一、煙囪里的四個(gè)數(shù)，為什么要現(xiàn)場測

一座燃煤鍋爐的脫硫塔出口，煙道里流著幾十萬立方米的煙氣，里面有二氧化硫、氮氧化物、氨，還有大量水汽。四個(gè)數(shù)決定這座鍋爐合不合規(guī)：二氧化硫多少、氮氧化物多少、含氧量多少、含濕量多少。四個(gè)數(shù)都要現(xiàn)場測，不能取樣帶回實(shí)驗(yàn)室——煙氣一降溫，水就凝出來，二氧化硫溶進(jìn)水里，讀數(shù)當(dāng)場掉三成，而且這個(gè)掉法看不出來。

現(xiàn)場測的難處往往不在紫外煙氣測定儀，在條件。煙道上的測孔只有幾十毫米，人站在平臺(tái)上，風(fēng)吹著，管子要插進(jìn)煙道兩米，管里的煙氣一百多攝氏度、含水量接近飽和。管子一涼，水就在管壁上凝，凝下來的水把二氧化硫帶走；管子一漏，外界空氣被吸進(jìn)來，濃度被稀釋。兩種偏差方向相反，疊在一起就成了一個(gè)說不清的數(shù)，而屏幕上照樣給一個(gè)正常的讀數(shù)。

恒美智造這臺(tái) HM-1204 的路子是把這些條件先解決掉。紫外煙氣綜合分析儀用熱濕法：煙氣不降溫、不除水，全程保溫，直接進(jìn)分析室，水以氣態(tài)存在，不參與吸收反應(yīng)；采樣管用鈦合金真空隔熱，伴熱到溫；氣路走之前先檢漏，確認(rèn)沒有外界空氣混進(jìn)來。三件事做完，再談光譜怎么算。順序不能顛倒，因?yàn)楣庾V算得再準(zhǔn)，氣樣已經(jīng)不是原來那口氣，也沒有意義。為什么這個(gè)數(shù)要一臺(tái)七萬多元的儀器去測。因?yàn)樗糜隍?yàn)收與執(zhí)法，要能過比對、要能上報(bào)告。比對的意思是：用另一套方法同時(shí)測，兩套的偏差要在允許范圍內(nèi)。這套機(jī)器能過比對，靠的是三樣?xùn)|西：熱濕法的氣路、差分吸收的算法、四路參數(shù)的同步測量。三樣缺一樣，比對就過不去，而比對過不去的報(bào)告，等于沒有。

表1 紫外差分吸收測的是哪幾種氣體

表注：差分的意思是取吸收曲線的快慢變化，把寬緩的背景扣掉。水汽與顆粒造成的是寬緩變化，扣掉之后剩下的才是氣體。

二、差分吸收：把寬緩的背景扣掉

紫外差分吸收光譜的思路，是把一段紫外光打進(jìn)煙氣，讓光穿過氣室，再用光譜儀把透過的光按波長拆開。不同的氣體在不同的波長上有自己的吸收結(jié)構(gòu)：二氧化硫在紫外波段有一段起伏明顯、帶細(xì)結(jié)構(gòu)的吸收；一氧化氮、二氧化氮、氨各有各的窄帶吸收。這些細(xì)結(jié)構(gòu)像指紋，濃度越高，指紋越深。煙氣里不只有氣體，還有顆粒與水汽。顆粒造成的是寬波段的衰減，水汽造成的是寬緩的吸收，兩者都隨波長緩慢變化，沒有細(xì)結(jié)構(gòu)。差分的做法就是把慢變化的部分當(dāng)作背景扣掉，只留下快變化的部分去擬合氣體濃度。這樣一來，顆粒多一點(diǎn)也不影響濃度計(jì)算，水汽多一點(diǎn)也能壓住。這就是為什么熱濕法能用：水還在，但它造不出細(xì)結(jié)構(gòu)。

這套算法有兩個(gè)前提。頭一個(gè)是光譜儀要穩(wěn)：波長漂一點(diǎn)點(diǎn)，指紋就錯(cuò)位，濃度就算錯(cuò)。第二個(gè)是氣室要干凈：鏡片沾了粉塵，所有波長一起衰減，雖然差分能扣掉大部分，但信噪比會(huì)下降，低濃度就分辨不出。所以這臺(tái)機(jī)器要定期校光譜、定期清洗鏡片，兩件事都不難，難在記著做。恒美智造在維護(hù)表上把這兩項(xiàng)列在年檢里，用戶照表走就不會(huì)漏。差分吸收還有一個(gè)好處：能同時(shí)測幾種氣體。同一段光譜里，二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨各有各的指紋，一次采樣、一段光譜、四組濃度，四個(gè)數(shù)的時(shí)間點(diǎn)整體一致。這一點(diǎn)在脫硝出口特別有用——氨逃逸與氮氧化物此消彼長，兩個(gè)數(shù)不同步測，就說明不了工藝狀態(tài)。同一段光譜出來的兩個(gè)數(shù)，才有資格放在一起討論。

