多組分檢測：讓煤氣分析再簡單一點

煤的氣化是我國煤化工工業(ye) 的重要組成部分，特別是在石油資源日益緊張的條件下顯得更加重要。煤氣成分的檢測分析是氣化爐優(you) 化控製的前提，也是煤化工行業(ye) 其他工序的重要參數。此外，高爐、轉爐，焦爐以及玻璃，陶瓷等工業(ye) 領域也經常需要進行煤氣成分的檢測。

本文將詳細介紹一種采用新型的電調製多組分紅外氣體(ti) 分析方法，配合發展的 MEMS 技術熱導 TCD 米兰高赔竞猜足球以及長壽命電化學 O₂、H₂S 傳(chuan) 感器開發的集成化多組分煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100的技術應用。希望對你從(cong) 事煤氣成分檢測有所裨益。

1.紅外線多組分氣體(ti) 分析

上圖為(wei) NDIR 紅外氣體(ti) 分析原理圖：以 CO₂分析為(wei) 例，紅外光源發射出1-20um的紅外光，通過一定長度的氣室吸收後，經過一個(ge) 4.26μm 波長的窄帶濾光片後，由紅外傳(chuan) 感器監測透過4.26um 波長紅外光的強度，以此表示 CO₂氣體(ti) 的濃度，如果在探測器端放置一種具備四元的探測器，並配備四種不同波長的濾光片，如CO₂、CO、CH₄以及參考的濾光片，就可在一台儀(yi) 器內(nei) 完成對煤氣成分中 CO₂、CO、CH₄的同時測量。

煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100紅外測量部分技術在一體(ti) 化的四元探測器上安裝有四個(ge) 不同的濾光片（CO₂、CO、CH₄、參考），可實現對三種氣體(ti) 的同時測量（如下圖）。

濾光片一體(ti) 化四元紅外探測器

2.MEMS 技術熱導 TCD分析

目前國內(nei) H₂分析大都采用雙鉑絲(si) 熱敏元件製成的熱導元件，體(ti) 積大精度低，傳(chuan) 感器的死區（Dead space）大。煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100采用了發展的基於(yu) MEMS技術的TCD米兰高赔竞猜足球，隻需要加上合適的電壓就可以輸出一個(ge) 與(yu) 濃度對應的毫伏級信號。

3.電化學氧氣、硫化氫分析

在煤氣成分分析中，O₂是一個(ge) 安全參數，有些時候 H₂S 也是一個(ge) 重要參數。煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100采用了一種長壽命（6年）的電化學 O₂傳(chuan) 感器和 H₂S 傳(chuan) 感器，該傳(chuan) 感器實際上是一種微型電流發生器，配合高精度的前置放大電路，直接輸出與(yu) 濃度對應的電壓進入儀(yi) 器測控係統。

4.多組分煤氣分析儀(yi) 特點

煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100包括用於(yu) CO、CO₂、CH₄的 NDIR 紅外氣體(ti) 探測器，測量 H₂的 TCD 熱到探測器，O₂、H₂S 探測器；ADUC842測控係統及軟件； LCD、鍵盤、打印機、氣泵、以及報警等外部裝置。

電調製紅外光源

傳(chuan) 統的紅外氣體(ti) 分析儀(yi) 采用連續紅外熱輻射型光源，如鎳锘絲(si) 、矽碳棒等紅外加熱元件,其發出紅外光的波長在2～15μｍ之間，由於(yu) 其熱容量大，通常采用切光片對光源進行調製。因此需要一個(ge) 同步電機帶動切光片旋轉，其缺點在於(yu) 存在機械轉動。抗振性差，攻耗大，不適合於(yu) 便攜設備。

其次為(wei) 保證調製的頻率，還需要嚴(yan) 格同步的電機以及驅動電路，使得係統複雜化，成本也大大增加。煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100采用了上研製的一種類金剛石鍍膜紅外光源。該光源采用導電不定型碳（CAC）多層鍍膜技術，熱容量很低，因此升降溫速度很快，其調製頻率zui高可以達到200Hz，新型電調製光源的使用，使得紅外氣體(ti) 分析技術在儀(yi) 器體(ti) 積、成本、性能等方麵都有實質性的提高。

