隨著(zhù)我國對大氣污染防治的力度逐年加大，在國內已經(jīng)逐漸建立起對污染物的排放監測網(wǎng)絡(luò )，連續污染物排放監測系統CEMS系統的安裝總數也接近兩萬(wàn)套。如何有效保證監測系統的可靠運行，監測數據真實(shí)有效成為了環(huán)保和監測部門(mén)的重要關(guān)注點(diǎn)。
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(shí)際的應用中大多數監測系統已經(jīng)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(xué)的測量原理。不同原理測試方法的相關(guān)性問(wèn)題以及電化學(xué)原理儀器的抗干擾等問(wèn)題已經(jīng)在實(shí)際應用中凸顯出來(lái)，使用便攜紅外煙氣分析儀替代電化學(xué)儀器已經(jīng)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(xué)和非分光紅外的測試原理。電化學(xué)的儀器已經(jīng)由進(jìn)口儀器轉變?yōu)橐試a(chǎn)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(jìn)口儀器為主；紅外的儀器近年來(lái)隨著(zhù)自主知識產(chǎn)權的紅外技術(shù)在國內逐漸推廣，也開(kāi)始了批量國產(chǎn)化，并小型化，*終實(shí)現在便攜煙氣分析儀中的應用。
電化學(xué)測試原理
電化學(xué)測試方法又稱(chēng)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(xué)傳感器的結構如圖。
電化學(xué)傳感器的結構
二氧化硫（SO2）擴散通過(guò)傳感器滲透膜，進(jìn)入電解層，在恒電位工作電極上發(fā)生氧化反應；由此產(chǎn)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(xué)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(lài)進(jìn)口。
非分光紅外測試原理
非分光紅外氣體測試方法已經(jīng)廣泛應用于工業(yè)過(guò)程和環(huán)境監測等領(lǐng)域。其核心部件紅外傳感器根據應用特點(diǎn)的不同，又可分為雙光束、微流、微音器等不同類(lèi)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(shí)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(lái)，環(huán)保等相關(guān)部門(mén)也開(kāi)始著(zhù)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(shù)的工作原理為：紅外光源①發(fā)出的紅外光，經(jīng)過(guò)切光器②調制頻率后，進(jìn)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(jìn)入測量氣室的部分紅外光會(huì )被吸收，未被吸收的紅外光進(jìn)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(mǎn)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(fā)生膨脹；由于存在膨脹差異，會(huì )導致前、后氣室之間產(chǎn)生微小的流量；微流傳感器⑥檢測到該流量后，產(chǎn)生交流電壓信號，信號經(jīng)處理后得到氣體的濃度。
學(xué)分析儀的應用分析
電化學(xué)分析儀具有小型、輕便、快捷等優(yōu)點(diǎn)，在我國應用較多。但國內傳感器制作技術(shù)有限，大部分仍需進(jìn)口傳感器，使用成本較大。實(shí)際使用中電化學(xué)儀器還會(huì )普遍存在取樣流量、氣體交叉干擾以及前處理等方面的問(wèn)題。
流量對電化學(xué)儀器的影響
采用電化學(xué)傳感器設計的煙氣分析儀，不論是國產(chǎn)儀器，還是國外進(jìn)口儀器，在使用過(guò)程中經(jīng)常碰到“測不準”問(wèn)題，即在實(shí)驗室測試標準氣體是好的，到了現場(chǎng)卻測不準。這是因為，電化學(xué)傳感器對流速的變化極為敏感。通常電化學(xué)類(lèi)煙氣分析儀的測試讀數與采氣流速呈“正相關(guān)”。
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(huán)境監測總站《火力發(fā)電業(yè)建設項目竣工環(huán)境保護驗收監測技術(shù)規范》中也寫(xiě)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(shí)（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(shí)為了減少測定誤差，儀器的工作流量應與標定（校準）時(shí)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(xué)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(wèn)題，仍然改變不了“負壓降低采氣流速”的問(wèn)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(huà)說(shuō)，只要你現場(chǎng)采氣流速不等于實(shí)驗室標定流速，測試示值肯定不準。
而現場(chǎng)測試過(guò)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(shí)才會(huì )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(xué)儀器的影響
電化學(xué)傳感器通過(guò)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(huì )產(chǎn)生交叉干擾。
實(shí)際的應用中，燃油爐、燃氣爐、水泥廠(chǎng)的監測過(guò)程中會(huì )出現SO2、NO測定值明顯偏低或檢測無(wú)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(shí)，往往會(huì )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(xiàn)性和非重復性，電化學(xué)儀器也無(wú)法對干擾值進(jìn)行有效補償。所以當監測數據異常時(shí)，還必須選用其他測試方法重新測試。
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