1 系統(tǒng)的組成

MCSIOOEHW多組分煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)由取樣系統(tǒng)和多組分紅外分析儀組成，系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

取樣系統(tǒng)包括帶加熱過濾器的高溫取樣探頭、高溫條件下運(yùn)行的測量／反吹／校準(zhǔn)閥組件和伴熱取樣管線。煙氣中水汽很多，反吹氣不加熱，反吹過程中可能出現(xiàn)冷凝。機(jī)柜內(nèi)裝有高溫測量系統(tǒng)，包括使用高溫測量氣室(最高溫度達(dá)200℃的多組分紅外光度計，高溫取樣泵，高溫流量計和加熱樣氣傳輸管線。溫度750℃ 的旁路高溫氣室中裝有一體化氧化鋯傳感器，用于同時測量氧濃度。

2 測量原理

測量系統(tǒng)采用了時間雙波長法和氣體濾波相關(guān)法兩種技術(shù)，通過計算機(jī)程序控制，進(jìn)行多波長掃描，對接收到的信號進(jìn)行處理并計算出各種氣體的濃度值。組分濃度測量依據(jù)比爾一朗伯定律：

式中：A—— 吸光度(被測氣體吸收后光強(qiáng)度衰減)

　I——發(fā)射光強(qiáng)度

　I0——測氣體吸收后的光強(qiáng)度

　e—— 吸光系數(shù)

　C—— 被測氣體濃度

　d—— 光程長度

在被測組分特征吸收波長處測量發(fā)射光強(qiáng)度和被測氣體吸收后的光強(qiáng)度 ，由式(1)計算出被測組成的濃度C。

2．1 單光束雙波長法

單光束雙波長法的工作原理如圖2所示。

測量濾光片和參比濾光片交替進(jìn)入光路，選擇光譜波長。測量濾光片的波長和被測氣體的吸收波長一致，因此，當(dāng)測量濾光片在光路中時，被測氣體吸收紅外能量。參比濾光片的波長與氣體的吸收波長不同，參比濾光片位于光路時，被測氣體對光能量沒有吸收。檢測器接收到的光強(qiáng)度信號，對于測量濾光片是I，對于參比濾光片是I0。由吸收后的光強(qiáng)度I 和非吸收光強(qiáng)度I0 計算吸光度A，推導(dǎo)出被測組分濃度。

2．2 氣體濾波相關(guān)法

氣體濾波相關(guān)法的工作原理見圖3。氣體濾光池填充有高分壓的被測組分氣體。當(dāng)氣體濾光池進(jìn)入光路時，測得參比信號I0，它與被測組分濃度無關(guān)；而當(dāng)空氣室進(jìn)入光路時，測得測量信號，它與測量氣室中被測組分濃度變化相關(guān)。為了準(zhǔn)確測量被測組分的的吸收波長，在測量光路中加入第二個濾波輪，干涉濾光片選擇測量波長。由測量得到的I 和 I0計算吸光度A，推導(dǎo)出被測組分濃度。

3 多組分紅外分析儀

多組分紅外分析儀結(jié)合了上面兩種技術(shù)，裝有兩個濾光氣室輪，總共有多達(dá)14個濾光(片)氣室。光學(xué)部件結(jié)構(gòu)如圖4所示。一般情況下使用一個測量濾光片和一個參比濾光片或使用1個測量濾光片和一個氣體濾波氣室可測量一個組分，因此可同時測量8個組分。干擾組分濃度在最終的測量結(jié)果中可以扣除。濾光氣室的位置由內(nèi)部處理器控制，在一次測量過程中可以對各組分多次掃描，以提高信噪比。由切光輪完成光束信號的射頻模式化。測量過程中可同時應(yīng)用單光束雙波長法和氣體濾波相關(guān)法。

對干擾組分的影響采用相加式或相乘式方法，通過微處理器進(jìn)行扣除，提高測量結(jié)果的可靠性和精度。

(1)相加式扣除：若各組分光譜相互重疊，對被測量組分構(gòu)成干擾，必須加以消除。首先選擇相應(yīng)的波長測量干擾組分濃度(選擇的波長不能受到其它組分干擾)，然后把測量到的干擾值輸入到加法QE表中，即可將干擾組分扣除。