氣體(ti) 幹擾校正

從(cong) 原理上講，CO，CO₂，CH4之間由於(yu) 采用了特征波長，彼此測量間沒有相互幹擾，但是由於(yu) 受當前濾光片生產(chan) 工藝的限製，濾光片具有一定的帶寬，CO 與(yu) CO₂，以及 CO₂與(yu) 參考通道之間具有一定的幹擾,因此成分之間具有一定的幹擾，如果不加以校準，測量的誤差將達到10% 以上，很難達到工業(ye) 應用的要求，如按照單一標準氣體(ti) CO₂標定後，如果通入不含 CO₂的70%的 CO 進入儀(yi) 器，CO₂讀數將達到7%左右。為(wei) 了消除紅外分析氣體(ti) 之間的相互幹擾，煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100設置了10點標定程序，采用計算機算法得到了氣體(ti) 幹擾校正方法，通過該方法的使用，可使CO、CO₂、CH₄的精度達到2%以上。

研究表明，采用以往單一組分紅外氣體(ti) 分析儀(yi) 組成的煤氣分析係統，如果直接采用測量讀數，將可能得到不準確的測量結果。同時，煤氣成分中的 CO、CH₄、N₂、O₂對 H₂的測量準確性影響不大，主要是CO₂的影響。通過大量實踐證明，CO₂對 H₂的影響是線性的，每1%含量的CO₂將降低 H₂含量為(wei) 0.08%, 如果沒有 CO₂數據的校準，當 CO₂含量達到40%，則H₂的誤差將超過3%。這也充分說明，要想得到準確的煤氣成分分析結果，各組分必須同時測量。

測量流量控製

雖然紅外以及電化學氣體(ti) 分析在一定程度上受測量流量影響較少，但是對於(yu) TCD 熱導 H₂分析來說，氣體(ti) 流量的穩定直接關(guan) 係到 H₂的測量精度。為(wei) 了保證測量流量的穩定，煤氣分析儀(yi) Gasboard-3100采用了微型的柱塞氣泵，將測量氣體(ti) 壓縮到0.2Mpa, 通過氣體(ti) 穩壓和穩流閥後進入氣體(ti) 分析儀(yi) ，這樣可以將整個(ge) 氣體(ti) 的測量流量維持在1L/min。流量的穩定在一定程度上，也提高了紅外以及電化學氣體(ti) 測量的精度和穩定性。通過以上技術的采用，多組分煤氣分析儀(yi) 可以實現以下組分和精度的測量（表1），並已經應用在包括高爐、轉爐、煤氣發生爐等工業(ye) 現場，取得了良好的成績。

表1：多組分煤氣分析儀(yi) 技術參數

結論

（1）通過采用新型電調製紅外光源，省卻了以往紅外氣體(ti) 分析儀(yi) 器複雜和昂貴的電機調製係統,大大降低了係統成本和功耗。實現了 CO、CO₂、CH₄的同時測量。

（2）通過采用 MEMS 技術的 TCD 熱導，以及長壽命的 O₂、H₂S 電化學米兰高赔竞猜足球與(yu) 紅外氣體(ti) 測量的組分，實現了煤氣多組分的同時在線測量。

（3）紅外測量組分間由於(yu) 受濾光片帶寬的限製，存在一定的相互幹擾，通過計算機校正算法可以將組分的測量精度提高到2%以上，這也說明，以往單一組分的紅外氣體(ti) 分析儀(yi) 直接用於(yu) 煤氣分析，很可能造成測量數據不準確。

（4）TCD 熱導 H₂分析必須進行 CO₂氣體(ti) 的校準，否則將可能造成超過3%的誤差。因此如果僅(jin) 僅(jin) 采用單一 H₂分析儀(yi) 而沒有其他氣體(ti) 氣體(ti) 的校準，以往組合式的煤氣成分監測係統很可能得不到準確的測量數據。