淺談煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置研制

宋福勝

（山西省計(jì)量科學(xué)研究院,太原 030000）

淺談煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置研制

宋福勝

（山西省計(jì)量科學(xué)研究院,太原 030000）

摘要：介紹了一種煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)方案，以解決煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在檢定和校準(zhǔn)過(guò)程中需要不同組分和不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體的需求；同時(shí)滿足現(xiàn)場(chǎng)不同組分和不同濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體作為標(biāo)準(zhǔn)使用要求,為提高檢定和校準(zhǔn)煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)效率提供一種快速、可靠的方法。

關(guān)鍵字：煙氣；在線監(jiān)測(cè)；校準(zhǔn)裝置

1　引言

煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用于各種鍋爐連續(xù)廢氣排放量的監(jiān)測(cè)，主要方法有直接抽取法和直接測(cè)量法可以連續(xù)在線監(jiān)測(cè)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?xì)浠衔铮–HX）等參數(shù)的測(cè)量。煙氣在線監(jiān)測(cè)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要對(duì)煙氣中二氧化硫（SO2）濃度、氮氧化合物（NOX）濃度、含氧量等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用以將污染物濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)干煙氣狀態(tài)和排放標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的過(guò)?？諝庀禂?shù)下的濃度。

數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要完成測(cè)量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)功能，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的格式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)保局。CEMS的性能、技術(shù)指標(biāo)、安裝、調(diào)試及運(yùn)營(yíng)應(yīng)當(dāng)符合《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 75-2007）和《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及監(jiān)測(cè)方法》（HJ/T 76-2007）中的相應(yīng)規(guī)定。

2　煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)設(shè)計(jì)思路

煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置采用手提式，達(dá)到攜帶方便、操作簡(jiǎn)捷的目的。煙氣分析系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要加裝相應(yīng)煙氣組分檢測(cè)器。

2.1整體設(shè)計(jì)方案

通過(guò)零氣發(fā)生器，高濃度氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，質(zhì)量流量計(jì)及煙氣分析模塊的合理集成。質(zhì)量流量計(jì)采用美國(guó)艾默生熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，以實(shí)現(xiàn)不同組分不同濃度經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)在數(shù)秒內(nèi)達(dá)到數(shù)值穩(wěn)定，準(zhǔn)確。煙氣分析模塊可同時(shí)測(cè)量二氧化硫（SO2）濃度、氮氧化合物（NOX）濃度、含氧量等相應(yīng)參數(shù)的氣體濃度。校準(zhǔn)裝置根據(jù)被校準(zhǔn)儀器的使用情況，配置高、中、低量程，可實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)切換，滿足不同被校儀器的需要。校準(zhǔn)裝置基于VisualBasic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了校準(zhǔn)裝置控制軟件和數(shù)據(jù)采集模塊，另使用觸摸屏界面，操作簡(jiǎn)便，外接打印機(jī)，可直接打印輸入校準(zhǔn)原始記錄。

2.2配氣模塊設(shè)計(jì)原理

校準(zhǔn)裝置的配氣模塊選用多塊美國(guó)艾默生熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，在觸摸屏界面操作界面上輸入高濃度標(biāo)準(zhǔn)氣體，設(shè)定需要輸出標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度，就可以完成配氣。熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)工作原理：傳感器部分由兩個(gè)基準(zhǔn)級(jí)鉑電阻溫度傳感器組成，采用橋式環(huán)路，一個(gè)傳感器測(cè)量流體溫度，另一個(gè)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(gè)溫度傳感器的固定溫差需要電路對(duì)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(zhì)量有關(guān)，由此測(cè)量流量。

2.3煙氣分析模塊設(shè)計(jì)原理

校準(zhǔn)裝置的煙氣分析模塊采用電化學(xué)氣體傳感器：其工作原理是將在一個(gè)塑料制成的筒狀池體內(nèi)安裝工作電極、對(duì)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(tài)。

3　校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新點(diǎn)

3.1技術(shù)創(chuàng)新——實(shí)現(xiàn)溫、濕度自動(dòng)補(bǔ)償

校準(zhǔn)裝置的配氣模塊設(shè)計(jì)了溫、壓自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，即采用質(zhì)量流量計(jì)測(cè)量氣體時(shí)，對(duì)溫度、壓力同時(shí)補(bǔ)償，氣體以標(biāo)準(zhǔn)狀況體積流量結(jié)算。校準(zhǔn)裝置的煙氣分析系統(tǒng)在前處理增加了水份干濕處理裝置，校準(zhǔn)裝置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境濕度的差異變化，進(jìn)行濕度補(bǔ)償，對(duì)煙氣中含有一定水氣的煙氣進(jìn)行水分補(bǔ)償校正，降低由于水分干擾造成對(duì)煙氣濃度分析的測(cè)量偏差，使進(jìn)入裝置的組分氣體滿足測(cè)量條件的需求，達(dá)到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確目的。

3.2結(jié)構(gòu)創(chuàng)新—-實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)直接配氣及煙氣分析一體化。

