红外烟气分析仪测定烟气中NOX方法研究

摘要：氮氧化物种类繁多，本文重点分析了氮氧化物的转换效率问题，探究了样气出口露点稳定性和冷凝器除水能力。研究结果表明，对于NO2转换效率，碳炉催化器的最佳转换温度为230ºC；钼炉催化器的最佳转换温度为400ºC。最高样气露点随着环境温度升高（24-42ºC），流量变化（1-3L/min）逐步降低。

关键词：非分散红外；氮氧化物；方法研究

中图分类号：E933文献标识码： A

Methods Study on measuring Nitrogen oxides by

Infrared Gas Analyzer

Liu Hong1,Liu Zhenzhen1,Qian Jihong1,luo Siguo1,Wang Qiang2，Yang Kai2Tian Yiping1

Abstract: Nitrogen oxides have a great variety, this paper analyzes the conversion efficiency of nitrogen oxides, and explores the sample gas outlet dew point stability and condenser water removal capacity. The results show that for NO2 conversion efficiency, optimum temperature is 230℃ catalyzed bycarbon catalytic oven; optimal transition temperature is 400℃ catalyzed by molybdenum furnace. Maximum sample gas dew point increases as the ambient temperature (24-42℃) rises, flow changes (1-3L/min) gradually decreased.

Key words: Non-dispersive infrared; Nitrogen oxides; methods study

引言

1、实验部分

1.1实验仪器

NOX转换效率实验中NOX转化器（钼）生产厂家为奥地利JCT公司，型号为ZNOX-CP/C；NOX转化器（碳）生产厂家为北京雪迪龙科技股份有限公司，型号为NOX-001；等比例稀释器生产厂家为北京雪迪龙科技股份有限公司，型号为2052；红外气体分析仪生产厂家为德国西门子公司，型号为U23。NO和NO2标准气生产厂家均为北分氦普，浓度分别均为192ppm、100ppm、50ppm。

出口露点稳定性试验采用了北京雪迪龙科技股份有限公司常用冷凝器，型号为CGC-03B。该仪器制冷量为115KJ/h，制冷方式为压缩机制冷，最高样气露点温度为80ºC。MGA08红外分析仪用于检测氮氧化物及进出口样气湿度。出口露点稳定性试验的气路图详见图1。

冷凝器除水能力试验同出口露点稳定性试验。

图1 出口露点稳定性试验的气路图

1.2实验方法

NOX转换效率实验：

传统的的二氧化氮转换炉普遍采用钼作为催化剂，相应地将二氧化氮转换器称为钼炉。由于催化剂钼价格较高、使用寿命短，且钼转换器转换反应温度高，导致二氧化氮转换器具有较高的制造运行成本，本文采用不同温度和浓度条件下，针对钼催化剂和碳催化剂，研究NOX转换器的转换效率。

①NOX转化器（碳）转化效率

开机预热NOX转换器至250ºC。U23红外气体分析仪开机预热1小时。经过NOX转换器通入192ppm一氧化氮标准气稳定3分钟后进行标定。分别通入192ppm、100ppm、50ppm一氧化氮标准气稳定3分钟后记录检测值。接着分别通入192ppm、100ppm、50ppm二氧化氮标准气稳定3分钟后记录检测值。如此重复3次。

将NOX转换器温度降至230、210、190、170、150、140、130、120ºC。重复上述过程。

②NOX转化器（钼）转化效率

开机预热NOX转换器至400ºC。U23红外气体分析仪开机预热1小时。经过NOX转换器通入192ppm一氧化氮标准气稳定3分钟后进行标定。分别通入192ppm、100ppm、50ppm一氧化氮标准气稳定3分钟后记录检测值。接着分别通入192ppm、100ppm、50ppm二氧化氮标准气稳定3分钟后记录检测值。如此重复3次。

