CN220650457U - No2检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明属于烟气污染源监测技术领域。本发明提供了一种NO2检测仪，包括：样气入口、空气入口、O3发生器、O3发生器阀、截止阀、NOx涤除器、NOx涤除器阀、NOx和O3涤除器、反应腔、活性炭吸附装置、湿度平衡器、NO2检测室、LED光源、泵。本发明采用了紫外直接吸收法测量NO2，解决了间接测量方法不能直接测量NO2，并且需要频繁校准的问题，去掉了间接测量方法中转化炉的可变因素；同时选用窄带波长380nm测量NO2，在此波段处其他干扰气体没有显著的吸光度。避免了其他组分的干扰。
Description
技术领域
本实用新型属于烟气污染源监测技术领域。
背景技术
二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)是烟气排放的主要污染物。污染源烟气中的氮氧化物NOx主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，国家环保要求最终以NO2计。市面上较多应用在污染源的NOx分析仪器其实为NO分析仪，即需要先利用转换炉将NO2转换为NO，再进行检测。通过分别测定NOx和NO的浓度，最终差减出NO2的浓度。其中采用钼转化方法测定NOx会导致非NOx一同转化成NO，同时随着钼炉转化效率的降低，对NO2测量造成一定偏差。由于转化炉的催化剂的寿命问题，用一段时间后其转化效率也会发生变化，因此需及时关注或检验其转化效率是否还在要求范围内，必要时更换催化剂以保证测量准确性。而且转化炉和NO分析仪分装在两台机箱内，需要更多的使用空间和功率。
污染源监测应用较多的直接吸收法原理包括非分散红外吸收法(NDIR)和非分散紫外吸收法(NDUV)。
NDIR就是不分光，用一个宽波长范围的光源，用两个窄带滤光片分别在检测器之前滤光，两个检测器一个作为传感器，一个作为参比。对比两个检测的信号，得出被测气体吸收了多少红外光从而得出浓度。NDUV从测量原理上讲与NDIR基本相同，仅仅为测量光源的不同。市场上采用这两种技术的产品很多，优点是成本低。但由于不同组分吸收峰较近，需要考虑多种气体吸收光的特征干扰问题。如，由于H2O、CO2等在红外区有较宽的光谱吸收带，对SO2测量干扰较大。
以上两种直接吸收法测量依据的原理都是朗伯比尔定律，该定律确定了仪器内检测光程与最低检出限的关系，根据光学理论与实验室实验，光学监测器光程长度与检出限有如下关系：
式中：
A——吸光度；
T——透射比(透光度)，是出射光强度(I)比入射光强度(I0)；
K——摩尔吸收系数，它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关；
C——吸光物质的浓度；
L——光程，光程越长测量浓度越低。
常规的燃煤电厂烟气连续监测现场因测量数值较大，现有常规直接吸收法的气体分析仪的检测气室光程可以满足测量需求。根据朗伯-比尔定律，为满足超低排放监测更高的要求，需要增加分析系统的测量光路的长度。但光程的增加会带来诸多问题，如气室容积变大，响应时间下降；反射镜反射次数增多，反射率衰减严重，稳定性迅速下降；反射镜装调精度更高，成本迅速提高。
市场上另一类直接测量NO2的分析仪采用时间相关吸收光谱技术，如腔衰荡光谱技术(CRDS)和腔衰减相移光谱技术(CAPS)，是近几十年发展起来的一类新型吸收光谱检测技术。时间相关吸收光谱技术由于其不受光源强度起伏变化的特点，在很大程度上能够弥补传统吸收光谱技术所存在的缺陷。但这些系统使用高精细度光学腔多次反射光束，使反射率高于99％以上，以增强测量长度，从而提高灵敏度。然而，由于高精细化制作的腔体，相关光学器件的成本较高，难以进行大面积推广。另外为确保镜面反射率不会随时间而降低导致灵敏度下降，需要频繁重新校准。
