烟气分析仪

气态污染物测试技术

我国的气态污染物主要有：氮氧化物NOx（NO、NO2、N2O）、碳氧化物（CO）、硫氧化物（SO2）、氨NH3、硫化氢(H2S)、卤素（HCL）、有机化合物（VOCS）等。

烟气分析仪是用来测量燃料燃烧工业锅炉所产生的烟气中污染气体成分的仪器 ,一般由红外、化学发光、电化学等多种传感器组成 ,主要测量对象有氧气(O2 )、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)等。利用烟气分析仪可以对燃料的燃烧过程进行分析,计算燃料的燃烧效率,实现节能生产；还可以对燃烧中产生的气态污染物(SO2、NOx等)及温室气体(CO2等)进行连续监测和计算。烟气分析仪可以按使用方式分为两种，为便携式烟气分析仪和在线式烟气连续监测分析仪。所谓“在线式监测”就是指在不影响设备运行的条件下，对设备的状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。相对来说离线监测就是不定时的、需要人工操作的监测，通常使用的是便携式烟气分析仪。

1、便携式烟气分析仪

便携式烟气分析仪的特点是重量小、携带方便、取样快捷、读数简便,能快速测量现场气体的浓度、温度、含湿量等,便于工作人员现场使用,而且投资小。便携式烟气分析仪大多采用电化学式传感器进行测量。电化学传感器就是采用各种不同的专用电极,利用敏感材料与被测物质中的分子、离子或生物质接触时所引起的电极电势、表面化学势的变化或所发生的表面化学反应或生物反应转换成电讯号而测定特定物质的浓度。目前也有很多电化学式和红外线型相结合的便携式烟气分析仪，如Madur公司深圳昂为代理型号GA-21plus便携式烟气分析仪如图1。

图1 便携式烟气分析仪外形图

该分析仪标准装置二组电化学感测单元，可以同时测量O2、CO、NO、NO2、SO2、Cl、H2S、HCl、CO2、CH4多组气体成分。GA-21plus便携式烟气分析仪器参数如下表1。

表1 GA-21plus便携式烟气分析仪器参数

气体方法量程精度反应时间O2电化学原

理

0-25 % 0.20 % 45秒

CO 电化学原

理0-20000p

pm

± 5 ppm 45秒

NO/NOx 电化学原

理

0-5000

ppm

± 5 ppm 45秒

NO2电化学原

理

0-1000

ppm

± 5 ppm 45秒

SO2电化学原

理

0-5000

ppm

± 5 ppm 45秒

H2S 电化学原

理

0-1000

ppm

± 5 ppm 45秒

Cl2电化学原

理

0-300

ppm

± 5 ppm 45秒

CO2红外线原

理

0-5% ± 0.03% 45秒CH4红外线原

理

0-5% ± 0.03% 45秒

但是便携式的烟气分析仪充电时间为10小时，操作使用时间为6小时，每次使用前都需要提前准备，操作时间也有所限制。

2、在线式烟气连续监测分析仪

在线式烟气监测分析仪的特点是能够连续不间断地对排放物进行监督、检测,随时读取现场数据并通过远端处理系统用微机进行记录、存储,可以对生产企业排放的烟气进行连续监测,以获取全面而完整的监测数据,但投资大。

在线式烟气连续监测分析仪多采用非色散（不分光）型红外线吸收式(NDIR)和电化学式或热磁式相结合的方式进行测量。例如日本岛津生产的NSA-3080型在线式烟气连续检测仪，如图2。SO2、NOX、CO和CO2采用非色散型红外线方法,O2采用热磁式方法。非色散型红外线吸收气体浓度装置是利用不同气体成分在红外波段内均有不同的特征吸收波长,根据气体成分对某一特征吸收波长的吸收大小而确定气体的浓度,从而将气体成分的浓度信息转换为数字信息。其优点是可避免其它气体对被监测气体的干扰,实现了多种气体浓度的同时测量,且测量精度高。

图2 NSA-3080型在线式烟气分析仪

图3Mamos-400在线式固定监测烟气分析仪

另外比较新的有Mamos-400在线式固定监测烟气分析仪如图3，其测试的气体有(电化学式)：O2, CO, NO, NO2,SO2, H2S,CL2, H2(红外线式)：CO, CO2, CH4, N2O可以同时测十二组气体成分。而且在线式固定烟气分析仪的红外传感器反应迅速反应时间小于十秒。

3、烟气测试中又可以按照测试方法将分析仪不同分为，红外线气相分析仪、气象色谱仪、热导式气体分析仪等。

红外线气体分析仪

红外线气体分析仪原理如下：参比室中充有不吸收红外线的气体，如N2等。参比室的作用是在待测组分为零时使经两个气室后照射到红外探测器上的红外线强度相等，减小光源波动及环境变化的影响。待测组分进入工作室，将工作气室通入被测气体，两个气室气体吸收红外能量不同，两个红外探测器获取不同信号。

红外探测器红外气体分析原理

工作室

参

比

室

图4 红外线分析原理 由于不同的气体有不同的红外吸收光谱图，因此，和热导式、热磁式气体分析仪相比，红外线气体分析仪可用于多种气体的成分分析。目前，较多的用于CO 、CO2、、NH4、SO2、NH3、NO 等气体的检测。由于受红外探测器检测气室、滤波气室、参比气室的限制，通常一台仪器只能测量一种组分的一定浓度范围。

但是红外线气体分析仪的使用环境条件比热导式等要严格，例如，不能将仪器安装在振动和冲击较大、尘埃较大的地方。

气象色谱分析仪

气象色谱法是一种用气体做为流动相的色谱法，基于时间分差用以分离，分析多组分混合物的及有效的物理及物理化学方法。气象色谱又可以根据固定项的不同分成，气固色谱：流动相为气体，固定相为固体吸附剂；气液色谱：流动相为气体，固定相为液体。将气化的混合物或气体通过含有某种物质的管子，基于管中物质对不同化合物的保留性能不同而得到分离。这样，就是基于时间的差别对化合物进行分离。样品经过检测器后，被记录的就是色谱图如图

1，每一个峰代表混合样品中不同的组分。峰出现的时间称为保留时间，可以用来对每个组分进行定性，而峰的大小（峰高后峰面积）则是组分含量大小的度量。

图1 色谱图

气象色谱法的主要结构：

1、载气系统

包括硬件：气体钢瓶、净化干燥管和载气流速控制装置等；

软件：包括载气、辅助气体（常用的载气有：氢气、氮气、氦气）