将NOX转换器温度降至380、360、340ºC。重复上述过程。

转换率计算公式：

（1-1）

其中：B为二氧化氮三次测量均值；

A为一氧化氮测量值。

出口露点稳定性试验：

因湿度干扰直接影响到红外组分测量，所以冷凝器输出露点稳定性影响到氮氧化物测量的精确性。本实验用于检测长时间运行过程中冷凝器出口露点的变化量。

环境温度为27ºC，环境湿度为20%。样气通过鼓泡器后，样气露点值稳定在27ºC。通过伴热管线（120ºC）进入冷凝器。采样流量大小为1L/min，且连续运行1小时以上。通过MGA08检测出口露点的变化量，同时检测出口露点变化造成的氮氧化物零点的漂移。

冷凝器除水能力试验：

冷凝器除水能力决定于以下四项指标：冷凝器最大进气流量；最高进气温度；最高进气露点；最高环境温度。在以上四项指标符合的情况下。冷凝器输出样气露点应稳定在5ºC以内。因四个指标存在相互限制的关系，本试验选取最高样气露点做代表，检测冷凝器的除水能力。

在环境温度稳定在24ºC，采用流量为1L/min，进气温度80ºC的正常使用环境下，通过比例稀释器调节样气湿度变化，检测不同样气湿度下冷凝器出口露点的变化，得到最高样气露点值。

图2 最高样气露点试验气路图

2结果与讨论

2.1NOX转换效率实验

①从图3可以看出，随着碳炉温度的升高，通入的三种浓度NO2标准气转化率逐渐上升，当转换温度升至230ºC时，三种NO2标准气的碳炉转换效率同时达到最高值。当温度继续上升，其转换率反而下降。当温度低于130ºC时，转换效率低于90%。因此，对于碳炉转化器，其最优转换温度为230ºC。

图3 不同NO2标准气体浓度和温度下NOX转化器（碳）转化效率

②从图4可以看出，钼催化剂对NO2的转换效率也随温度的升高而升高，且相对钼炉催化剂而言，影响效果更为显著。对于浓度为192ppn的NO2标准气体，当转换温度为340ºC，转换效率不足50%，而对于浓度为50ppn的NO2标准气体，同样在340ºC转换温度条件下，转换率却高于80%。因此说明转换温度的高低对高浓度NO2标准气体的影响更为显著。对于高中低三种浓度的标准气来说，理想的钼炉催化器转换温度为400ºC。

图4 不同NO2标准气体浓度和温度下NOX转化器（钼）转化效率

2.2出口露点稳定性试验

从图5可得，样气的出口露点温度变化量为0.12ºC，NO（浓度为1000ppm）零点漂移为0.16%。

图5 出口露点稳定性试验的试验结果

2.3冷凝器除水能力试验

当样气湿度从25Vol%逐步调整上升至35Vol%、45Vol%，出口样气露点也随之变化，由0ºC逐步升至接近5ºC。当样气湿度达到50Vol%时，冷凝器出口露点急剧上升，并超过冷凝器可控范围。在环境温度稳定在24ºC，采用流量为1L/min，进气温度为80ºC的正常使用环境下，最高样气露点应在45Vol%-48Vol%即(78-80ºC)之间。

图6 最高样气露点试验结果

图7 不同环境温度、不同采样流量下最高样气露点的变化情况

从图7我们可以看出，最高样气露点随着环境温度升高（24-42ºC），流量变化（1-3L/min）逐步降低。在环境温度42ºC、采样流量为3L/min、进气温度为80ºC的条件下，最高样气露点降至48ºC。

3结论

（1）对于NO2转换效率，碳炉催化器的最佳转换温度为230ºC；钼炉催化器的最佳转换温度为400ºC。

（2）最高样气露点随着环境温度升高（24-42ºC），流量变化（1-3L/min）逐步降低。

参考文献

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[项目]环境保护部2012年环保公益性行业科研项目，项目编号：201209050。

[作者简介]刘虹（1987--），女，硕士研究生；研究方向：污染源监测与环境空气自动监测。