现有技术存在以下缺点：
(1)利用NO2/NO转化炉测量NO2，是间接测量方法，其测量准确度除受分析仪自身的测量性能影响外，还受转化炉转化效率的影响。由于转化炉的催化剂的寿命问题，随着转化炉转化效率的降低，对NO2测量造成一定偏差。
(2)由于转化炉的转换效率的变化，需要定期对转化炉效率进行测试后校准仪器，因此当定期测试或更换转化炉或催化剂后都需要校准NO测量仪器。
(3)传统吸收光谱法选用的波段存在多种气体吸收干扰的问题，常用的方法是通过在进分析仪前的预处理中增加部件，减少干扰气进入分析仪的方法，这种方法使污染源监测系统变得庞大复杂，可能的故障点增多；
(4)传统光谱吸收法为提高测量灵敏度，通过增加气室体积来实现，气室变大，使得响应时间下降，发射率衰减。由于受污染源监测系统整体应用的限制，分析仪气室的体积增加有限。
(5)时间相关吸收光谱技术的直接测量NO2分析仪，由于其测量的精度之高，相关光学器件的成本较高，难以进行大面积推广。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种NO2检测仪，包括：样气入口、空气入口、O3发生器、O3发生器阀、截止阀、NOx涤除器、NOx涤除器阀、NOx和O3涤除器、反应腔、活性炭吸附装置、湿度平衡器、NO2检测室、LED光源、泵；所述样气入口、NOx涤除器阀、反应腔、活性炭吸附装置、湿度平衡器、NO2检测室压力传感器、泵依次通过气路管路相连通；所述NO2检测室设置有380nm LED光源，用于测量NO2信号；所述泵为NO2检测仪提供气体动力；所述湿度平衡装置用于平衡待测气体的湿度使其保持设定值；所述反应腔用于将NO在臭氧完全氧化下转化为NO2；所述样气入口和NOx涤除器阀之间气路上还并联设置有NOx涤除器，通过NOx涤除器阀的控制，可以使样气直接通过NOx涤除器阀进入反应腔，也可以使样气通过NOx涤除器阀后再通过NOx涤除器进入反应腔；所述反应腔入口还与O3发生器阀通过气路相连通，所述O3发生器阀为三通阀，另外一端通过气路与O3发生器连接，另一端和空气入口截止阀相连通；所述活性炭吸附装置用于吸附气体中过量的O3。
在本实用新型的具体实施例中，所述样气中NO2的气体浓度值为S1-S0；
在本实用新型的具体实施例中，所述样气中NO的气体浓度值为S2-S1。
本实用新型采用了紫外直接吸收法测量NO2，解决了间接测量方法不能直接测量NO2，并且需要频繁校准的问题，去掉了间接测量方法中转化炉的可变因素；同时选用窄带波长380nm测量NO2，在此波段处其他干扰气体没有显著的吸光度。避免了其他组分的干扰。
附图说明
图1为NO2检测仪气路流程图。
其中，1为样气入口、2为空气入口、3为NOx涤除器阀、4为NOx涤除器、5为反应腔、5为反应腔、6为NO2检测室、7为压力传感器、8为泵、9为NOx和O3涤除器、10为截止阀、11为O3发生器、12为O3发生器阀。
具体实施方式
实施例1
本实用新型采用紫外LED光源直接吸收法测量NO2，烟气中的NO通过与过量臭氧完全反应后转换成NO2直接测量，既满足氮氧化物以NO2计的要求，还可以把量程降低到(0-10)ppm。相较于其他直接测量原理的高精度NO2分析仪，如光腔衰减相移技术(CAPS)或光腔衰荡光谱技术(CRDS)，更经济，又避免了传统测量NO2采用间接测量法，受转化效率影响测量准确度的问题。
NO2/NO转化炉：用于利用NO分析仪测量NO2或NOx的场所，该产品可以将NO2转化成NO。转化炉可以作为红外吸收法氮氧化物分析仪、紫外吸收法氮氧化物分析仪、化学发光法氮氧化物分析仪的测量前的转化装置，将NOx(NO+NO2)中的NO2转化成NO进行测量，测量出NO2或NOx的浓度。
