煙氣分析儀在鍋爐能效測試中準確性

李學敏

煙氣分析儀在鍋爐能效測試中準確性

李學敏

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

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源浪費和環(huán)境污染問題已越來越嚴重，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，用煙氣分析儀檢測其熱效率就顯得尤為重要，本文對煙氣分析儀在鍋爐能效測試中影響其準確性的儀器溯源管理、測量不確定度評定、儀器的正確操作等因素進行了簡單的分析。

煙氣分析儀原理及特性

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

電化學氣體傳感器性能比較穩(wěn)定，壽命較長，耗電小，對氣體的響應快，工作環(huán)境溫度較寬，體積小、操作簡單、攜帶方便等優(yōu)點，所以，目前在煙氣分析儀中，電化學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試的應用

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。煙氣分析儀能夠準確、直觀的檢測排煙處O2、CO等氣體含量，通過檢測可以及時發(fā)現(xiàn)鍋爐運行中存在的問題，提供科學數(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行質(zhì)量，節(jié)省燃料消耗，減少有害氣體的排放，實現(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試中準確性的因素

為了保證煙氣分析儀數(shù)據(jù)的準確，可靠，需要對儀器設(shè)備檢測能力進行綜合評價，例如加強規(guī)范儀器的溯源管理、測量不確定度評定、儀器的正確操作等。

儀器設(shè)備的溯源是保證測試結(jié)果準確的前提

電化學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，會導致傳感器信號下降，在經(jīng)長時間使用后，傳感器靈敏度、重復性隨著時間的推移不斷下降，大量的煙塵、水汽會影響煙氣分析儀的精度，一般電化學傳感器的壽命2年左右，因此根據(jù)JJG968-2002《煙氣分析儀》檢定規(guī)程定期對煙氣分析儀示值誤差、重復性、響應時間及穩(wěn)定性等各參數(shù)進行自校或送校，以保持儀器原有準確度，減少測試中儀器本身帶來的誤差。

正確的儀器操作是保證測試結(jié)果準確的基礎(chǔ)

對鍋爐能效測試過程中除了要避免儀器本身帶來的誤差，還要保證對儀器使用的正確操作性，若對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，就提高了儀器校零的零位；如在采樣管與采樣孔封堵不嚴密，測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)不符合實際工況，所讀值會不準確。正確的操作是：儀器要在清潔的空氣中開機，自檢校零結(jié)束，選擇正確的參數(shù)，將探針插入工況穩(wěn)定的煙道測試孔中，帶儀器穩(wěn)定后讀數(shù)，每隔15min記錄一次，連續(xù)測試五次，取平均值作為測量結(jié)果。儀器測量完畢后，不要立即關(guān)機，應繼續(xù)在清潔空氣中保持運行（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，否則將使傳感器長時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，對于裝有粉塵過濾裝置的儀器，要及時更換過濾芯，避免粉塵進入傳感器內(nèi)，污染傳感器。對于便攜式儀器，不論儀器是否經(jīng)常使用，至少每隔（2～3）周充電一次，且采樣時電池電量不應低于30%。當環(huán)境溫度過低時，會影響電化學傳感器的離子活性，所以如果環(huán)境溫度過低時，請先在溫暖的室內(nèi)將儀器啟動預熱一段時間后再使用。

正確評定測量結(jié)果不確定度是保證測量結(jié)果準確的關(guān)鍵

煙氣分析儀測量結(jié)果的準確性是鍋爐能效測試的關(guān)鍵因素之一，不確定度是對測量結(jié)果的定量表征。測量不確定度的定義是一個與測量結(jié)果相聯(lián)系表示被測量值分散性的參數(shù)，它是表達測量結(jié)果的一個組成部分，表示量值范圍的部分，是對真值存在范圍的估計和推斷，真值以給定的概率落在此范圍內(nèi)。在不確定度評估過程中，要對整個實驗的所有步驟進行討論，找出不確定度來源，并進行計算，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JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》，以德國MRU公司生產(chǎn)Delta65型煙氣分析儀（經(jīng)上海市計量測試技術(shù)研究院校準），用簡單測試的方法檢測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定方法。

分析不確定度來源

通常影響測量不確定度的因素應考慮：標準儀器的不確定度、測量方法的不確定度、測量環(huán)境條件的不確定度、人員操作的影響、被測氣體的波動性。其中，在符合評價規(guī)則要求的條件下測量方法及測量環(huán)境條件的不確定度可忽略。人員操作的影響及被測氣體的波動性體現(xiàn)在檢測的重復性中。故測量不確定度主要由重復性測量的不確定度、標準儀器引入的不確定度引入的不確定度組成。

不確定度評定

重復性測量引入的標準不確定度Au，用煙氣分析儀對氣體含量在重復性條件下，進行5次測試，具體數(shù)據(jù)見表1。

由于簡單測試測量結(jié)果是5次平均值，所以

B類標準不確定度Bu的評定

合成標準不確定度cu

由于uA，uB各分量互不相關(guān)，所以合成標準不確定度uc

計算擴展不確定度

取k=2，用煙氣分析儀測量煙道中氣體的擴展不確定度：

當檢測結(jié)果處于規(guī)則的臨界值有可能判定被測鍋爐不合格時，應該給出測量結(jié)果的不確定度。通過分析不確定度，把測試誤差控制在允許范圍內(nèi)，保證測試結(jié)果的準確性，使分析數(shù)據(jù)在給定的置信水平內(nèi)。當發(fā)現(xiàn)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)將超出預先確定的判據(jù)時，應采取有計劃的措施來糾正出現(xiàn)的問題，同時采取措施防止報告錯誤的結(jié)果，這不僅保證測量結(jié)果的準確性，從某種程度上也減小了檢測人員對測試結(jié)果所承擔的風險。

總結(jié)

“我國富煤、少氣、貧油，而且資源利用率低。”燃煤工業(yè)鍋爐作為公認的“煤老虎”，是我國耗能最多的設(shè)備之一，且運行效率低。因此，對工業(yè)鍋爐進行節(jié)能改造或者淘汰一些效率極低、環(huán)境污染嚴重的舊式燃煤鍋爐適應節(jié)能降耗建設(shè)的新需求而言，煙氣分析儀給出準確的、直觀的科學數(shù)據(jù)則是重要的依據(jù)，保證煙氣分析儀的準確度便是該依據(jù)的前提，除此之外，提高檢測人員對儀器的操作、維護水平，也是保證測量結(jié)果準確的必要條件。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.053