表2 六種氣體的量程與精度

表注：前四項(xiàng)走紫外通道，后三項(xiàng)走電化學(xué)與紅外。兩個(gè)通道的原理不同，精度也不同，報(bào)告里要寫清哪個(gè)數(shù)來自哪條通道。

三、熱濕法：不讓水把二氧化硫帶走

老式的方法是把煙氣抽出來先降溫除水，再進(jìn)傳感器。降溫除水的好處是保護(hù)傳感器，壞處是水一凝，二氧化硫就溶進(jìn)去，跟著水一起被排掉，測出來的濃度偏低。這個(gè)偏低在低硫工況上格外要命：本來就只有幾十毫克，掉三成之后可能落到判定線以下，看著達(dá)標(biāo)，實(shí)際超標(biāo)。所以高濕低硫的場合，老方法測出來的數(shù)經(jīng)常不可信。熱濕法把這一步反過來：不降溫、不除水，整條氣路保持在水的露點(diǎn)以上，水以氣態(tài)隨煙氣一起進(jìn)分析室。分析室里的光譜測量不受氣態(tài)水干擾，因?yàn)樗奈帐菍捑彽模罘帜芸鄣?。這樣二氧化硫一點(diǎn)沒損失，測出來的就是煙氣里真實(shí)的那一份。代價(jià)是整條氣路都要保溫，采樣管、接頭、氣室，任何一處涼了都會(huì)凝水。

所以采樣管成了關(guān)鍵件。HM-1204 用鈦合金真空隔熱管，管壁抽真空，導(dǎo)熱慢，長距離采樣時(shí)溫降??；外面再加伴熱，溫度到設(shè)定值才允許開始測。管子的接頭也是重點(diǎn)：接頭處容易散熱，容易凝水，所以要用伴熱接頭，不能用普通卡套。恒美智造在隨機(jī)件里配了高溫延長管，用戶在深煙道或者高平臺(tái)上采樣時(shí)接一段，管口能伸到位，溫度也不掉。熱濕法還有一個(gè)連帶的好處：不用除水，就不必配制冷器與蠕動(dòng)泵，整機(jī)輕了、故障點(diǎn)少了。原先除水系統(tǒng)里那些管子、冷阱、排水泵，都是容易堵、容易凍的地方；去掉之后，現(xiàn)場只需要管好一件事：溫度。溫度到溫，氣路就通；溫度不到，怎么測都是白測。這一條簡單，但它把現(xiàn)場的操作從十幾個(gè)動(dòng)作壓到了三四個(gè)。

表3 四樣設(shè)計(jì)對應(yīng)的現(xiàn)場問題

表注：熱濕法是這一代紫外機(jī)與老式定電位電解法的分水嶺。水一凝，二氧化硫就溶進(jìn)去，讀數(shù)偏低，而這個(gè)偏低常被誤判為治理效果好。

四、四路參數(shù)齊了，濃度才折得成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

煙氣里測出來的濃度是實(shí)際狀態(tài)下的，報(bào)告里要的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的，兩者之間差一個(gè)折算。折算要四個(gè)參數(shù)：煙氣溫度、煙氣壓力、含濕量、采樣流量，另外還要氧氣含量去算過?？諝庀禂?shù)。四個(gè)參數(shù)少一個(gè)，折算就不成立；算錯(cuò)了，濃度能差出兩三成，而報(bào)告上看不出來。所以恒美智造把這四路都做成內(nèi)置：煙溫接口、動(dòng)靜壓接口、濕量測量模塊、流量計(jì)。

煙溫用熱電偶或者熱電阻，量程 0 至 200 攝氏度，分辨率 1.0 攝氏度，允許誤差 ±3.0 攝氏度。靜壓量程負(fù) 30 至 30 千帕，動(dòng)壓 0 至 2000 帕，兩者合起來算流速；動(dòng)壓的分辨率 1.0 帕，這個(gè)分辨率在低流速時(shí)很要緊，因?yàn)閯?dòng)壓與流速是平方關(guān)系，小動(dòng)壓對應(yīng)大誤差。含濕量用內(nèi)置模塊，量程 0 至 40 體積百分比，分辨率 0.01。

過?？諝庀禂?shù)用氧含量算，量程 1 至 99.99。這一項(xiàng)在比對時(shí)經(jīng)常被忽略：兩套儀器測同一斷面，二氧化硫的數(shù)差不多，折算之后卻差一截，原因常常是氧含量不同步——一套先測氧后測硫，中間隔了幾分鐘，鍋爐負(fù)荷變了。HM-1204 把氧與硫放在同一次采樣里，時(shí)間點(diǎn)一致，折算的爭議就少了。四路參數(shù)還有一個(gè)用處：判斷采樣是否正常。流速突然掉到零，多半是采樣嘴堵了；含濕量突然跳到滿量程，多半是水進(jìn)了傳感器；煙溫比平時(shí)低幾十度，多半是測孔位置偏了或者爐況變了。這些判斷在數(shù)據(jù)里就能看出來，不必等測完再回頭查。恒美智造在軟件里把這四路顯示在主界面，與氣體濃度并排，現(xiàn)場一眼能對上。