本实用新型提供了一种NO2检测仪，包括：样气入口、空气入口、O3发生器、O3发生器阀、截止阀、NOx涤除器、NOx涤除器阀、NOx和O3涤除器、反应腔、活性炭吸附装置、湿度平衡器、NO2检测室、LED光源、压力传感器、泵。
所述样气入口、NOx涤除器阀、反应腔、活性炭吸附装置、湿度平衡器、NO2检测室、压力传感器、泵依次通过气路管路相连通。
所述NO2检测室设置有380nm LED光源，用于测量NO2信号。
所述泵为NO2检测仪提供气体动力。
所述湿度平衡装置用于平衡待测气体的湿度使其保持设定值。
所述反应腔用于将NO在臭氧完全氧化下转化为NO2。
所述样气入口和NOx涤除器阀之间气路上还并联设置有NOx涤除器，通过NOx涤除器阀的控制，可以使样气直接通过NOx涤除器阀进入反应腔，也可以使样气通过NOx涤除器阀后再通过NOx涤除器进入反应腔。
所述反应腔入口还与O3发生器阀通过气路相连通，所述O3发生器阀为三通阀，另外一端通过气路与O3发生器连接，另一端和空气入口截止阀相连通。
所述活性炭吸附装置用于吸附气体中过量的O3。
所述NOx涤除器用于除去样气中的NOx。
NO2检测仪的检测方法，包括如下步骤：
NOx涤除器阀和O3发生器阀交替切换。
NO2测量有三种测量模式：
A、测量本底值：
样气经过NOx涤除器进入NO2反应腔，经净化处理后的空气不经过臭氧发生器进入反应腔，通过380nm LED光源测量初始信号S0；
B、测量样气中的NO2和初始状态下的NO：
不启动O3发生器阀，样气不经过NOx涤除器而是直接通过NOx涤除器阀、NO2反应腔后直接进入NO2检测室，样气中的NO没有转化直接进入NO2反应室，通过380nm LED光源测量信号S1；
C、测量出样气中的NO2和经转化后的NO2的总值：
启动O3发生器阀，样气不经过NOx涤除器而是直接通过NOx涤除器阀进入反应腔，在反应腔中样气中的NO被氧化成NO2，再经活性炭吸附装置吸附气体中过量的O3，经转化后的NO2与样气中的初始NO2一起进入NO2检测测量，测量信号S2；
根据下面的反应，NO加入臭氧会转化为NO2。NO的测量是绕过NO2洗涤器，通过测量加臭氧和不加臭氧时的光强度来测定。
NO+O3→NO2+O2
NO与臭氧(O3)的高度选择性反应，约达到100％的转化效率。
湿度平衡装置用于在不同测量模式过程中平衡湿度，从而消除由于水汽干扰造成的折射效益。NOx的测定是通过加和NO2和NO的测定结果而得到的。此设备可以用于连续测定NO2，或者连续测定NO模式，还可以交替测量NO2和NO模式。
测量模式B与A差值为NO2测量值，即S1-S0；测量模式C与B差值为NO转化成NO2的测量值，即S2-S1。
在NO2检测仪中，NO2通过380nm处的吸光度直接测量。选择380nm的窄带波长，因为在环境空气中发现的其他物种在该波长下没有显著的吸光度，这使得380nm型号对NO2具有极强的选择性。
测试例：连接分析仪，动态校准仪，零气发生器和NO2标气，本实用新型的装置在(0-500)ppb量程下分别测试了零点噪声、量程噪声、最低检出限和线性误差指标。
测试数据如下：
(1)噪声及最低检出限
(摘自HJ654-2013《环境空气气态污染物(SO2、NO2、O3、CO)连续自动监测系统技术要求及检测方法》7.1.1-7.1.3)
a、零点噪声及最低检出限检测方法：
待测分析仪器运行稳定后，将零点标准气体通入分析仪器，每2min记录该时间段数据的平均值ri(记为1个数据)，获得至少25个数据。按公式(1)计算所取得数据的标准偏差S0，即为该分析仪器的零点噪声。
式中：S0-待测分析仪器零点噪声，ppb(ppm)；
-待测分析仪器测量值的平均值，ppb(ppm)；
ri-待测分析仪器第i次测量值，ppb(ppm)；
i-记录数据的序号(i＝1～n)；
n-记录数据的总个数(n≥25)。
按公式(2)计算待测分析仪器的最低检出限RDL。
RDL＝2S0 (2)
式中：RDL-待测分析仪器最低检出限，ppb(ppm)；
