偏低，因此要分別配置相應(yīng)的混合標(biāo)氣，將主要檢測(cè)氣體對(duì)常用電化學(xué)傳感器的交叉干擾進(jìn)行匯總。最后，定期做好煙氣分析儀的維修和保養(yǎng)，確保其檢測(cè)結(jié)果的精確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王毅，何玲.原位測(cè)量式分析儀在煙氣排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)研究[J].天津科技，2014，41（7）：11-15.