一、烟囱里的四个数，为什么要现场测

一座燃煤锅炉的脱硫塔出口，烟道里流着几十万立方米的烟气，里面有二氧化硫、氮氧化物、氨，还有大量水汽。四个数决定这座锅炉合不合规：二氧化硫多少、氮氧化物多少、含氧量多少、含湿量多少。四个数都要现场测，不能取样带回实验室——烟气一降温，水就凝出来，二氧化硫溶进水里，读数当场掉三成，而且这个掉法看不出来。

现场测的难处往往不在紫外烟气测定仪，在条件。烟道上的测孔只有几十毫米，人站在平台上，风吹着，管子要插进烟道两米，管里的烟气一百多摄氏度、含水量接近饱和。管子一凉，水就在管壁上凝，凝下来的水把二氧化硫带走；管子一漏，外界空气被吸进来，浓度被稀释。两种偏差方向相反，叠在一起就成了一个说不清的数，而屏幕上照样给一个正常的读数。

恒美智造这台 HM-1204 的路子是把这些条件先解决掉。紫外烟气综合分析仪用热湿法：烟气不降温、不除水，全程保温，直接进分析室，水以气态存在，不参与吸收反应；采样管用钛合金真空隔热，伴热到温；气路走之前先检漏，确认没有外界空气混进来。三件事做完，再谈光谱怎么算。顺序不能颠倒，因为光谱算得再准，气样已经不是原来那口气，也没有意义。为什么这个数要一台七万多元的仪器去测。因为它要用于验收与执法，要能过比对、要能上报告。比对的意思是：用另一套方法同时测，两套的偏差要在允许范围内。这套机器能过比对，靠的是三样东西：热湿法的气路、差分吸收的算法、四路参数的同步测量。三样缺一样，比对就过不去，而比对过不去的报告，等于没有。

表1 紫外差分吸收测的是哪几种气体

表注：差分的意思是取吸收曲线的快慢变化，把宽缓的背景扣掉。水汽与颗粒造成的是宽缓变化，扣掉之后剩下的才是气体。

二、差分吸收：把宽缓的背景扣掉

紫外差分吸收光谱的思路，是把一段紫外光打进烟气，让光穿过气室，再用光谱仪把透过的光按波长拆开。不同的气体在不同的波长上有自己的吸收结构：二氧化硫在紫外波段有一段起伏明显、带细结构的吸收；一氧化氮、二氧化氮、氨各有各的窄带吸收。这些细结构像指纹，浓度越高，指纹越深。烟气里不只有气体，还有颗粒与水汽。颗粒造成的是宽波段的衰减，水汽造成的是宽缓的吸收，两者都随波长缓慢变化，没有细结构。差分的做法就是把慢变化的部分当作背景扣掉，只留下快变化的部分去拟合气体浓度。这样一来，颗粒多一点也不影响浓度计算，水汽多一点也能压住。这就是为什么热湿法能用：水还在，但它造不出细结构。

这套算法有两个前提。头一个是光谱仪要稳：波长漂一点点，指纹就错位，浓度就算错。第二个是气室要干净：镜片沾了粉尘，所有波长一起衰减，虽然差分能扣掉大部分，但信噪比会下降，低浓度就分辨不出。所以这台机器要定期校光谱、定期清洗镜片，两件事都不难，难在记着做。恒美智造在维护表上把这两项列在年检里，用户照表走就不会漏。差分吸收还有一个好处：能同时测几种气体。同一段光谱里，二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、氨各有各的指纹，一次采样、一段光谱、四组浓度，四个数的时间点完全一致。这一点在脱硝出口特别有用——氨逃逸与氮氧化物此消彼长，两个数不同步测，就说明不了工艺状态。同一段光谱出来的两个数，才有资格放在一起讨论。

表2 六种气体的量程与精度

表注：前四项走紫外通道，后三项走电化学与红外。两个通道的原理不同，精度也不同，报告里要写清哪个数来自哪条通道。

三、热湿法：不让水把二氧化硫带走

老式的方法是把烟气抽出来先降温除水，再进传感器。降温除水的好处是保护传感器，坏处是水一凝，二氧化硫就溶进去，跟着水一起被排掉，测出来的浓度偏低。这个偏低在低硫工况上格外要命：本来就只有几十毫克，掉三成之后可能落到判定线以下，看着达标，实际超标。所以高湿低硫的场合，老方法测出来的数经常不可信。热湿法把这一步反过来：不降温、不除水，整条气路保持在水的露点以上，水以气态随烟气一起进分析室。分析室里的光谱测量不受气态水干扰，因为水汽的吸收是宽缓的，差分能扣掉。这样二氧化硫一点没损失，测出来的就是烟气里真实的那一份。代价是整条气路都要保温，采样管、接头、气室，任何一处凉了都会凝水。

所以采样管成了关键件。HM-1204 用钛合金真空隔热管，管壁抽真空，导热慢，长距离采样时温降小；外面再加伴热，温度到设定值才允许开始测。管子的接头也是重点：接头处容易散热，容易凝水，所以要用伴热接头，不能用普通卡套。恒美智造在随机件里配了高温延长管，用户在深烟道或者高平台上采样时接一段，管口能伸到位，温度也不掉。热湿法还有一个连带的好处：不用除水，就不必配制冷器与蠕动泵，整机轻了、故障点少了。原先除水系统里那些管子、冷阱、排水泵，都是容易堵、容易冻的地方；去掉之后，现场只需要管好一件事：温度。温度到温，气路就通；温度不到，怎么测都是白测。这一条简单，但它把现场的操作从十几个动作压到了三四个。

