水分對紅外煙氣分析儀的影響

連續污染物排放監測系統CEMS自上世紀八十年代應用于國內的排放監測以來，在國內逐漸建立起對污染物的排放監測網絡，系統安裝總數也接近兩萬套。其中多數采用了直接抽取式取樣加紅外氣體分析的方法。隨著國家對污染源控制的加強，實際排放濃度逐年降低，這對紅外氣體分析儀器的適用性提出了更高的要求。尤其是在高濕低濃度條件下，對紅外氣體分析儀的測試精度、分辨率、抗干擾性提出了更高的要求。本文就實際應用中特別關注的抗水分干擾和分辨率等儀器性能探討如下。

1. 紅外煙氣分析儀受水分干擾的消除方法

由于煙氣排放中的水含量是影響二氧化硫和氮氧化物測定的主要干擾物（參考SO2紅外吸收光譜圖），水分干擾直接影響了儀器的測量精度。這也是為什么部分紅外氣體分析儀在實驗室條件下使用標準氣檢定時合格，在CEMS現場測試卻達不到要求的原因。

     通常CEMS系統取樣中采取冷干法脫除水分，以防止水分冷凝和水分干擾，但由于排放工況的變化和冷凝效率的原因，冷凝器的出口露點往往存在波動。在高濕低濃度條件下，水分的干擾往往過了儀器本身的測量誤差，干擾誤差尤為明顯。

消除水分干擾誤差的方法通常兩種：一是采用脫水裝置，二是設置水分傳感器并進行軟件補償。

采用脫水裝置的方法有采用干燥劑如無水高氯酸鎂，或者采用NAFION膜式干燥管。其主要問題在于需要經常更換，人為增加了運行維護成本。儀器生產廠家也有可能在檢定時使用脫水裝置，但是在運行時為減少運行費用不采用該裝置，造成實際運行中的性能改變，導致CEMS監測數據不確定度增加。

      采用水分傳感器軟件補償的方法一般只修正零點的水分干擾，且低端的分辨率較低。對于同時含水和含SO2,NO的氣體的修正精度很差。此外對于NO分析儀，由于在相同的氣室長度下，NO的分辨率低于H2O的分辨率，采用水分傳感器修正的方法對NO會造成很大的誤差。

     那么如何真正有效降低水分對紅外分析儀測量的影響呢？紅外煙氣分析儀在傳統微流紅外傳感器的基礎上，增加了調水機構。它是通過將不同溫度下的飽和空氣依次通入紅外傳感器，通過調節調水機構，使得含有非冷凝水的氣體與N2的信號一致。同時通過硬件調節及線性修正，來消除H2O（氣）對SO2、NOx的干擾。進一步實驗結果還表明，通過該方法調節后的傳感器可以滿足各種水分含量條件下的水分干擾消除，干擾的程度可控制在5ppm以內。

2. 低量程紅外煙氣分析儀分辨率的檢定

       紅外測量原理是基于郎伯比爾定律，即通過吸收光強的變化測定氣體濃度。當氣體濃度較小時，光強變化也小，若傳感器分辨率不夠，就無法響應濃度的變化。

      很多儀器為提高零點穩定性，會采用不同的算法，以減小零點的波動；還有如前所述，為了補償水分的干擾影響，也會采用零點補償方式。這樣的直接結果就是零點附近儀器沒有反應。

實際應用中低量程儀器的程要求不高于200ppm，為測量可靠性，實際的分辨率應不大于1ppm。

       檢定時可采用10ppm的標準氣體（SO2,NO），利用氣體分割器（配氣儀）將濃度控制在5ppm，通入儀器內，讀取儀器的測量結果A，此后利用配氣儀將濃度控制在4.9ppm，讀取儀器的讀數B,連續多次（3次以上）測量得到A,B的平均值，兩平均值的差就是儀器實際的分辨率。

       只有解決水分干擾和分辨率的問題，煙氣分析儀才能真正滿足高濕低濃度的測量要求，真正有效實現監控污染物排放，為減排提供切實的統計數據。

      在CEMS煙氣分析儀使用過程中紅外線分析儀必須去除水分的影響，所以在預處理過程中一般雙路冷凝器比較保險，還有弱酸性液體對分析儀的影響也要考慮。