紅外煙氣分析儀CEMS系統(tǒng)測量誤差原因分析

徐如學(xué)

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553505）

紅外煙氣分析儀CEMS系統(tǒng)測量誤差原因分析

徐如學(xué)

（貴州粵黔電力有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553505）

介紹了紅外煙氣分析儀CEMS系統(tǒng)的組成，對(duì)該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行了分類分析并提出了日常維護(hù)建議。

紅外煙氣分析儀；CEMS；測量誤差

環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基本前提，保護(hù)環(huán)境是我國的一項(xiàng)基本國策。近年來，隨著國家對(duì)大氣污染防治等環(huán)保工作力度的加大，CEMS系統(tǒng)在火電、鋼鐵、化工、水泥等行業(yè)得到迅速的普及。CEMS不僅用于將大氣污染源排放情況連續(xù)監(jiān)測并實(shí)時(shí)傳輸?shù)江h(huán)保主管部門作為國家減排工作提供重要數(shù)據(jù)，同時(shí)也用于脫硫、脫硝電價(jià)的結(jié)算以及脫硫、脫硝自身裝置進(jìn)、出口煙氣參數(shù)的測定而作為污染物防治設(shè)施運(yùn)行控制的重要依據(jù)參數(shù)。因此，了解和掌握CEMS系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因，提高該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的測量精確度是非常必要的。本文根據(jù)作者多年來對(duì)紅外煙氣分析儀CEMS系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其產(chǎn)生誤差的可能原因進(jìn)行了詳細(xì)分析并提出了日常維護(hù)建議。

1 紅外煙氣分析儀的測量原理及其預(yù)處理系統(tǒng)典型氣路圖

紅外煙氣分析儀是基于被測介質(zhì)對(duì)紅外光具有選擇性吸收而建立的一種分析方法，使紅外線通過充滿一定長度容器的被測氣體，然后測定通過氣體后的紅外線輻射強(qiáng)度來測量被測氣體濃度。

紅外法煙氣分析儀測量氣態(tài)污染物是通過專用的加熱采樣探頭將煙氣從煙道中抽取出來，經(jīng)過伴熱傳輸管路送至CEMS分析控制機(jī)柜，在樣氣進(jìn)入采樣泵和煙氣分析儀表前，先對(duì)采樣煙氣進(jìn)行快速冷卻除水，然后通過粉塵過濾裝置出去粉塵。

紅外光譜吸收原理的氣體分析儀CEMS預(yù)處理系統(tǒng)主要構(gòu)件有采樣探頭、取樣管、伴熱帶、氣水分離器、電子冷凝器、除塵過濾器、采樣泵及加熱器等，典型氣路圖如圖1。

圖1

2 紅外煙氣分析儀CEMS系統(tǒng)測量誤差原因分析

2.1 取樣位置不具代表性所引起的誤差

采用紅外煙氣分析儀的CEMS其取樣位置應(yīng)避開渦流區(qū)，選擇在煙氣混合比較均勻的地方。一般設(shè)置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于2倍煙道直徑或距上述部件上游不小于0.5倍煙道直徑處，矩形煙道的當(dāng)量直徑D=2AB/（A+B），式中A、B分別為邊長[1]。完全符合以上要求的斷面往往位于煙囪1/4高度以上，而對(duì)于建設(shè)年代較早的工廠來說污染防治設(shè)施的進(jìn)、出口煙氣CEMS系統(tǒng)取樣點(diǎn)往往由于場地的限制很難滿足上述要求，由于取樣點(diǎn)不具有代表性，因此測量結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)誤差。

2.2 CEMS預(yù)處理系統(tǒng)異常引起的誤差

（1）探頭及取樣管路伴熱溫度達(dá)不到要求。一般排放的煙氣中都含有一定量的水分，特別是采用“石灰石——石膏法煙氣脫硫”工藝后的脫硫凈煙氣更是有大量的水汽存在。若煙氣在取樣管路傳輸過程中的伴熱達(dá)不到要求（注：通常將采樣探頭及取樣管路加熱到110℃以上），則煙氣中的水汽將會(huì)進(jìn)一步冷卻而凝結(jié)成大量的液態(tài)水，凝結(jié)的水反過來會(huì)溶解煙氣中的SO2和NOX等污染物，從而造成系統(tǒng)的測量誤差。

（2）取樣管路漏氣。從采樣探頭到抽氣泵入口的取樣氣路皆為負(fù)壓運(yùn)行，由于中間存在除水、除塵、反吹等多個(gè)連接部件，如果有一接口不夠嚴(yán)密就會(huì)造成抽取的樣氣漏入空氣，稀釋采樣煙氣，使SO2、NOX的測量濃度值降低，O2測量值反而比實(shí)際值偏高。

