单通道多通道气体分析仪

“首台(套)”是指国内实现重大技术突破、拥有知识产权、尚未取得市场业绩的装备产品，包括前三台(套)或批(次)成套设备、整机设备及核心部件、控制系统、基础材料、软件系统等。自2018年4月发改委等8部门联合印发《关于促进首台(套)重大技术装备示范应用的意见》以来，首台(套)重大技术装备受到了社会各界的广泛关注。各省份接连出台落地举措和认定名单，不仅给予政策上的支持，还有多达数百万的资金奖励 同时，获得首台(套)认定，也彰显着一家企业的领先科技和硬实力。　　近年来，科学仪器行业也涌现了多批首台(套)仪器装备，为此，仪器信息网特别策划“聚焦科学仪器首台(套)”专题，向广大同行及用户展示这些仪器“尖子生”的创新风采。　　谱育科技EXPEC 3500高性能双通道走航质谱分析仪于2018年上市，2020年12月获浙江省制造业首台(套)认定。　　1、请介绍公司获首台(套)认定的产品推出及获认定时间，攻克了哪些技术难关，解决了国家哪些重要问题?　　EXPEC 3500高性能双通道走航质谱分析仪上市的时间是2018年，首台(套)认定时间为2020年12月。　　高性能双通道走航质谱分析仪产品针对挥发性有机物(VOCs)的实时走航监测所面临的问题创新研制，集单质谱分析、气相色谱质谱联用(GC-MS)分析于一体，在快速走航监测分析技术、多模式动态吸附热解析技术、径向聚焦脉冲内离子源技术、双极性射频电压动态平衡技术及质谱增益自动调谐技术上具有重大突破。同时，产品集成了自主开发的智能化走航软件及定制化改装载体，具有快速响应、高时空分辨、准确定性与定量、全污染因子覆盖等特点，实现了VOCs区域污染画像、异味精准溯源、连续在线监测等功能，相关技术指标达到了国际先进水平，填补了国内该领域装备的空白，对推动我国VOCs精准管控与执法具有重要的意义。　　2、该产品研制推出的背后，有哪些意义深刻的里程碑事件，或者有哪些令人难忘的研发、生产等故事可以分享?　　高性能双通道走航质谱分析仪从2015年研发立项到2018年产品研制成功共历时3年：开始方案设计和开发探索，生产加工、系统测试验证和升级乃至完成产业化发展。为满足国内走航监测市场的需求，实现高性能双通道走航质谱分析仪的产业化，项目从核心器件、关键部件、仪器整机到仪器应用为轴线的"全链条式"创新设计新模式，攻克了双通道走航质谱分析仪的核心器件和关键技术研究，开展了双通道走航质谱分析仪的研制与应用方法研究，实现了双通道走航质谱分析仪的研制和产业化，填补国内该领域空白。　　3、该产品能够实现在哪些领域的关键应用，可以帮助用户解决哪些重要问题?相比以往，在应用上有哪些变化和创新?　　为快速捕获区域污染源头，获取空气中挥发性有机物的时空分布。高性能双通道走航质谱分析仪研制过程中，采用直接进样(无需富集)和富集+分离进样的多(两个或更多)通道走航监测系统，可实现VOCs等的快速检测，同时能解决传统质谱走航监测仪器无法区分分子量相同物质的问题。直接进样通道实时分析空气中的污染物，当污染物等待测物超过阈值时，和富集+分离通道实现联动，确保目标VOCs等待测物及时采集、无遗漏 配合移动工具(如监测车)“边走边测”的特点，实现VOCs等待测物快速检测和精确定性、定量分析。该方法可以满足国家相关标准要求，能监测包括芳香烃类、卤代烃类、酯类、醛类、酮类、有机硫等污染因子在内的近千种以上环境大气挥发性有机物。　　VOCs 监测技术是开展 VOCs 污染防治工作的重要基础。传统常用的VOCs监测分析方法 “手工采样、仪器分析、数据解析”在实际应用中存在一定的局限性，例如分析过程繁琐，周期长，样品采集，时效性低，耗费大量人力物力，且指向性较差，影响监测结果的准确性。　　近年来，VOCs走航监测技术具有现场实时快速检测、移动进行区域快速排查等优势，在VOCs污染防治领域获得了快速发展。搭载广谱型VOCs监测设备，进行移动监测的技术手段。双通道走航监测车搭载质谱分析技术因其检测速度快、可实时在线监测、灵敏度高等优点，在VOCs监测方面具有强大优势。