用于垃圾焚燒發(fā)電廠的多組分煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)
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)構成見圖1,。
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取樣系統(tǒng)包括帶加熱過濾器的高溫取樣探頭,、高溫條件下運行的測量／反吹／校準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冷凝。機柜內裝有高溫測量系統(tǒng),，包括使用高溫測量氣室(最高溫度達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法兩種技術,，通過計算機程序控制,，進行多波長掃描，對接收到的信號進行處理并計算出各種氣體的濃度值,。組分濃度測量依據比爾一朗伯定律：
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式中：A—— 吸光度(被測氣體吸收后光強度衰減)
I——發(fā)射光強度
I0——測氣體吸收后的光強度
e—— 吸光系數
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)射光強度和被測氣體吸收后的光強度 ,，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,。
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測量濾光片和參比濾光片交替進入光路,，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,。由吸收后的光強度I 和非吸收光強度I0 計算吸光度A,，推導出被測組分濃度。
2．2 氣體濾波相關法
氣體濾波相關法的工作原理見圖3,。氣體濾光池填充有高分壓的被測組分氣體,。當氣體濾光池進入光路時，測得參比信號I0,，它與被測組分濃度無關,；而當空氣室進入光路時，測得測量信號,，它與測量氣室中被測組分濃度變化相關,。為了準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，推導出被測組分濃度,。
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3 多組分紅外分析儀
多組分紅外分析儀結合了上面兩種技術,，裝有兩個濾光氣室輪，總共有多達14個濾光(片)氣室,。光學部件結構如圖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果中可以扣除,。濾光氣室的位置由內部處理器控制，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用單光束雙波長法和氣體濾波相關法,。
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對干擾組分的影響采用相加式或相乘式方法,，通過微處理器進行扣除，提高測量結果的可靠性和精度,。
(1)相加式扣除：若各組分光譜相互重疊,，對被測量組分構成干擾，必須加以消除,。首先選擇相應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：當干擾組分的干擾造成測量組分的吸光系數改變時,，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技術結合起來,，只需要一個氣室和一個數據處理系統(tǒng)，具有很高的光度測量精度和穩(wěn)定性,，同時降低了成本,，減少了維護量。
圖5是信號處理流程,。首先將光學測量信號轉換成每個組分的測量和參比數字信號,，然后計算消光值。包括測量組分消光值和干擾組分消光值,。根據干擾組分對測量組分的影響方式,，選擇加法運算或乘法運算，消除干擾,。得到的測量信號如果是非線性的,，則進行線性化處理，然后轉換成濃度值,。
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4 系統(tǒng)特點
高溫取樣系統(tǒng)的特點是,，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,、標氣和反吹氣都是經過加熱后才到達過濾器，防止出現冷凝,。泵,、流量計、內部過濾器和內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,。高溫取樣技術能夠保證得到最正確的監(jiān)測結果。
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。
所有與氣體介質接觸的組件,，溫度均高于煙氣的(酸)露點,，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英寸的機箱內。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。輸出信號通過數字通訊接口輸入計算機,。靈敏度檢查和調節(jié)也是自動進行,。與系統(tǒng)可靠運行有關的工作變量，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)自動切換至待機模式，用惰性氣體進行清洗,。然后判斷光度計的光學部件是否被污染,、檢測器是否需要維護。
校準設計成獨立運行的系統(tǒng),，具有所要求的全部控制功能,。儀器具有自動調零，自動內部量程校驗,，自動多路樣氣切換,，氣體取樣過濾器的自動反吹和系統(tǒng)自動保護功能，保證維護周期間隔長達3個月以上,，能對出現的任何超差做出標記,。系統(tǒng)的運行，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光譜儀也可以進行多組分分析,，而且測量的組分較多，對于有機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光譜儀需要用氮氣吹掃干涉儀,，操作較復雜，環(huán)境溫度范圍要求嚴,，對于現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光譜儀主要指標對比如表1所示,。
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