（3）冷凝除水裝置異常或故障。冷凝除水裝置包括電子冷凝器和除液蠕動(dòng)泵。如果系統(tǒng)運(yùn)行中電子冷凝器工作不正常，會(huì)使進(jìn)入氣體分析儀內(nèi)的樣氣含有大量的水分和酸霧，從而腐蝕氣體分析儀的內(nèi)部器件，造成分析儀的損壞和測量精度的下降；如果用于除水的排液蠕動(dòng)泵出現(xiàn)故障或排水管路堵塞，煙氣通過電子冷凝器裝置降溫過程所產(chǎn)生的水汽就不能及時(shí)排除，從而溶解一部分煙氣里的SO2，致使SO2的測量濃度降低。

（4）除塵裝置故障。紅外煙氣分析儀是基于不同氣體對(duì)紅外線有選擇性吸收這一原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的。儀器內(nèi)置兩路紅外線吸收的信號(hào)光譜氣路，一路作為參比信號(hào)，一路為需要測量氣體的信號(hào)，紅外輻射光束通過參比室、測量室后進(jìn)入檢測器的接收室。如果預(yù)處理系統(tǒng)中的除塵裝置發(fā)生故障就會(huì)使進(jìn)入分析儀內(nèi)的煙氣粉塵污染儀器，干擾光源發(fā)射和接收的真實(shí)強(qiáng)度，從而影響分析儀的測量精度和測量結(jié)果。

2.3 分析儀表零點(diǎn)或量程漂移引起的誤差

零點(diǎn)或量程漂移普遍存在各類電子計(jì)量儀器中，它反映了在規(guī)定的條件下，測量儀器計(jì)量特性隨時(shí)間的慢變化，諸如在幾分鐘、幾十分鐘或幾小時(shí)內(nèi)，保持其計(jì)量特性恒定的能力。究其原因，漂移往往是由于溫度、壓力、濕度等外界變化所致，或由于儀器本身性能的不穩(wěn)定所致。因此，紅外煙氣分析儀應(yīng)定期進(jìn)行零點(diǎn)和量程的校準(zhǔn)，以保證分析儀測量的準(zhǔn)確性。

2.4 標(biāo)定氣體分析儀所引起的誤差

紅外煙氣分析儀在運(yùn)行中由于多方面的原因會(huì)發(fā)生零點(diǎn)和量程漂移，所以應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)其進(jìn)行定期校準(zhǔn)。通常使用的標(biāo)準(zhǔn)氣體其有效期（有效期指濃度變化率不超過規(guī)定指標(biāo)的時(shí)間間隔）是根據(jù)穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果來加以確定的。標(biāo)氣生產(chǎn)廠家一般把能夠保證標(biāo)準(zhǔn)值的有效期定為半年至一年。所以校準(zhǔn)分析儀表時(shí)千萬不要使用已經(jīng)超過使用有效期的標(biāo)氣。另外，隨著標(biāo)準(zhǔn)氣體的消耗而導(dǎo)致殘壓變化時(shí)，被吸附在容器內(nèi)壁上的各種成分氣體便解吸下來，使?jié)舛戎蛋l(fā)生變化。一般規(guī)定，高壓鋼瓶標(biāo)準(zhǔn)氣體的殘壓低于0.1MPa[2]時(shí)停止使用。

3 日常維護(hù)建議

（1）加強(qiáng)日常巡檢工作。日常巡檢時(shí)主要查看取樣探頭及伴熱管路的溫度是否控制在要求范圍之內(nèi)、反吹系統(tǒng)是否正常工作、冷凝器的工作情況（煙氣中的水分是否被完全除去）、蠕動(dòng)泵是否排水正常、進(jìn)入煙氣分析儀的流量是否在規(guī)定的范圍之內(nèi)，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)要及時(shí)處理。

（2）加強(qiáng)易損易耗品的定期更換。對(duì)系統(tǒng)的易損易耗品如取樣探頭濾芯、蠕動(dòng)泵管、粉塵過濾器濾芯等要進(jìn)行定期更換。

（3）為保證儀器測量的準(zhǔn)確性，除系統(tǒng)自身的自動(dòng)校準(zhǔn)功能外，還必須使用合格的標(biāo)氣定期校驗(yàn)校準(zhǔn)其零點(diǎn)與量程。

[1]《固定污染源煙氣排放連續(xù)檢測技術(shù)規(guī)范（試行）》（HJ/T75-2007）.

[2]巍山峰，主編.國家重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)污染源自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)有效性審核教程.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010，3.

X851

A

1004-7344（2016）18-0239-01

2016-6-1

徐如學(xué)（1980-），男，侗族，貴州石阡人，助理工程師，本科，主要從事火力發(fā)電廠脫硫、除塵設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作。