走航监测结合监测数据、GPS信息和电子地图，可实现对大气污染物的“边走边测”，摸清整体的挥发性有机物污染物分布情况，实现对监测区域、工业园区、重点企业实行地毯式快速监察，有效提升了环境监测部门的效率。　　4、企业往往都希望采购成熟产品，首台(套)问世后，大规模应用和市场推广是主要难题。那么，您认为该产品的应用和市场推广层面，面临哪些挑战，公司采取了哪些手段积极应对?　　高性能双通道走航质谱分析仪定位于高端VOCs监测设备市场，主要解决VOCs的全时空、快速走航监测需求，弥补传统在线、移动监测手段的不足，为VOCs的精准防控提供有力监测手段。国内外同类产品仅适用单通道质谱分析方法，由于该方法不涉及色谱分离，分析速度极快，单次分析时间可实现秒级响应，适合环境空气、厂界等多种场合的VOCs快速筛查。但是由于缺少色谱分离过程，直接进样质谱法的缺点也很明显，例如无法有效区分同分异构体以及分子量相同的化合物，从而无法实现这两类化合物的准确定性定量，存在明显的技术缺陷。　　本设备将直接进样质谱法和GC-MS法相结合，优势互补，建立双通道分析模式，用于VOCs快速准确定性定量，是较为理想的监测技术方案。选用双通道VOCs质谱分析仪，分析仪能够同时支持GC-MS法和直接进样质谱法，可同时发挥GC-MS法定性定量准确、灵敏度高、监测因子覆盖范围广，以及直接进样质谱法分析速度快等优势。关键监测技术的升级，有效保证设备分析结果准确可靠，在同类型走航市场上具有明显优势。　　在推广上公司积极发挥产品价值，发挥GC-MS法定性定量准确、灵敏度高、监测因子覆盖范围广等优势，也能发挥直接进样质谱法分析速度快的优势。本产品具备环境空气监测、污染源(有组织、无组织)监测及污染物实时走航监测等功能模式。利用双通道走航质谱的工作性能，不断带动走航设备行业的发展走向双通道质谱设计。　　5、获首台(套)重大技术装备认定对公司而言意味着怎样的激励?带来了哪些实质性的助力?下一步公司在企业发展和产品研制层面还将有哪些计划?　　首台套重大技术装备认定是对谱育科技双通道走航质谱的重要认可，一定程度上可定了双通道走航质谱在污染溯源筛查、环境监测、应急监测等领域的作用，同时助力监测设备市场更加认可双通道走航质谱的性能和价值，助力更好的推广产品。　　围绕十四五及长期环境监测规划，谱育科技不断进行了技术平台提升，围绕环境管理的综合性和复杂性问题，探索走航技术与激光雷达技术、傅里叶红外遥感技术、半导体激光遥测技术等技术联用，研发多参数走航联用技术平台，实现高时空分辨、多类型污染物、天地空的多维度综合分析和评价，为达标管控和环境管理提供更详实的数据。

MH4021型多通道气体配气仪是我公司专门针对多种标准气体和稀释气体（零气或N2）混合配气研发的一款仪器，内部采用高精度质量流量控制器，精确控制每个通道的气体流量，按设定比例对标准气体和稀释气体进行混合配气；具有压力报警提示，保证混合气的精确度。该仪器功耗低、重量轻、体积小，是配置混合气、进行气体稀释的优选设备。主要特点小型化设计，结构紧凑，重量轻；多通道配气，最多可同时接三路标准气体，一路稀释气体；采用进口质量流量控制器，精度优于1%，流量分辨率可达0.001L/min，稀释比100：1（可扩展）；流量稳定，精确度高，重复性小；气体进口流量范围可扩展，提高配气范围；仪器内部的连接气路采用特氟龙材质，避免气路腐蚀和吸附，大大提高了混合气的精确度；内部采用科学高效的静态混合装置，实现快速均匀混气；用户可根据使用习惯预设六组数据，一键配气，方便快捷、易操作；具有进气压力报警提示功能，提醒用户保持合适的进气压力，保证了混合气的精确度；可设置屏保时间和自动关机时间，节省电量，保护电池；超大触摸显示屏，触摸灵敏，界面显示数据更丰富、简单明了的界面风格，操作简单易学；U盘可导出数据到电脑，便于数据处理、打印；大容量内置锂电池，可供仪器连续工作4小时以上，方便用户户外使用；连接明华仪器可以与其进行通讯，进行自动标定、检验，可根据相关标准进行自动交叉干扰测试，节省人力，大大提高了工作效率。 执行标准HJ 57-2017《固定污染源废气 二氧化硫的测定 定电位电解法》GB/T5275.7-2014《气体分析 动态体积法制备校准用混合气体》创新点：与上一代产品相比体积更小更便携，结构紧凑，重量轻；多通道配气，最多可同时接三路标准气体，一路稀释气体；采用进口质量流量控制器，精度优于1%，流量分辨率可达0.001L/min，稀释比100：1（可扩展）；流量稳定，精确度高，重复性小；气体进口流量范围可扩展，提高配气范围。明华MH4021型多通道气体配气仪

