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        煙氣脫硝技術(shù)裝備脫硝效率測定的不確定度評定

        2022-12-05 12:19:00
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2022年35期
        關(guān)鍵詞:煙氣效率標(biāo)準(zhǔn)

        趙 明

        (龍巖市產(chǎn)品質(zhì)量檢驗所,福建 龍巖 364000)

        引言

        測量的不確定度是同測量結(jié)果緊密聯(lián)系的參數(shù),主要用于表征合理賦予被測量值的分散性?!稒z測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》和《檢驗檢測機構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評價 檢驗檢測機構(gòu)通用要求》要求[1-2],檢驗檢測機構(gòu)應(yīng)建立并保持相關(guān)程序應(yīng)用于評定測量結(jié)果的不確定度,以便能充分反映測量結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性及人員技術(shù)水平。

        脫硝效率是煙氣脫硝技術(shù)裝備最重要的性能檢測項目,裝備出口排放氮氧化物(NOX)濃度能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),取決于脫硝效率[3]?!痘痣姀S煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范 選擇性催化還原法》[4]要求,在催化劑最大裝入量情況下的設(shè)計脫硝效率不得低于80%?!痘痣姀S煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范 選擇性非催化還原法》[5]要求,SNCR 法適用于脫硝效率要求不高于40%的機組。在煙氣脫硝技術(shù)裝備項目技術(shù)協(xié)議中,也明確議定脫硝效率保證值。因此,為準(zhǔn)確判定煙氣脫硝技術(shù)裝備的產(chǎn)品性能,規(guī)范行業(yè)市場秩序,保障企業(yè)公平合理競爭,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展,準(zhǔn)確測定脫硝效率顯得十分重要,故有必要對脫硝效率測定的不確定度進(jìn)行系統(tǒng)、全面評定。

        本研究根據(jù)不確定度評定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求[6-8],通過認(rèn)真分析不確定度來源、建立數(shù)學(xué)模型、評定各不確定度分量、合成并評估擴展不確定度及相對擴展不確定度,對煙氣脫硝技術(shù)裝備脫硝效率測定的不確定度進(jìn)行了詳細(xì)評定,可為準(zhǔn)確測定煙氣脫硝技術(shù)裝備脫硝效率提供理論參考。

        1 測定方法、原理

        目前,氮氧化物(NOX)的采樣方法主要依據(jù)《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態(tài)污染物采樣方法》[9],氮氧化物(NOX)的測定方法主要依據(jù)《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 定電位電解法》或《固定污染源廢氣 氮氧化物的測定 非分散紅外吸收法》[10-11]。

        定電位電解法原理:首先是將抽取的廢氣樣品導(dǎo)入傳感器中,該傳感器的主要組成部分包括:電解槽、電解液和電極(包括三個電極,分別稱為敏感電極、參比電極和對電極);然后是將NO 或NO2氣體通過滲透膜擴散至敏感電極表面;最后是在敏感電極表面上發(fā)生氧化或還原反應(yīng),在對電極表面上發(fā)生還原或氧化反應(yīng),進(jìn)而產(chǎn)生極限擴散電流i。此時,在一定的工作條件下,極限擴散電流i 大小將與NO 或NO2氣體濃度成正比[10]。

        非分散紅外吸收法原理:主要是利用NO 氣體對紅外光譜區(qū)的選擇性吸收作用,特別是對5.3μm 波長光的選擇性吸收,然后基于朗伯- 比爾定律對廢氣中的NO 濃度進(jìn)行定量,而廢氣中的NO2濃度則可以先通過轉(zhuǎn)換器還原為NO 濃度后再進(jìn)行定量[11]。

        煙氣含氧量測定采用自動煙塵采樣測試儀(如青島嶗應(yīng)3012H,電化學(xué)傳感器法)。

        2 不確定度評定

        2.1 數(shù)學(xué)模型

        式中:η 為脫硝效率,%;Cos為裝備出口煙氣NOX濃度,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,干基,過??諝庀禂?shù)為1.4,mg/m3;Cis為裝備進(jìn)口煙氣NOX濃度,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下,干基,過??諝庀禂?shù)為1.4,mg/m3;αo為裝備出口煙氣過剩空氣系數(shù);αi為裝備進(jìn)口煙氣過剩空氣系數(shù);αs為標(biāo)準(zhǔn)過??諝庀禂?shù),1.4;Oo為實測裝備出口煙氣含氧量,%;Oi為實測裝備進(jìn)口煙氣含氧量,%;Co為實測裝備出口煙氣NOX濃度,mg/m3;Ci為實測裝備進(jìn)口煙氣NOX濃度,mg/m3。

        2.2 不確定度來源

        根據(jù)上述公式(1)的數(shù)學(xué)模型可分析得出,煙氣脫硝技術(shù)裝備脫硝效率測定的不確定度來源主要有:(1) 實測裝備進(jìn)、出口煙氣含氧量的不確定度。(2)實測裝備進(jìn)、出口煙氣NOX濃度的不確定度,且以上不確定度來源均互不相關(guān)。

