2.4 氣體敏感元件傳感器
利用n型金屬氧化物半導體(如ZnO,SnO2等)的電導率對環境變化十分敏感的特性,以SnO2為基體材料,采用厚膜工藝研制成的NOx氣敏元件具有良好的物理性,化學性穩定,靈敏度高,最低檢出濃度為0.1ppm。
2.5 化學發光法
在一定條件下,NO與過量的O3發生反應,產生激發態的NO2。激發態NO2躍遷返回基態時,會產生波長為900nm的近紅外熒光。在濃度較低情況下,NO與O3充分反應發出的光強度與NO濃度成正比,光電轉換器吸收光子產生光電流,光電流強度與NO濃度成線性關系,即可通過檢測化學發光強度計算NO濃度。為得到NO2的濃度,可把NO2預先轉化為NO。其檢測極限和靈敏度都可達到1ppb以下。
2.6 小結
鹽酸萘乙二胺比色法是一種傳統的化學檢測方法,不能實現連續在線分析,只能采樣測量。激光誘導熒光法,響應速度快,靈敏度高,可實現很低的檢測極限,但系數過于復雜和精密,造價太高。原電池庫侖滴定法響應時間變長,連續運行能力差,不適宜連續在線監測。氣體敏感元件傳感器具有較好的穩定性,選擇性,靈敏度高,成本較低,但隨著使用時間的推移,響應時間變長,靈敏度降低,元件屬于易消耗品,一般只能使用1-2年,需要經常更換。化學發光法測量精度與靈敏度高,響應時間短,線性范圍寬,穩定可靠,是目前主流的氮氧化物測定方法之一,可實現氮氧化物體積濃度的連續在線監測。
3 二氧化硫/氮氧化物多組分監測技術
目前光譜吸收法目前國內應用最為廣泛的煙氣多組分監測技術,其中非分光紅外吸收光譜法應用較多,還包括少部分非分光紫外吸收光譜法,又稱差分吸收光譜法。這類技術是基于朗伯-比爾(Lambert-Beer)吸收定律的光譜吸收技術,其基本分析原理是:當光通過待測氣體時,氣體分子會吸收特定波長的光,可通過測定光被介質吸收的輻射強度計算出氣體濃度。這兩種監測技術均可實現對煙氣中二氧化硫、氮氧化物多組分的連續在線監測。
3.1 非分光紅外吸收光譜法
非分光紅外吸收光譜法(ndir)是目前國內應用最為廣泛的煙氣成分在線監測技術。該監測技術是基于被測介質對紅外光有選擇性吸收而建立的一種分析方法,屬于分子吸收光譜分析法。紅外光線通過檢測氣室后,通過測定被氣體吸收部分波長后的紅外輻射強度來測量被測氣體的濃度。該氣體分析方法具有如下特點:
1)可測量多組分氣體,除單原子的惰性氣體和具有對稱結構無極性的雙原子分子外;
2)測量范圍寬,上限可達100%,下限可達幾個ppm的濃度,當采取一定措施后,甚至可以進行ppb級的分析;
3)測量精度高,一般都在±2%fs;
4)響應時間快,一般在10s以內;
5)選擇性好,特別適合對多組分煙氣氣體中某一待測組分的測量,而且當煙氣中一種或多種組分濃度發生變化時,并不影響對待測組分的測量。
3.2 非分光紫外吸收光譜法
非分光紫外吸收光譜法(DOAS)是一種光譜監測技術,其基本原理是利用空氣中氣體分子的窄帶吸收特性來鑒別氣體成分,并根據窄帶吸收強度來推演氣體濃度。DOAS基于朗伯-比爾定律,將氣體的吸收截面分為隨波長的慢變化部分和快變化部分。通過多項式擬合高通濾波方法去除光譜中的慢變化部分,剩下的則由于分子的窄帶吸收造成的光源衰減。由于基于朗伯-比爾定律具有線性性質,煙氣中氣體的吸收可看做是線性疊加,故可采用最小二乘擬合方法,用氣體標準差分吸收截面對測量得到的差分吸收光譜進行擬合,反演出煙氣中氣體的濃度。
該氣體分析方法具有:高靈敏度,可實現多組分實時在線監測;機械、電子部件較簡單、無氣路、維護簡便;開放式光程測量方法,無需采樣,高精度非接觸測量;適用于活性較大的物質測量等特點,十分適宜煙氣中二氧化硫、氮氧化物等多組分氣體濃度的連續在線監測。
3.3 小結
由于排煙環境及煙氣成分復雜,傳統非分光紅外吸收光譜法對煙氣成分的檢測結果極易受環境溫度、水分含量、hc等因素干擾,從而無法實現對二氧化硫、氮氧化物低濃度的準確測量,因此必須對傳統紅外吸收光譜法進行技術創新升級,排除溫度、水分、HC等因素對其檢測結果的影響,才可實現煙氣成分的低量程檢測。如新款煙氣分析儀(低量程在線型)Gasboard-3000plus在傳統紅外吸收光譜氣體分析技術的基礎上,將微流紅外吸收光譜氣體分析技術與隔半氣室設計相結合,并采用整體恒溫、水分調節、hc干擾減除、自動調零等裝置,可實現紅外光譜吸收法對超低排放煙氣成分的實時在線監測。

微流紅外技術+隔半氣室設計原理圖
非分光紫外吸收光譜法靈敏度高、檢測下限低、選擇性好,較適用于超低排放煙氣多組分的實時在線監測,如紫外煙氣分析儀(超低量程)Gasboard-3000UV基于國際紫外差分光譜吸收氣體分析技術,采用獨特的算法,長光程多次回返氣體室,檢測下限達到1mg/m3,抗干擾能力強,測量精度高,同樣可滿足超低排放煙氣監測市場的需要。

煙氣分析儀(低量程在線型)gasboard-3000plus
4 總結
可用于測量煙氣中二氧化硫、氮氧化物的監測技術有很多,但如果是在符合HJ/T76(按超低排放限值計算,二氧化硫和氮氧化物量程應不大于175mg/m3和250mg/m3)標準條件下,對煙氣單一組分的濃度進行測定,測量二氧化硫濃度可考慮采用紫外熒光法,測量氮氧化物濃度可考慮使用化學發光法;此外,紅外/紫外吸收光譜氣體分析技術用于對煙氣單一組分的測量也十分適宜。如果是對煙氣多組分的濃度進行測定,那么升級版的非分光紅外吸收光譜法與非分光紫外吸收光譜法均可作為超低排放煙氣在線監測技術的選型參考。