p　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "氨逃逸分析的意义/span/strongbr//pp　　当前，随着我国经济的持续发展，能源压力日趋紧张，环境污染已严重危害到我国人民的健康和生活质量。近年来河北、山东、北京等地被持续的大范围雾霾天气所笼罩，引发全社会的广泛关注。二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成。为了降低经济快速发展带来的雾霾、臭氧层破坏、温室效应及酸雨现象，我国要求使用燃煤的工厂(主要是火电厂和水泥厂)安装脱硝装置，降低氮氧化物的排放。/pp　　国内外应用较多且工艺成熟的选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝，均需要向烟气中喷入还原剂氨，使烟气中的氮氧化物还原成氮。/pp　　为了保证氮氧化物充分反应，提高脱硝效率，需要实现还原剂氨注入量的最优化。如果喷氨过多，则会产生氨逃逸，造成更严重的危害：/pp　　1.逃逸的氨与烟气中的SOsub3/sub反应生成NHsub4/subHSOsub4/sub，当后续烟道烟温降低时，NHsub4/subHSOsub4/sub就会附着在空气预热器表面和飞灰颗粒物表面。/pp　　2.NHsub4/subHSOsub4/sub可以沉积并积聚在催化剂表面，引起催化剂的失活。/pp　　3.NHsub4/subHSOsub4/sub在低于150℃时，以液态形式存在，腐蚀空气预热器，并通过与飞灰表面物反应而改变飞灰颗粒物的表面形状，最终形成一种大团状粘性的腐蚀性物质。/pp　　4.这种飞灰颗粒物和在空气预热器换热表面形成的NHsub4/subHSOsub4/sub会导致空气预热器的压损急剧增大。/pp　　5.逃逸的氨导致飞灰化学性质发生改变，使得飞灰不能作为建材原料而得到利用。/pp　　所以，脱硝工艺喷氨量的控制，既要保障脱硝效率最高，又不能过量喷氨造成新的危害，需要对氨逃逸进行实时准确的在线分析。作为脱硝工艺中必不可少的关键监测设备，氨逃逸的准确稳定测量，对提高工业效率和安全生产有着重要的意义。/pp　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "氨逃逸分析的现状/span/strong/pp　　目前电力行业脱硝工艺基本上已经装配了氨逃逸在线分析系统，但在实际运行过程中这些氨逃逸在线分析系统往往存在着一些普遍性问题：/pp　　1.氨逃逸数据为0或某个固定值，或只有仪表自身噪声信号，没有真正检测出逃逸氨，给性能验收和环保验收带来麻烦。/pp　　2.增大或减少喷氨量，氨逃逸数据无变化，没有趋势相关性，无法为电厂控制喷氨流量提供科学的数据参考。为了NOx达标排放可能会喷氨过量，造成氨水浪费和形成大量铵盐对后面设备造成严重腐蚀。/pp　　3.传统氨逃逸不能随时通标气进行验证，不能确保数据的准确性。/pp　　通过对这些氨逃逸设备实地调研分析，发现这些设备主要采用原位测量方式，将设备的发射端和接收端分别安装在烟道上，采取对射的方式。这种测量方式会有以下几种影响：/pp　　1.测量点位置粉尘量大，激光透射率不足，导致无法测量。/pp　　2.为了解决透射率不足无法测量的问题，很多原位式分析仪采用斜角安装方式，即在烟道一角采取对射安装。这种方式测量的氨逃逸不具有代表性，不能反映烟道截面的真实状况，同时粉尘对测量仍然会造成影响。/pp　　3.测量精度和测量下限与光程相关，光程越长，测量精度和测量下限越好。采用斜角安装方式测量光程短，测量下限和精度不够，无法满足氨逃逸精确测量的需求。/pp　　4.现场振动和热膨胀因素，会造成激光对射不准，影响正常使用。/pp　　5.无法通标气标定和验证。