(2)相乘式扣除：當(dāng)干擾組分的干擾造成測量組分的吸光系數(shù)改變時，可使用校正因子消除干擾。首先選擇不同波長測量干擾組分的濃度(選擇的波長不應(yīng)受到其它組分干擾)，將干擾值輸入到乘法QE表中，即可將干擾組分影響扣除。多組分同時測量及干擾參數(shù)的相互扣除，極大地提高了測量精度。多組分測量系統(tǒng)將單光束雙波長和氣體濾波相關(guān)技術(shù)結(jié)合起來，只需要一個氣室和一個數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，具有很高的光度測量精度和穩(wěn)定性，同時降低了成本，減少了維護(hù)量。

圖5是信號處理流程。首先將光學(xué)測量信號轉(zhuǎn)換成每個組分的測量和參比數(shù)字信號，然后計算消光值。包括測量組分消光值和干擾組分消光值。根據(jù)干擾組分對測量組分的影響方式，選擇加法運(yùn)算或乘法運(yùn)算，消除干擾。得到的測量信號如果是非線性的，則進(jìn)行線性化處理，然后轉(zhuǎn)換成濃度值。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

高溫取樣系統(tǒng)的特點(diǎn)是，分析過程中煙氣處于高溫狀態(tài)。取樣部分包括加熱取樣管和加熱的過濾器部件。零氣、標(biāo)氣和反吹氣都是經(jīng)過加熱后才到達(dá)過濾器，防止出現(xiàn)冷凝。泵、流量計、內(nèi)部過濾器和內(nèi)部管線也都是在加熱的高溫下工作。采用高溫氧化鋯傳感器測量O2。高溫取樣技術(shù)能夠保證得到最正確的監(jiān)測結(jié)果。

多組分紅外線氣體分析器的工作氣室可以在180℃溫度下長期工作。多次反射氣室的光路長度分3.18m和6.36m兩種。測量的氣體包括S02，NO，N O 2，N2O，CO，CO2，NH3，HCl，CH4，H2O等。

所有與氣體介質(zhì)接觸的組件，溫度均高于煙氣的(酸)露點(diǎn)，不會被煙氣腐蝕。在取樣過程中除了減少氣體的粉塵濃度以外，其余的所有成分均保持不變。特別是沒有水分損失，不僅可在需要時進(jìn)行氣態(tài)水分的測量，同時避免了除水造成的測量誤差和設(shè)備腐蝕。光度計的電子線路和加熱控制單元集成在19英寸的機(jī)箱內(nèi)。被檢測成分濃度以線性的4-20mA電流連續(xù)輸出。同時，狀態(tài)信號也能夠連續(xù)輸出。輸出信號通過數(shù)字通訊接口輸入計算機(jī)。靈敏度檢查和調(diào)節(jié)也是自動進(jìn)行。與系統(tǒng)可靠運(yùn)行有關(guān)的工作變量，如溫度控制回路，氣體流速和光度計性能等同時被檢測。在故障狀態(tài)時系統(tǒng)自動切換至待機(jī)模式，用惰性氣體進(jìn)行清洗。然后判斷光度計的光學(xué)部件是否被污染、檢測器是否需要維護(hù)。

校準(zhǔn)設(shè)計成獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，具有所要求的全部控制功能。儀器具有自動調(diào)零，自動內(nèi)部量程校驗(yàn)，自動多路樣氣切換，氣體取樣過濾器的自動反吹和系統(tǒng)自動保護(hù)功能，保證維護(hù)周期間隔長達(dá)3個月以上，能對出現(xiàn)的任何超差做出標(biāo)記。系統(tǒng)的運(yùn)行，除供電以外，只需要儀表空氣作為控制執(zhí)行氣和零氣。

5 多組分紅外分析儀與FIIR光譜儀的對比

用高溫型FTIR光譜儀也可以進(jìn)行多組分分析，而且測量的組分較多，對于有機(jī)氣體混合物的同時分析有一定的優(yōu)勢。但是垃圾焚燒煙氣分析的測量對象主要是無機(jī)氣體，使用多組分紅外分析儀就可以滿足需要，價格較低，易于操作，使用成本也低，是較好的選擇。FTIR光譜儀需要用氮?dú)獯祾吒缮鎯x，操作較復(fù)雜，環(huán)境溫度范圍要求嚴(yán)，對于現(xiàn)場條件比較惡劣的煙氣監(jiān)測，要用好儀器很不容易。

多組分紅外分析儀和FTIR光譜儀主要指標(biāo)對比如表1所示。

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