由于選用了先進(jìn)的高精度質(zhì)量流量計(jì)，配氣系統(tǒng)具備配比氣體響應(yīng)時(shí)間快、性能穩(wěn)定可靠、維護(hù)量小等優(yōu)點(diǎn)，不同比例的氣體經(jīng)質(zhì)量流量計(jì)達(dá)到平衡時(shí)間僅為6秒之內(nèi)，數(shù)值穩(wěn)定準(zhǔn)確。配比率可根據(jù)用戶需求隨意選擇。

3.3應(yīng)用創(chuàng)新——實(shí)現(xiàn)軟件控制智能化。

控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)配氣和氣體組分分析同步進(jìn)行，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理同步進(jìn)行。配備了工控軟件平臺(tái)及數(shù)據(jù)采集模塊。其中工控軟件平臺(tái)配置多通訊端口，滿足多種通訊協(xié)議要求，達(dá)到對(duì)不同控制和測(cè)量模塊的同步控制及相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步采集。對(duì)所采集到的數(shù)據(jù)，可存放5年以上，并可以選擇界面查詢、打印輸出、遠(yuǎn)程通訊等多種方式。配氣的周期和濃度比例可以根據(jù)用戶的需求進(jìn)行設(shè)置。軟件系統(tǒng)設(shè)備設(shè)置多級(jí)管理權(quán)限，滿足不同用戶的使用要求。

4　校準(zhǔn)裝置測(cè)試數(shù)據(jù)

煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置選用NO/N2、SO2/N2、CO/N2、CO2/N2、和O2/N2一級(jí)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行不同組分不同濃度進(jìn)行切割測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：

中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院校校準(zhǔn)結(jié)果證書(shū)編號(hào)NHqt2012-4093（1）外觀檢查：良好；

（2）儀器技術(shù)參數(shù)校準(zhǔn)結(jié)果：

1）NO量程為：（0～250）×10-6檢定結(jié)果（見(jiàn)表1）：

表1

相關(guān)系數(shù)：r=0.9999

線性方程：Y=1.015X-0.5644注：X為測(cè)量值，Y為修正值

配氣準(zhǔn)確度（線性誤差）：≤±0.20％FS

重復(fù)性：＜0.21％

響應(yīng)時(shí)間：＜30s

煙氣示值準(zhǔn)確度：＜1.5％

2）NO量程為：（0～2500）×10-6檢定結(jié)果：

相關(guān)系數(shù)：r=0.9998

配氣準(zhǔn)確度（線性誤差）：≤±0.20％FS

重復(fù)性：＜0.28％

響應(yīng)時(shí)間：＜20s

煙氣示值準(zhǔn)確度：＜1.5％

3）SO2（0～250）×10-6檢定結(jié)果（見(jiàn)表2）：

表2

相關(guān)系數(shù)：r=0.9999

線性方程：Y=0.9966X+2.640注：X為測(cè)量值，Y為修正值

配氣準(zhǔn)確度（線性誤差）：≤±0.16％FS

重復(fù)性：＜0.24％

響應(yīng)時(shí)間：＜45s

煙氣示值準(zhǔn)確度：＜1.5％

4）SO2量程為：（0～2500）×10-6檢定結(jié)果：

相關(guān)系數(shù)：r=0.9990

線性方程：Y=0.9767X-3.624注：X為測(cè)量值，Y為修正值

配氣準(zhǔn)確度（線性誤差）：≤±0.80％FS

重復(fù)性：＜0.22％

響應(yīng)時(shí)間：＜30s

煙氣示值準(zhǔn)確度：＜1.5％

5）CO（0～250）×10-6檢定結(jié)果（見(jiàn)表3）：

表3

相關(guān)系數(shù)：r=0.9999

線性方程：Y=1.001X+0.9130 注：X為測(cè)量值，Y為修正值

配氣準(zhǔn)確度（線性誤差）：≤±0.50％FS

重復(fù)性：＜0.11％

響應(yīng)時(shí)間：＜30s

煙氣示值準(zhǔn)確度：＜1.5％

6）CO2（0～250）×10-6檢定結(jié)果（見(jiàn)表4）：

表4

相關(guān)系數(shù)：r=0.9999

線性方程：Y=1.031X-18.53注：X為測(cè)量值，Y為修正值

配氣準(zhǔn)確度（線性誤差）：≤±0.05％FS

重復(fù)性：＜0.20％

響應(yīng)時(shí)間：＜30s

煙氣示值準(zhǔn)確度：＜1.5％

7）O2（0～25）×10-6檢定結(jié)果（見(jiàn)表5）：

表5

相關(guān)系數(shù)：r=0.9999

線性方程：Y=0.9892X+0.1103注：X為測(cè)量值，Y為修正值

配氣準(zhǔn)確度（線性誤差）：≤±0.28％FS

重復(fù)性：＜0.28％

響應(yīng)時(shí)間：＜32s

煙氣示值準(zhǔn)確度：＜1.5％

5　結(jié)束語(yǔ)

固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置的研制，從技術(shù)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。它不僅解決了固定污染源煙氣排放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的量值準(zhǔn)確，大大提高現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)工作效率，而且充分體現(xiàn)其在計(jì)量檢測(cè)領(lǐng)域中的實(shí)用性，以及為環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)提供煙氣監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)裝置的功能多樣化。

作者簡(jiǎn)介：宋福勝（1978—），男，安徽長(zhǎng)豐人，本科，工程師，副所長(zhǎng)，研究方向：化學(xué)計(jì)量。