        2.3 不確定度計算

        因各輸入量均互不相關(guān),根據(jù)上述公式(1)的數(shù)學(xué)模型即可推導(dǎo)結(jié)果如下:

        脫硝效率不確定度uη:

        脫硝效率相對不確定度uηrel:

        經(jīng)上述推導(dǎo)得出,脫硝效率的相對不確定度主要與:實測裝備進(jìn)、出口煙氣NOX濃度的相對不確定度,21%與實測裝備進(jìn)、出口煙氣含氧量之差的相對不確定度等4 個參數(shù)相關(guān)。

        2.4 不確定度分量評定

        2.4.1 實測裝備進(jìn)、出口煙氣NOX濃度不確定度評定

        實測裝備進(jìn)、出口煙氣NOX濃度的不確定度來源主要為:重復(fù)性測量(含工況穩(wěn)定性)、校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體、儀器示值誤差、儀器分辨率[12-15]。其中,重復(fù)性測量引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用A 類進(jìn)行評定,在同等工況條件下,進(jìn)行n=10 次獨立重復(fù)測量,實測結(jié)果顯示相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤5%,服從正態(tài)分布。校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用B 類進(jìn)行評定,相對不確定度為2%(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書),服從正態(tài)分布,包含因子k=1.96。儀器示值誤差引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用B 類進(jìn)行評定,煙氣分析儀NOX的最大允許示值誤差為±5%(儀器說明書、校準(zhǔn)證書),服從均勻分布,包含因子k=。儀器分辨率引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用B 類進(jìn)行評定,煙氣分析儀NOX的分辨率為2 mg/m3,半寬約1%,服從均勻分布,包含因子k=。詳見表1。

        表1 實測煙氣脫硝技術(shù)裝備進(jìn)、出口煙氣NOX 濃度相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源

        實測裝備進(jìn)、出口煙氣NOX濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        2.4.2 21%與實測裝備進(jìn)、出口煙氣含氧量之差不確定度評定

        21%與實測裝備進(jìn)、出口煙氣含氧量之差的不確定度來源主要為儀器示值誤差,通常裝備進(jìn)、出口煙氣含氧量為3%~9%,自動煙塵采樣測試儀含氧量測定的最大允許示值誤差為±2.5%(儀器說明書、校準(zhǔn)證書),則21%與實測裝備進(jìn)、出口煙氣含氧量之差的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度采用B 類評定,半寬為0.42%~1.88%,取最大值1.88%,服從均勻分布,包含因子k=,則21%與實測裝備進(jìn)、出口煙氣含氧量之差的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        2.5 合成不確定度評定

        根據(jù)上述公式(3)可計算得出,脫硝效率的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度:

        2.6 擴展不確定度評定

        根據(jù)上述公式(6)可分析得出,脫硝效率的相對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度將隨著脫硝效率自身的大小變化而變化。若η=80.0%,取置信概率p=95%,包含因子k=2,則相對擴展不確定度及擴展不確定度:

        2.7 不確定度報告

        本次評定條件下擴展不確定度Uη=2.1%,包含因子k=2,即可得脫硝效率測定結(jié)果為:

        3 不確定度評估

        根據(jù)上述公式(6)可分析得出,當(dāng)設(shè)定脫硝效率(η)在20.0%~100.0%區(qū)間內(nèi)進(jìn)行變化時,脫硝效率的相對擴展不確定度(Urel)將隨著脫硝效率的增大呈非線性下降趨勢,相對擴展不確定度的變化極差可達(dá)到41.4%,見圖1。脫硝效率的擴展不確定度(U)將隨著脫硝效率的增大呈線性下降趨勢,擴展不確定度的變化極差可達(dá)到8.3%,見圖2。經(jīng)上述分析得出,脫硝效率自身的大小將對不確定度產(chǎn)生較大影響,特別是當(dāng)脫硝效率較低時,所產(chǎn)生的影響會更大。

        圖1 相對擴展不確定度隨脫硝效率的變化

        圖2 擴展不確定度隨脫硝效率的變化

        4 結(jié)論

        根據(jù)不確定度評定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求,通過認(rèn)真分析不確定度來源、建立數(shù)學(xué)模型、評定各不確定度分量、合成并評估相對擴展不確定度及擴展不確定度,對煙氣脫硝技術(shù)裝備脫硝效率測定的不確定度進(jìn)行了詳細(xì)評定。

        根據(jù)本次不確定度評定結(jié)果可以看出,脫硝效率自身的大小對不確定度的影響最大,相對擴展不確定度將隨著脫硝效率的增大呈非線性下降趨勢,擴展不確定度將隨著脫硝效率的增大呈線性下降趨勢。煙氣分析儀NOX濃度測定的示值誤差對不確定度的貢獻(xiàn)較大,重復(fù)性測量、校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體和自動煙塵采樣測試儀含氧量測定誤差對不確定度的貢獻(xiàn)也較大,儀器分辨率對不確定度的貢獻(xiàn)較小。因此,在實際測定過程中,均應(yīng)采取相應(yīng)的措施以便減小不確定度,如選用高精確度等級的煙氣分析儀、煙塵采樣測試儀,以及高準(zhǔn)確度級別的校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)氣體等,從而提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性。

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