/pp　　正是由于上述原因，原位式脱硝氨逃逸分析仪在实际使用中遇到了众多的困难，为了解决这些问题，国内一些企业将国外进口的分析仪进行改造，自己设计加工样气室，采用抽取式去除粉尘，抽取样气进入样气室测量，但是由于自身不掌握TDLAS核心技术，在改造过程中存在诸多技术问题及测量光程不够等因素，也没有取得良好的测量效果。/pp　　strongspan style="color: rgb(0, 112, 192) "多通道近位抽取高精度测量技术应用/span/strong/pp　　针对上述问题和现状，北京大方科技有限责任公司基于自身掌握的TDLAS核心技术，将多通道近位抽取及多次反射高精度测量技术应用于氨逃逸在线分析，成功解决上述问题，并得到了广泛应用。/pp　　一、采用高精度多次反射长光程技术/pp　　鉴于脱硝工程中氨逃逸对环境和设备的巨大危害，环保部对脱硝工艺中氨逃逸量有严格的规范。环保部2010年1月发布的环发[2010]10号《火电厂氮氧化物防治技术政策》以及2010年2月发布的标准HJ562-2010《火电厂烟气脱硝工程技术规范----选择性催化还原法》皆要求SCR氨逃逸控制在2.5mg/msup3/sup(干基，标准状态)以下。因此，脱硝工程中的氨逃逸量极低(ppm量级)，这对氨逃逸分析仪的测量精度提出了极高的要求。/pp　　目前测量氨逃逸通常采用可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS技术)，其基本原理是朗伯-比尔定律(Beer-Lambert’s law)，依据朗伯-比尔定律，当单色光穿过均匀气体介质时透射光强和入射光强的关系, 如方程(1)、(2)所示：/pp style="margin-left:13px text-indent:21px line-height:150% text-autospace:none"span style="font-size:21px line-height:150% font-family:仿宋" img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/noimg/f1b1356f-e59a-4815-a181-8722c53bd3d8.jpg" title="公式.png"/ /span/pp　　其中，P 为气体的压力；/pp　　T 是样品气体的温度；/pp　　Xabs 是被测气体在样品气体中的摩尔百分比；/pp　　L 为光程长度；/pp　　S 为吸收谱线的强度；/pp　　fn为吸收谱线的线型函数。/pp　　由公式可知光程长度越长，气体的吸收强度越强，所得到信号的信噪比越好，也就是说测量光程越长，测量精度越高。大方科技自主开发多次反射高温样气室，激光在样气室中多次反射，如图1为多次反射技术样气室中光路轨迹仿真图，光程可达30米，极大的提高了测量精度和检测下限。通过光程的提高，很大程度的解决了传统氨逃逸光程短、测量精度不足的问题。/pp style="text-align: center "　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/noimg/5c6248b5-acb0-4782-b0e4-1b81f607f144.jpg" title="图1.png"/　/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "图1.大方科技多次反射技术样气室中光路轨迹仿真图/span/pp　　二、多通道近位抽取测量技术应用/pp　　针对原位式氨逃逸在线分析系统受烟尘和烟道震动影响等因素，大多数氨逃逸在线分析系统已采用抽取式技术路线，将烟气抽出经过预处理后进行测量，很好的解决了上述问题。目前已有的抽取式氨逃逸在线监测系统多采用单点取样，将一根取样探杆沿烟道长边中心位置插入至烟道核心区域，虽然和传统的原位式氨逃逸分析仪安装在烟道角落位置相比，目前单点核心区域抽取更具代表性，但对于大型机组烟道尺寸很大(通常长边可达13米以上)的情况下，烟道内流场分布复杂，截面上氨逃逸浓度也不尽相同，为了更准确的代表烟道中氨逃逸的浓度，需要实现多点测量。