煙氣濃度智能檢測儀的研制及精確監測研究

徐宏

摘 要：煙氣濃度智能檢測儀相比于傳統煙氣分析儀具有顯著優勢，主要借助電化學傳感器，運用計算機編程語言設計系統程序，實現人機交互、數據采集與分析、數據存儲等功能，能夠對多種化學物質進行采集分析，且氣體測量具有較高的精準度，是一種智能化的監測方式。

關鍵詞：煙氣檢測儀；智能化；精確性

隨著我國工業化的快速發展，我國煤電等大型企業的環境保護意識逐漸增強，探索應用超低排放技術，可以說已經踏入一個“超低排放時代”。超低排放或超清潔排放，是指通過改造燃煤機使煙氣排放量與天然氣抑制，即SO2不超過35mg/m3、氮氧化物NOX不超過50mg/m3、煙塵不超過5mg/m3[1]。因此，采用智能化的煙氣濃度檢測儀，提高監測效率和檢測精確性具有現實性。

1 煙氣濃度檢測儀

煙氣濃度檢測儀也叫煙氣分析儀，主要用于測量燃料燃燒工業鍋爐所產生的煙氣中污染氣體的質量濃度，其傳感器主要分為紅外線、化學發光、電化學等多種類型，實現空氣中氧氣（O2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）等氣體的質量水平。運用煙氣濃度檢測儀能夠有效地測量出燃料燃燒所造成的氣體含量，有利于促進節能減排；并實現動態、持續地監測空氣中SO2、NOX等氣態污染物的含量，以及CO2等溫室氣體的排放量。煙氣濃度檢測儀主要分為便攜式和在線式，其中“在線式監測”指的是在對設備運行不造成影響的前提下，動態持續檢測設備，具有自動化控制的特點。相對來說離線監測就是不定時的、需要人工操作的監測，通常使用的是便攜式煙氣分析儀。

2 煙氣濃度智能檢測儀的研制及精準性監測

SO2是我國大氣污染中最主要的煙氣成分，要控制SO2的排放需要進行煙氣脫硫，獲得較高脫硫效率就需要精準檢測煙氣中SO2濃度。目前煙氣SO2智能檢測裝置以國外產品為主，本文以電化學傳感器法煙氣SO2濃度智能檢測儀為例，研究其研制及精準性監測。

2.1 氣路設計 儀器的氣路結構組成：煙塵過濾器，采樣搶，氣水分離器，泵，儲氣室和傳感器室。氣路結構圖如下圖1。煙塵過濾器的功能是完成對待測氣體的除塵；氣水分離器分為杯式和管式兩種，其功能是將煙氣經管路傳送至氣水分離器，煙氣中大部分水存留下來，并經水膜分離技術后成為干煙氣，送至儀器。在在線檢測儀器中傳感器室中運用電子冷凝器，完成對SO2的濃度測量。由于傳感器測量時間有限，因此設計兩個傳感器室，可以自由切換，以實現精準的在線測量。

2.2 SO2濃度檢測儀的結構 SO2氣體氣體首先經煙塵過濾，再經過水氣分離、降溫降水、升溫成為非結露，經過傳感器檢測，處理過檢測信號后通過A/D轉換器傳送至單片機，再次處理檢測信號，將處理結果經一路送至顯示器；經二路送至上位機進行分析處理；經三路送至繼電器，由控制執行機構完成動作。SO2濃度檢測儀的結構如下圖2。在檢測中采用線性電壓輸出式集成濕度傳感器（型號：HM1500），對濕度進行檢測和控制，同時也要檢測控制溫度。

2.3 智能化設計

2.3.1 控制程序。智能化的控制程序主要采用單片機程序，運用單片機分析、讀寫并控制A/D轉換器中的數據信息，實現對SO2濃度的分析與檢測。運用C語言編寫單片機的程序，編寫出簡單清晰、移植性較好的操作程序。檢測SO2的流程：閥1、4開，閥2、5關或閥2、5開，閥1、4關，開泵后測量儲氣室的溫度，若溫度>50℃則降溫后開閥3防水，確定煙氣已進入傳感室，測量傳感器的溫度和濕度，在不升溫的情況下讀入A/D轉換器SO2通信值，計算出SO2含量。

2.3.2 通信程序。系統的單片機運用中斷方式接受命令，并運用查詢方式將數據發送出去。單片機與上位機之間的通信程序主要采用C語言進行編譯。單片機通信程序：初始化，接受上位機命令，接著開始檢測命令、獲取數據命令，其中開始檢測命令下達后，應答1表示收到命令，并檢測SO2濃度，如果獲取數據命令成功且數據準備好，就計算校驗碼并回送數據和校驗碼。經實驗證明，這種通信程序具有較好的可讀性，編寫程序簡單，能夠使上機位和下機位的通信更加便捷，提高數據傳輸的準確性。

2.4 提高監測的精準性 首先，由于煙氣中氣態污染物混合均勻，采集SO2等氣體的位置應設置在煙道截面中心或靠近中心的位置，采樣期間的工況應與平時進行工況相同，確保測量環境中氣流的穩定。其次，對煙氣進行除塵、除濕等常規操作，提高儀器采集煙氣的效率和監測效果。在冬季溫差較大或濕度較高的環境中收集煙塵，要注意先連接除塵過濾器，在經過加熱使氣體順利通過導管，傳感器、泵等環節。再次，要正確測試儀器的操作，確保檢測結果的準確性。在清潔的空氣中打開儀器，檢查完在進行煙道插入，確保儀器讀數穩定后再觀察可讀數，多次測量取其平均值。第四，合理區分煙氣分析儀的不同適用范圍，在實際應用中，SO2氣體一般存在于燃油爐、燃氣爐、水泥廠等監測過程中，測定值會受到一些因素的影響造成測定值的偏低，因此要分別配置相應的混合標氣，將主要檢測氣體對常用電化學傳感器的交叉干擾進行匯總。最后，定期做好煙氣分析儀的維修和保養，確保其檢測結果的精確性。

參考文獻：

[1]王毅，何玲.原位測量式分析儀在煙氣排放監測系統中的設計研究[J].天津科技，2014，41（7）：11-15.