淺談煙氣在線監測系統現場校準裝置研制

宋福勝

（山西省計量科學研究院,太原 030000）

淺談煙氣在線監測系統現場校準裝置研制

宋福勝

（山西省計量科學研究院,太原 030000）

摘要：介紹了一種煙氣在線監測系統校準裝置設計方案，以解決煙氣在線監測系統在檢定和校準過程中需要不同組分和不同濃度標準氣體的需求；同時滿足現場不同組分和不同濃度標準氣體作為標準使用要求,為提高檢定和校準煙氣在線監測系統效率提供一種快速、可靠的方法。

關鍵字：煙氣；在線監測；校準裝置

1　引言

煙氣在線監測系統適用于各種鍋爐連續廢氣排放量的監測，主要方法有直接抽取法和直接測量法可以連續在線監測二氧化硫（SO2）濃度、氮氧化合物（NOX）濃度、氧氣（O2）含量，還可以增加一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、氯化氫（HCL）、氟化氫（HF）、氨氣（NH3）、碳氫化合物（CHX）等參數的測量。煙氣在線監測參數自動監測子系統主要對煙氣中二氧化硫（SO2）濃度、氮氧化合物（NOX）濃度、含氧量等參數進行監測，用以將污染物濃度轉換成標準干煙氣狀態和排放標準中規定的過剩空氣系數下的濃度。

數據處理子系統主要完成測量數據的采集、存儲、統計功能，并按相關標準要求的格式將數據傳輸到環保局。CEMS的性能、技術指標、安裝、調試及運營應當符合《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術規范》（HJ/T 75-2007）和《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及監測方法》（HJ/T 76-2007）中的相應規定。

2　煙氣在線監測系統校準設計思路

煙氣在線監測系統校準裝置采用手提式，達到攜帶方便、操作簡捷的目的。煙氣分析系統可以根據實際需要加裝相應煙氣組分檢測器。

2.1整體設計方案

通過零氣發生器，高濃度氣體標準物質，質量流量計及煙氣分析模塊的合理集成。質量流量計采用美國艾默生熱式氣體質量流量計，以實現不同組分不同濃度經質量流量計在數秒內達到數值穩定，準確。煙氣分析模塊可同時測量二氧化硫（SO2）濃度、氮氧化合物（NOX）濃度、含氧量等相應參數的氣體濃度。校準裝置根據被校準儀器的使用情況，配置高、中、低量程，可實現量程的自動切換，滿足不同被校儀器的需要。校準裝置基于VisualBasic語言開發了校準裝置控制軟件和數據采集模塊，另使用觸摸屏界面，操作簡便，外接打印機，可直接打印輸入校準原始記錄。

2.2配氣模塊設計原理

校準裝置的配氣模塊選用多塊美國艾默生熱式氣體質量流量計，在觸摸屏界面操作界面上輸入高濃度標準氣體，設定需要輸出標準氣體的濃度，就可以完成配氣。熱式氣體質量流量計工作原理：傳感器部分由兩個基準級鉑電阻溫度傳感器組成，采用橋式環路，一個傳感器測量流體溫度，另一個傳感器為加熱元件，維持高于流體溫度的恒溫差。為了保持兩個溫度傳感器的固定溫差需要電路對加熱元件提供更多的功率，電路中輸出功率的大小與流體的質量有關，由此測量流量。

2.3煙氣分析模塊設計原理

校準裝置的煙氣分析模塊采用電化學氣體傳感器：其工作原理是將在一個塑料制成的筒狀池體內安裝工作電極、對電極和參比電極，在電極之間充滿電解液，由多孔四氟乙烯做成的隔膜，在頂部封裝。前置放大器與傳感器電極的連接，在電極之間施加了一定的電位，使傳感器處于工作狀態。

3　校準裝置設計實現的創新點

3.1技術創新——實現溫、濕度自動補償

校準裝置的配氣模塊設計了溫、壓自動補償系統，即采用質量流量計測量氣體時，對溫度、壓力同時補償，氣體以標準狀況體積流量結算。校準裝置的煙氣分析系統在前處理增加了水份干濕處理裝置，校準裝置可根據現場環境濕度的差異變化，進行濕度補償，對煙氣中含有一定水氣的煙氣進行水分補償校正，降低由于水分干擾造成對煙氣濃度分析的測量偏差，使進入裝置的組分氣體滿足測量條件的需求，達到測量結果的準確目的。