如果单点测量是一台通用测量设备，那么多点测量则是一台高端设备，满足高质量、高要求用户的需求。/pp　　大方科技在抽取式技术路线基础上，通过产品小型化、外置过滤装置、减震安装装置设计、近位恒温控制、流路控制等成功实现多通道近位测量技术。近位测量实现取样气体从取样探杆出来直接进入分析气室，不需要伴热管线，减少了系统的响应时间，降低氨气吸附的风险，降低伴热管线堵塞及损坏的可能，提高了系统的可靠性和耐用性。取样点的位置和取样探杆的长度可根据现场情况设计，既可实现同一烟道多点同时测量，也可以实现多烟道多通道测量，且每个取样点可独立反吹。通道数量可以1~6任意扩展。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/noimg/9f23d8c0-cf6c-42b2-ac42-dc46822639d5.jpg" title="图片2.png"//pp style="text-align: center "　span style="color: rgb(0, 176, 240) "　图2.大方科技近位抽取氨逃逸在线分析系统主机实物图/span/pp　　大方科技率先开展氨逃逸的多点取样测量，成功实现了两点、三点、四点以及网格取样的应用，测量准确有代表性，得到了用户的高度评价。/pp　　三、复杂烟气工况高温近位抽取预处理技术应用/pp　　由于我国燃煤种类及燃烧工艺的复杂多样性，烟气具有高温、高湿、高腐蚀、高粉尘的特点，且每家的工况环境各异，这给氨逃逸的在线监测带来了不确定性。氨分子极易溶于水且具有极强的吸附性，因此要求整个系统中不能存在冷点，也不能降温除水，需要在高温下完成测量。由于烟气中存在大量的粉尘，要求预处理系统既能够将粉尘过滤掉，避免造成光学器件的污染，又不能堵塞，加大现场的维护量。烟气中含有SO3、NH3等腐蚀性气体，且湿度大，要求整个烟气流路需要做防腐处理。所以，开发适合我国烟气工况，且适应强的氨逃逸在线分析系统，其首要难点之一是烟气预处理系统的开发。/pp　　针对上述复杂工况，大方科技结合自身在烟气预处理多年摸爬打滚的经验，成功开发了稳定可靠的近位抽取预处理系统。抽取气体直接进入气室，不需要经过伴热管线，烟气接触的流路全程高温伴热250℃以上无冷点，避免氨气吸附和损失，保证样气真实性。系统滤芯采用碳化硅过滤器，在高温下不会与SO2、NH3等腐蚀性气体发生化学反应，且滤芯采用后置安装，无需专业工具拆卸，更换和清理极其方便。每个通道皆具有自动反吹控制，反吹间隔和反吹时长根据工况设置，有效避免滤芯堵塞。/pp　　对于氨逃逸监测而言，复杂的烟气工况环境是造成故障率攀升的主要原因。所以，预处理系统的稳定性和耐用性是氨逃逸监测设备的核心竞争力之一。大方科技近位抽取式预处理技术的应用，极大的提高了系统稳定性，结合多次反射长光程技术的应用，保障了测量结果的准确，为合理喷氨提供了科学的数据支撑。图3为大方科技氨逃逸在线分析系统现场趋势图，红色为喷氨量曲线，黄色为氨逃逸曲线，当系统的喷氨量发生变化时，氨逃逸数据曲线也相应地变化，从图上看喷氨量和氨逃逸曲线趋势一致，相关性高，为系统的安全、经济运行提供有价值的数据参考。/pp style="text-align: center "　　img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201710/noimg/f84c9423-8972-473b-83c6-2c3ca3349309.jpg" title="图3.png"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "图3.大方科技氨逃逸在线分析系统现场趋势图/span/pp style="text-align: right "span style="color: rgb(0, 176, 240) "span style="color: rgb(0, 0, 0) "【供稿来源：北京大方科技有限责任公司】/spanbr//span/p