S0-待测分析仪器零点噪声值，ppb(ppm)。
b、量程噪声：
待测分析仪器运行稳定后，将80％量程标准气体通入分析仪器，每2min记录该时间段数据的平均值ri(记为1个数据)，获得至少25个数据。按公式(3)计算所取得数据的标准偏差S，即为该分析仪器的量程噪声。
式中：S-待测分析仪器量程噪声，ppb(ppm)；
-待测分析仪器测量值的平均值，ppb(ppm)；
ri-待测分析仪器第i次测量值，ppb(ppm)；
i-记录数据的序号(i＝1～n)；
n-记录数据的总个数(n≥25)。
C、测试数据及计算结果记录如下
实际测出检出限为0.34ppb，<1ppb，完全可以满足低浓度测量的需求。
(2)示值误差
(摘自HJ 654-2013《环境空气气态污染物(SO2、NO2、O3、CO)连续自动监测系统技术要求及检测方法》7.1.4)
a、示值误差检测方法：
待测分析仪器运行稳定后，分别进行零点校准和满量程校准后，通入浓度约为50％量程的标准气体，读数稳定后记录显示值；再通入零点校准气体，重复测试3次，按公式(4)计算待测分析仪器的示值误差Le。
式中：Le--------待测分析仪器线性误差，％；
Cs--------标准气体浓度标称值，ppb(ppm)；
--------待测气体仪器3次测量浓度平均值ppb(ppm)；
R--------待测分析仪器满量程值ppb(ppm)。
b、测试数据及计算结果记录如下
按照HJ76-2017《固定污染源烟气(SO2、NOx、颗粒物)排放连续监测系统技术要求及检测方法》标准要求，实验室测试时测试了多个浓度点的误差。因此以下数据除了通入浓度约为50％量程的标准气体外，又分别按照以上步骤通入浓度约为20％、80％量程的标准气体，计算不同点的示值误差，结果如下。
污染源环保标准要求线性误差不超过2％FS，测试结果也远优于此要求。
稀释比为100∶1，则满量程为(0-50)ppm。污染源环保标准要求线性误差不超过2％FS，测试结果也远优于此要求。
本实用新型采用了紫外直接吸收法测量NO2，解决了间接测量方法不能直接测量NO2，并且需要频繁校准的问题，去掉了间接测量方法中转化炉的可变因素；同时选用窄带波长380nm测量NO2，在此波段处其他干扰气体没有显著的吸光度。避免了其他组分的干扰。而H2O和CO2在紫外区几乎没有吸收。
Claims (2)
1.NO2检测仪，其特征在于，包括：样气入口、空气入口、O3发生器、O3发生器阀、截止阀、NOx涤除器、NOx涤除器阀、NOx和O3涤除器、反应腔、活性炭吸附装置、湿度平衡器、NO2检测室、LED光源、泵；
所述样气入口、NOx涤除器阀、反应腔、活性炭吸附装置、湿度平衡器、NO2检测室压力传感器、泵依次通过气路管路相连通；
所述NO2检测室设置有LED光源，用于测量NO2信号；
所述泵为NO2检测仪提供气体动力；
所述湿度平衡装置用于平衡待测气体的湿度使其保持设定值；
所述反应腔用于将NO在臭氧完全氧化下转化为NO2；
所述样气入口和NOx涤除器阀之间气路上还并联设置有NOx涤除器，通过NOx涤除器阀的控制，可以使样气直接通过NOx涤除器阀进入反应腔，也可以使样气通过NOx涤除器阀后再通过NOx涤除器进入反应腔；
所述反应腔入口还与O3发生器阀通过气路相连通，所述O3发生器阀为三通阀，另外一端通过气路与O3发生器连接，另一端和空气入口截止阀相连通；
所述活性炭吸附装置用于吸附气体中过量的O3。
2.根据权利要求1所述NO2检测仪，其特征在于，所述LED光源的波长为380nm。
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| GR01 | Patent grant | ||
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