3.2結構創新—-實現現場直接配氣及煙氣分析一體化。

由于選用了先進的高精度質量流量計，配氣系統具備配比氣體響應時間快、性能穩定可靠、維護量小等優點，不同比例的氣體經質量流量計達到平衡時間僅為6秒之內，數值穩定準確。配比率可根據用戶需求隨意選擇。

3.3應用創新——實現軟件控制智能化。

控制系統的開發實現配氣和氣體組分分析同步進行，數據采集和數據處理同步進行。配備了工控軟件平臺及數據采集模塊。其中工控軟件平臺配置多通訊端口，滿足多種通訊協議要求，達到對不同控制和測量模塊的同步控制及相關數據的實時同步采集。對所采集到的數據，可存放5年以上，并可以選擇界面查詢、打印輸出、遠程通訊等多種方式。配氣的周期和濃度比例可以根據用戶的需求進行設置。軟件系統設備設置多級管理權限，滿足不同用戶的使用要求。

4　校準裝置測試數據

煙氣在線監測系統校準裝置選用NO/N2、SO2/N2、CO/N2、CO2/N2、和O2/N2一級氣體標準物質進行不同組分不同濃度進行切割測試，測試結果如下：

中國計量科學研究院校校準結果證書編號NHqt2012-4093（1）外觀檢查：良好；

（2）儀器技術參數校準結果：

1）NO量程為：（0～250）×10-6檢定結果（見表1）：

表1

相關系數：r=0.9999

線性方程：Y=1.015X-0.5644注：X為測量值，Y為修正值

配氣準確度（線性誤差）：≤±0.20％FS

重復性：＜0.21％

響應時間：＜30s

煙氣示值準確度：＜1.5％

2）NO量程為：（0～2500）×10-6檢定結果：

相關系數：r=0.9998

配氣準確度（線性誤差）：≤±0.20％FS

重復性：＜0.28％

響應時間：＜20s

煙氣示值準確度：＜1.5％

3）SO2（0～250）×10-6檢定結果（見表2）：

表2

相關系數：r=0.9999

線性方程：Y=0.9966X+2.640注：X為測量值，Y為修正值

配氣準確度（線性誤差）：≤±0.16％FS

重復性：＜0.24％

響應時間：＜45s

煙氣示值準確度：＜1.5％

4）SO2量程為：（0～2500）×10-6檢定結果：

相關系數：r=0.9990

線性方程：Y=0.9767X-3.624注：X為測量值，Y為修正值

配氣準確度（線性誤差）：≤±0.80％FS

重復性：＜0.22％

響應時間：＜30s

煙氣示值準確度：＜1.5％

5）CO（0～250）×10-6檢定結果（見表3）：

表3

相關系數：r=0.9999

線性方程：Y=1.001X+0.9130 注：X為測量值，Y為修正值

配氣準確度（線性誤差）：≤±0.50％FS

重復性：＜0.11％

響應時間：＜30s

煙氣示值準確度：＜1.5％

6）CO2（0～250）×10-6檢定結果（見表4）：

表4

相關系數：r=0.9999

線性方程：Y=1.031X-18.53注：X為測量值，Y為修正值

配氣準確度（線性誤差）：≤±0.05％FS

重復性：＜0.20％

響應時間：＜30s

煙氣示值準確度：＜1.5％

7）O2（0～25）×10-6檢定結果（見表5）：

表5

相關系數：r=0.9999

線性方程：Y=0.9892X+0.1103注：X為測量值，Y為修正值

配氣準確度（線性誤差）：≤±0.28％FS

重復性：＜0.28％

響應時間：＜32s

煙氣示值準確度：＜1.5％

5　結束語

固定污染源煙氣排放連續監測系統現場校準裝置的研制，從技術、結構、應用等多個方面實現創新。它不僅解決了固定污染源煙氣排放在線監測系統現場校準的量值準確，大大提高現場校準工作效率，而且充分體現其在計量檢測領域中的實用性，以及為環境監控系統提供煙氣監測標準，實現裝置的功能多樣化。

作者簡介：宋福勝（1978—），男，安徽長豐人，本科，工程師，副所長，研究方向：化學計量。