烟气分析仪在锅炉能效测试中准确性

李学敏

烟气分析仪在锅炉能效测试中准确性

李学敏

李学敏，女，籍贯山东，出生于1982年，现工作于绍兴市能源检测院；2005年7月毕业于佳木斯大学电气及其自动化专业，学士学位；2005年7月至2012年2月从事热工，电学，流量等专业的检定校准工作；2012年至今从事锅炉、电梯等能效测试工作。

随着经济的飞速发展，能源浪费和环境污染问题已越来越严重，如今一些不可再生能源日趋贫乏，雾霾天气屡屡出现，因此节约资源和保护环境维持生态平衡已迫在眉睫、刻不容缓。烟气分析仪作为节能降耗方面分析燃烧产物（CO、O2等）、节能减排方面监测废气（SO2、NOx等）排放监控仪器，广泛用于印染，化工等方面，其准确度的要求也越来越高。而锅炉作为高耗能特种设备，耗能高、排污高，用烟气分析仪检测其热效率就显得尤为重要，本文对烟气分析仪在锅炉能效测试中影响其准确性的仪器溯源管理、测量不确定度评定、仪器的正确操作等因素进行了简单的分析。

烟气分析仪原理及特性

目前市场上的烟气分析仪气体传感器多为电化学式气体传感器。电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作：将待测气体经过多级烟气过滤器进入传感器室，经由渗透膜进入电解槽，使在电解液中被扩散吸收的气体在规定的氧化电位下进行电位电解，根据耗用的电解电流求出其气体的浓度。

电化学气体传感器性能比较稳定，寿命较长，耗电小，对气体的响应快，工作环境温度较宽，体积小、操作简单、携带方便等优点，所以，目前在烟气分析仪中，电化学气体传感器占有很重要的地位。

烟气分析仪在锅炉热效率测试的应用

工业锅炉普遍热效率低，污染指数高，而且量大面广，是公认的耗能大户。影响锅炉热效率的参数有排烟处O2含量、CO含量、排烟温度，炉体外表温度，过量空气系数，炉渣、漏煤、飞灰的含碳量等。烟气分析仪能够准确、直观的检测排烟处O2、CO等气体含量，通过检测可以及时发现锅炉运行中存在的问题，提供科学数据，并通过设备整改和操作调整，可以有效地提高锅炉的运行质量，节省燃料消耗，减少有害气体的排放，实现节能降耗、减排的目的。

分析影响烟气分析仪在锅炉能效测试中准确性的因素

为了保证烟气分析仪数据的准确，可靠，需要对仪器设备检测能力进行综合评价，例如加强规范仪器的溯源管理、测量不确定度评定、仪器的正确操作等。

仪器设备的溯源是保证测试结果准确的前提

电化学气体传感器大都以水溶液作为电解液，电解质的蒸发或污染，会导致传感器信号下降，在经长时间使用后，传感器灵敏度、重复性随着时间的推移不断下降，大量的烟尘、水汽会影响烟气分析仪的精度，一般电化学传感器的寿命2年左右，因此根据JJG968-2002《烟气分析仪》检定规程定期对烟气分析仪示值误差、重复性、响应时间及稳定性等各参数进行自校或送校，以保持仪器原有准确度，减少测试中仪器本身带来的误差。

正确的仪器操作是保证测试结果准确的基础

对锅炉能效测试过程中除了要避免仪器本身带来的误差，还要保证对仪器使用的正确操作性，若对仪器的操作和原理极不熟悉，如将采样探头放在烟道里开机，就提高了仪器校零的零位；如在采样管与采样孔封堵不严密，测得烟气中含氧量偏高；如未等到数据稳定就读取数据或选择参数不符合实际工况，所读值会不准确。正确的操作是：仪器要在清洁的空气中开机，自检校零结束，选择正确的参数，将探针插入工况稳定的烟道测试孔中，带仪器稳定后读数，每隔15min记录一次，连续测试五次，取平均值作为测量结果。仪器测量完毕后，不要立即关机，应继续在清洁空气中保持运行（5～10）min，保持仪器内部处于新鲜空气的环境，方可关机，否则将使传感器长时间受高浓度的有毒气体污染“中毒”而加速传感器的损耗，缩短仪器的正常使用寿命。此外，对于装有粉尘过滤装置的仪器，要及时更换过滤芯，避免粉尘进入传感器内，污染传感器。对于便携式仪器，不论仪器是否经常使用，至少每隔（2～3）周充电一次，且采样时电池电量不应低于30%。当环境温度过低时，会影响电化学传感器的离子活性，所以如果环境温度过低时，请先在温暖的室内将仪器启动预热一段时间后再使用。

正确评定测量结果不确定度是保证测量结果准确的关键

烟气分析仪测量结果的准确性是锅炉能效测试的关键因素之一，不确定度是对测量结果的定量表征。测量不确定度的定义是一个与测量结果相联系表示被测量值分散性的参数，它是表达测量结果的一个组成部分，表示量值范围的部分，是对真值存在范围的估计和推断，真值以给定的概率落在此范围内。在不确定度评估过程中，要对整个实验的所有步骤进行讨论，找出不确定度来源，并进行计算，由数据可以清晰得出不确定度分量中起主要作用的因素。

现参照JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》，以德国MRU公司生产Delta65型烟气分析仪（经上海市计量测试技术研究院校准），用简单测试的方法检测6t/h蒸汽锅炉为例，分析了影响烟气分析仪不确定度的各种因素，并给出氧气及一氧化碳不确定度评定方法。

分析不确定度来源

通常影响测量不确定度的因素应考虑：标准仪器的不确定度、测量方法的不确定度、测量环境条件的不确定度、人员操作的影响、被测气体的波动性。其中，在符合评价规则要求的条件下测量方法及测量环境条件的不确定度可忽略。人员操作的影响及被测气体的波动性体现在检测的重复性中。故测量不确定度主要由重复性测量的不确定度、标准仪器引入的不确定度引入的不确定度组成。

不确定度评定

重复性测量引入的标准不确定度Au，用烟气分析仪对气体含量在重复性条件下，进行5次测试，具体数据见表1。

由于简单测试测量结果是5次平均值，所以

B类标准不确定度Bu的评定

合成标准不确定度cu

由于uA，uB各分量互不相关，所以合成标准不确定度uc

计算扩展不确定度

取k=2，用烟气分析仪测量烟道中气体的扩展不确定度：

当检测结果处于规则的临界值有可能判定被测锅炉不合格时，应该给出测量结果的不确定度。通过分析不确定度，把测试误差控制在允许范围内，保证测试结果的准确性，使分析数据在给定的置信水平内。当发现质量控制数据将超出预先确定的判据时，应采取有计划的措施来纠正出现的问题，同时采取措施防止报告错误的结果，这不仅保证测量结果的准确性，从某种程度上也减小了检测人员对测试结果所承担的风险。

总结

“我国富煤、少气、贫油，而且资源利用率低。”燃煤工业锅炉作为公认的“煤老虎”，是我国耗能最多的设备之一，且运行效率低。因此，对工业锅炉进行节能改造或者淘汰一些效率极低、环境污染严重的旧式燃煤锅炉适应节能降耗建设的新需求而言，烟气分析仪给出准确的、直观的科学数据则是重要的依据，保证烟气分析仪的准确度便是该依据的前提，除此之外，提高检测人员对仪器的操作、维护水平，也是保证测量结果准确的必要条件。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.053