表3 四样设计对应的现场问题

表注：热湿法是这一代紫外机与老式定电位电解法的分水岭。水一凝，二氧化硫就溶进去，读数偏低，而这个偏低常被误判为治理效果好。

四、四路参数齐了，浓度才折得成标准状态

烟气里测出来的浓度是实际状态下的，报告里要的是标准状态下的，两者之间差一个折算。折算要四个参数：烟气温度、烟气压力、含湿量、采样流量，另外还要氧气含量去算过剩空气系数。四个参数少一个，折算就不成立；算错了，浓度能差出两三成，而报告上看不出来。所以恒美智造把这四路都做成内置：烟温接口、动静压接口、湿量测量模块、流量计。

烟温用热电偶或者热电阻，量程 0 至 200 摄氏度，分辨率 1.0 摄氏度，允许误差 ±3.0 摄氏度。静压量程负 30 至 30 千帕，动压 0 至 2000 帕，两者合起来算流速；动压的分辨率 1.0 帕，这个分辨率在低流速时很要紧，因为动压与流速是平方关系，小动压对应大误差。含湿量用内置模块，量程 0 至 40 体积百分比，分辨率 0.01。

过剩空气系数用氧含量算，量程 1 至 99.99。这一项在比对时经常被忽略：两套仪器测同一断面，二氧化硫的数差不多，折算之后却差一截，原因常常是氧含量不同步——一套先测氧后测硫，中间隔了几分钟，锅炉负荷变了。HM-1204 把氧与硫放在同一次采样里，时间点一致，折算的争议就少了。四路参数还有一个用处：判断采样是否正常。流速突然掉到零，多半是采样嘴堵了；含湿量突然跳到满量程，多半是水进了传感器；烟温比平时低几十度，多半是测孔位置偏了或者炉况变了。这些判断在数据里就能看出来，不必等测完再回头查。恒美智造在软件里把这四路显示在主界面，与气体浓度并排，现场一眼能对上。

表4 HM-1204 的主要参数

表注：一台机器同时给烟温、压力、含湿量、流量四路参数，是为了把浓度折算到标准状态。少一路，折算就不成立。

五、六份标准与一套验收动作

这个行当的标准分三层。方法层是 HJ 1131-2020 与 HJ 1132-2020，前者讲固定污染源废气中二氧化硫的便携式紫外吸收法，后者讲氮氧化物的便携式紫外吸收法；仪器层是 HJ 1045-2019，讲便携式紫外吸收法仪器的技术要求与检测方法；计量层是 JJG 968-2002，烟气分析仪的检定规程。三层各管一段，方法与仪器要配套，计量要给值。

还有两份要记住。HJ/T 397-2007 是固定源废气监测技术规范，讲点位怎么选、孔位怎么开、采样多长时间、平行样怎么做；GB 13233-2011 是火电厂大气污染物排放标准，讲限值。前者管怎么测，后者管测出来算不算达标。用户常犯的错是只看限值不看规范：数测出来了，点位不对、时长不够，报告照样不被采信。

验收做三件事。头一件是标准气比对：用二氧化硫、一氧化氮标准气各三点，看偏差在不在 ±3% 满量程以内。第二件是重复性：同一气样连测七次，看极差有多大。第三件是四路参数核对：用标准温度计、压力计比对烟温与压力，用湿度源核对含湿量。三件事都有数，恒美智造才在验收表上签字；只测气体不核四路，折算值仍然可疑。随机文件要看四样：装箱单、说明书、合格证、校准记录。四样齐了，这台仪器才算有身份。恒美智造另附一页现场记录模板，把点位、孔位、采样时长、四路参数、折算值五项留空，用户填自己的数。这一页在平台上比说明书好找，测完一个点填一行，回单位不必回忆，也不会把两个点的数记混。

六、一份能过验收的记录，要定五件事

头一件是点位与孔位。按 HJ/T 397-2007 的要求，测点要选在气流稳定的断面，避开弯头与变径；孔位要能覆盖断面网格，取几个点按断面大小定。点位与孔位定死，写进记录，下次照做。同一个烟道，点位偏一米，浓度能差三成，而这一条在报告上看不出来，只在比对时暴露。第二件是采样时长。每个点采多久，标准里有要求；时间短了，数据不稳，代表性不足。第三件是伴热温度。管子到温才允许开始测，这一条要写进作业卡；温度不到就测，等于把水凝在管里，测出来的数偏低。第四件是折算参数。烟温、压力、含湿量、氧含量四项都要记，折算时用得上，复核时也要用。

第五件是留证方式。气体浓度、原始谱图、折算值、打印条，四样一起存。验收与执法场合，对方会问三句话：仪器准不准、现场怎么测的、数据有没有改过；三句话对应三样东西——校准记录、点位与手法记录、原始数据。三样齐，质疑就答得下去。恒美智造这台机器能存十万组以上，能 U 盘导出，也能蓝牙打印，三条路都留着。五件事定完，还要落到一张纸上。这张纸上的数不是抄来的，是试出来的：点位从断面勘查来，时长从规范来，伴热温度从烟气露点来。恒美智造在交付培训时陪着用户把这张纸填完，填的过程也是把现场摸一遍。很多用户的记录不可比，不是仪器的问题，是点位与时长没定死，不同班次各按各的习惯测。

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