表4 HM-1204 的主要參數(shù)

表注：一臺(tái)機(jī)器同時(shí)給煙溫、壓力、含濕量、流量四路參數(shù)，是為了把濃度折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。少一路，折算就不成立。

五、六份標(biāo)準(zhǔn)與一套驗(yàn)收動(dòng)作

這個(gè)行當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)分三層。方法層是 HJ 1131-2020 與 HJ 1132-2020，前者講固定污染源廢氣中二氧化硫的便攜式紫外吸收法，后者講氮氧化物的便攜式紫外吸收法；儀器層是 HJ 1045-2019，講便攜式紫外吸收法儀器的技術(shù)要求與檢測方法；計(jì)量層是 JJG 968-2002，煙氣分析儀的檢定規(guī)程。三層各管一段，方法與儀器要配套，計(jì)量要給值。

還有兩份要記住。HJ/T 397-2007 是固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，講點(diǎn)位怎么選、孔位怎么開、采樣多長時(shí)間、平行樣怎么做；GB 13233-2011 是火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，講限值。前者管怎么測，后者管測出來算不算達(dá)標(biāo)。用戶常犯的錯(cuò)是只看限值不看規(guī)范：數(shù)測出來了，點(diǎn)位不對、時(shí)長不夠，報(bào)告照樣不被采信。

驗(yàn)收做三件事。頭一件是標(biāo)準(zhǔn)氣比對：用二氧化硫、一氧化氮標(biāo)準(zhǔn)氣各三點(diǎn)，看偏差在不在 ±3% 滿量程以內(nèi)。第二件是重復(fù)性：同一氣樣連測七次，看極差有多大。第三件是四路參數(shù)核對：用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)、壓力計(jì)比對煙溫與壓力，用濕度源核對含濕量。三件事都有數(shù)，恒美智造才在驗(yàn)收表上簽字；只測氣體不核四路，折算值仍然可疑。隨機(jī)文件要看四樣：裝箱單、說明書、合格證、校準(zhǔn)記錄。四樣齊了，這臺(tái)儀器才算有身份。恒美智造另附一頁現(xiàn)場記錄模板，把點(diǎn)位、孔位、采樣時(shí)長、四路參數(shù)、折算值五項(xiàng)留空，用戶填自己的數(shù)。這一頁在平臺(tái)上比說明書好找，測完一個(gè)點(diǎn)填一行，回單位不必回憶，也不會(huì)把兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)記混。

六、一份能過驗(yàn)收的記錄，要定五件事

頭一件是點(diǎn)位與孔位。按 HJ/T 397-2007 的要求，測點(diǎn)要選在氣流穩(wěn)定的斷面，避開彎頭與變徑；孔位要能覆蓋斷面網(wǎng)格，取幾個(gè)點(diǎn)按斷面大小定。點(diǎn)位與孔位定死，寫進(jìn)記錄，下次照做。同一個(gè)煙道，點(diǎn)位偏一米，濃度能差三成，而這一條在報(bào)告上看不出來，只在比對時(shí)暴露。第二件是采樣時(shí)長。每個(gè)點(diǎn)采多久，標(biāo)準(zhǔn)里有要求；時(shí)間短了，數(shù)據(jù)不穩(wěn)，代表性不足。第三件是伴熱溫度。管子到溫才允許開始測，這一條要寫進(jìn)作業(yè)卡；溫度不到就測，等于把水凝在管里，測出來的數(shù)偏低。第四件是折算參數(shù)。煙溫、壓力、含濕量、氧含量四項(xiàng)都要記，折算時(shí)用得上，復(fù)核時(shí)也要用。

第五件是留證方式。氣體濃度、原始譜圖、折算值、打印條，四樣一起存。驗(yàn)收與執(zhí)法場合，對方會(huì)問三句話：儀器準(zhǔn)不準(zhǔn)、現(xiàn)場怎么測的、數(shù)據(jù)有沒有改過；三句話對應(yīng)三樣?xùn)|西——校準(zhǔn)記錄、點(diǎn)位與手法記錄、原始數(shù)據(jù)。三樣齊，質(zhì)疑就答得下去。恒美智造這臺(tái)機(jī)器能存十萬組以上，能 U 盤導(dǎo)出，也能藍(lán)牙打印，三條路都留著。五件事定完，還要落到一張紙上。這張紙上的數(shù)不是抄來的，是試出來的：點(diǎn)位從斷面勘查來，時(shí)長從規(guī)范來，伴熱溫度從煙氣露點(diǎn)來。恒美智造在交付培訓(xùn)時(shí)陪著用戶把這張紙?zhí)钔?，填的過程也是把現(xiàn)場摸一遍。很多用戶的記錄不可比，不是儀器的問題，是點(diǎn)位與時(shí)長沒定死，不同班次各按各的習(xí)慣測。