便攜式煙氣分析儀的應用探討（上）

隨著我國對大氣污染防治的力度逐年加大，在國內已經逐漸建立起對污染物的排放監測網絡，連續污染物排放監測系統CEMS系統的安裝總數也接近兩萬套。如何有效保證監測系統的可靠運行，監測數據真實有效成為了環保和監測部門的重要關注點。

煙氣分析儀大量應用于監測系統的比對和校驗，以保證監測結果的可靠性。實際的應用中大多數監測系統已經采用了非分光紅外原理的氣體分析方法，但便攜式的煙氣分析儀仍然沿用電化學的測量原理。不同原理測試方法的相關性問題以及電化學原理儀器的抗干擾等問題已經在實際應用中凸顯出來，使用便攜紅外煙氣分析儀替代電化學儀器已經成為了監測比對方法的必然趨勢。

測量方法及其原理

主流的煙氣分析儀大多采用電化學和非分光紅外的測試原理。電化學的儀器已經由進口儀器轉變為以國產儀器為主，但高端的應用儀器仍然是以德圖或凱恩為代表的進口儀器為主；紅外的儀器近年來隨著自主知識產權的紅外技術在國內逐漸推廣，也開始了批量國產化，并小型化，*終實現在便攜煙氣分析儀中的應用。

電化學測試原理

電化學測試方法又稱為定電位電解法，是*對二氧化硫的標準測定方法之一。（HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定定電位電解法》）。其核心器件電化學傳感器的結構如圖。

電化學傳感器的結構

二氧化硫（SO2）擴散通過傳感器滲透膜，進入電解層，在恒電位工作電極上發生氧化反應；由此產生極限擴散電流，在一定范圍內，其電流大小與二氧化硫濃度成正比。

電化學傳感器還可廣泛應用于一氧化氮、氯化氫、硫化氫等氣體的測定。由于傳感器的制作對工藝和材料的特殊要求，目前仍然主要依賴進口。

非分光紅外測試原理

非分光紅外氣體測試方法已經廣泛應用于工業過程和環境監測等領域。其核心部件紅外傳感器根據應用特點的不同，又可分為雙光束、微流、微音器等不同類型。固定污染源監測系統中大量使用的是微流紅外傳感器，可實現對二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳等主要污染物的測定。近年來，環保等相關部門也開始著手非分散紅外測定方法的標準制定，以規范測試方法的應用。紅外微流傳感器的結構如圖 

微流紅外傳感器的結構

微流紅外傳感器技術的工作原理為：紅外光源①發出的紅外光，經過切光器②調制頻率后，進入測量氣室④；由于二氧化硫等異種原子構成的分子對紅外光具有吸收特性，若測量氣室④中存在上述氣體，則進入測量氣室的部分紅外光會被吸收，未被吸收的紅外光進入檢測器⑤。檢測器⑤由前氣室、后氣室、微流傳感器⑥組成，前、后氣室充滿待測組分的氣體。在紅外光的作用下，檢測器前、后氣室中的氣體發生膨脹；由于存在膨脹差異，會導致前、后氣室之間產生微小的流量；微流傳感器⑥檢測到該流量后，產生交流電壓信號，信號經處理后得到氣體的濃度。

學分析儀的應用分析

電化學分析儀具有小型、輕便、快捷等優點，在我國應用較多。但國內傳感器制作技術有限，大部分仍需進口傳感器，使用成本較大。實際使用中電化學儀器還會普遍存在取樣流量、氣體交叉干擾以及前處理等方面的問題。

流量對電化學儀器的影響 

采用電化學傳感器設計的煙氣分析儀，不論是國產儀器，還是國外進口儀器，在使用過程中經常碰到“測不準”問題，即在實驗室測試標準氣體是好的，到了現場卻測不準。這是因為，電化學傳感器對流速的變化極為敏感。通常電化學類煙氣分析儀的測試讀數與采氣流速呈“正相關”。

HJ/T 57-2000《固定污染源排氣中二氧化硫的測定電位電解法》標準特別強調：“采氣流速的變化直接影響儀器的測試讀數”。

*環境監測總站《火力發電業建設項目竣工環境保護驗收監測技術規范》中也寫道：“定電位電解法監測儀器對采樣流量要求甚嚴，監測數據的顯示與采樣流量的變化成正比，當儀器采樣流量減小時（例如煙道負壓大于儀器抗負壓能力），監測數據明顯變小。在使用時為了減少測定誤差，儀器的工作流量應與標定（校準）時的流量相等”。

而煙道內煙氣，既有正壓工況的，也有負壓工況的，甚至存在壓力忽大忽小的變化工況。極端情況下，有些煙道還存在很大的負壓（如寶鋼燒結機頭負壓=20kPa）。針對大多數煙道負壓的情況居多，很多電化學煙氣分析儀配置了大功率的取樣氣泵。這一措施僅能避免抽不出氣的問題，仍然改變不了“負壓降低采氣流速”的問題。因此，不管你是大功率泵，還是小功率泵，只要煙道有負壓，檢測示值一定偏低。換句話說，只要你現場采氣流速不等于實驗室標定流速，測試示值肯定不準。

而現場測試過程中，流速對測量結果的影響往往難以暴露，只有當測試數據明顯偏離時才會引起注意。所以對儀器操作人員提出了較高的要求，必須嚴格控制儀器標定和采樣的流量，盡量保持一致。

氣體交叉干擾對電化學儀器的影響

電化學傳感器通過設置不同的電極電位，使得傳感器對應某一特定氣體敏感，從而達到測定的目的。但對于電極電位相似的氣體，會產生交叉干擾。 

實際的應用中，燃油爐、燃氣爐、水泥廠的監測過程中會出現SO2、NO測定值明顯偏低或檢測無的情況，主要是因為排放煙氣中NO2的干擾原因。而在測定鍋爐、水泥窯、燒結機煙氣時，往往會出現SO2測定值明顯偏大的情況，主要是因為排放煙氣中CO的干擾原因。

雖然這些氣體的交叉干擾已知，但由于干擾值的非線性和非重復性，電化學儀器也無法對干擾值進行有效補償。所以當監測數據異常時，還必須選用其他測試方法重新測試。