紅外煙氣分析儀在CEMS煙氣在線監(jiān)測設(shè)備上的應(yīng)用

1 、 紅外線煙氣分析儀在煙氣在線監(jiān)測設(shè)備中的應(yīng)用

 

1.1 測量原理 

 

      我國當(dāng)前使用的氣體分析儀器在監(jiān)測范圍、測量精度、組分分析方面，存在較大的局限性，而新型的非分散紅外線（NDIR）技術(shù)，則能實(shí)現(xiàn)對多組分煙氣濃度的檢測，該技術(shù)檢測原理為氣體紅外吸收，在測量過程中無需消耗物質(zhì)，因此具有使用壽命長、穩(wěn)定性好、選擇性強(qiáng)、測量范圍廣、高精準(zhǔn)度，具有廣泛的推廣意義。

 

      煙氣中的主要成分為硫、氮、碳的氧化物，主要以二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）為主，這類氣體在紅外波段有獨(dú)特的吸收波，被稱為特征吸收波。特征吸收波根據(jù)物質(zhì)不同，波形各異，因此可用作鑒別各類物質(zhì)的依據(jù)。而氣體濃度的確定，則是根據(jù)特征吸收光譜對紅外能量的吸收能力進(jìn)行檢測的。根據(jù)朗伯-比爾吸收定律可知，當(dāng)待測氣體組分有紅外光通過時(shí)，氣體分子吸收特定波長的紅外線。

 

1.2 測量方式 

 

      單光束雙波長法中有測量濾光片和參比濾光片，其中測量濾光片是對有特征吸收紅外光譜通過的待測組分進(jìn)行測量，透過測量氣室的光線強(qiáng)度受煙氣濃度的影響，測量值記為I；而參比濾光片測量組分不吸收通過的紅外光，因此透過測量氣室的光線強(qiáng)度幾乎不受被測組分濃度變化的影響，測量結(jié)果作為參照，記為I0。根據(jù)朗伯-比爾定律，待測氣體吸收光度與其濃度關(guān)系滿足關(guān)系式：-In（I/I0）=LkC，I為測量光強(qiáng)度，I0為參照光強(qiáng)度，L是紅外線經(jīng)過吸收氣體的路徑，k待測氣體的吸收系數(shù)，C為氣體的濃度，單位為mg/m3。

 

      氣體濾波相關(guān)法是將被測氣體填充在氣體濾光池中，代替上述方法中的參比濾光片，利用此法可提高被測氣體組分對特征波的吸收效果。這一測量系統(tǒng)由五部分組成：光源由能斯特?zé)舭l(fā)射紅外光；測量氣室有抽氣孔和充氣孔，為待測氣體組分濃度的穩(wěn)定提供了保障，而高溫伴熱功能，可有效防止水蒸氣和污染物冷凝，造成對測量結(jié)果的干擾；切光輪主要負(fù)責(zé)將光束信號射頻模式化；濾波輪上安裝不同被測氣體的氣體濾光池和測量濾光片，濾波輪和切光輪的旋轉(zhuǎn)動作由無刷直流電動機(jī)提供動力，對各組分的測定則由自動化控制系統(tǒng)發(fā)送控制指令完成測量；光電管前安裝放大器，以提高弱信號接收的可靠性。

 

被測氣體濾光池和測量濾光片的位置由設(shè)備內(nèi)部處理器控制，一次測量過程可對待測氣體進(jìn)行多次掃描，以提高信號的信噪比，減少測量誤差。利用微處理器可對各式干擾進(jìn)行有效處理；使用靠減去干擾組分濃度的方法可對不同待測組分光譜重疊進(jìn)行有效處理；而校正因子則是用來處理干擾組分對測量組分吸收系數(shù)的影響。

 

1.3 技術(shù)分析

 

       ①煙氣分析。

 

        煙氣分析儀采用的分析技術(shù)為單光束雙波長與氣體濾波相關(guān)技術(shù)的結(jié)合，濾波輪上的氣體濾波池能實(shí)現(xiàn)對不同氣體的同時(shí)測量，并利用干擾參數(shù)扣除技術(shù)，大大提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確度，并能實(shí)現(xiàn)對一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫、甲烷、氨氣以及氯化氫八種氣體的高精度持續(xù)性檢測。如對一氧化碳的測量范圍可達(dá)4000mg/m3，精度可達(dá)到0.1%。

 

      ②信號放大電路。

 

      信號放大電路利用CMOS工藝制成的斬波穩(wěn)零結(jié)合多級放大模式，主要組成部件有多路開關(guān)和儀表放大器。信號放大電路增益高、響應(yīng)快，輸入偏置電流小等優(yōu)點(diǎn)，能有效減少誤差，還具有自動調(diào)零的功能，增加了測量的精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性。

 

      ③CEMS煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)。

 

       CEMS煙氣連續(xù)排放監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成包括了多種學(xué)科，如智能采樣技術(shù)、數(shù)字濾波算法技術(shù)、軟件自動識別補(bǔ)償輕微污染技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布技術(shù)、光功率軟件修正技術(shù)以及多線程布控技術(shù)等。該系統(tǒng)具有的功能也較為完善，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能主要有定量測量功能、自動校零、異常報(bào)警、遠(yuǎn)程傳輸、報(bào)表生成等各項(xiàng)功能。

 

1.4 應(yīng)用 

 

      ①對煙氣監(jiān)測及管理。

 

      紅外線氣體分析儀主要利用嵌入式軟件，完成對污染源氣態(tài)污染物的監(jiān)控職能，并為相關(guān)部門提供檢查對象的瞬時(shí)值和歷史記錄，當(dāng)污染源超標(biāo)時(shí)，還可利用自動報(bào)警功能對相關(guān)部門發(fā)出警示。該系統(tǒng)對污染源進(jìn)行的連續(xù)性測量，可為環(huán)保部門提供電子政務(wù)和辦公自動化所需的基本材料，為部門制定環(huán)保政策提供可靠的數(shù)據(jù)支持。嵌入式軟件在信號處理方面具有較強(qiáng)的靈活性，可對不同變量和濃度范圍的氣體進(jìn)行測量；取樣方面更加智能化，與算法相結(jié)合，可剔除異常測量值，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確率。

 

      ②技術(shù)指標(biāo)。

 

        設(shè)備所能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：零點(diǎn)漂移可控制在±2.5%范圍內(nèi)（F.S/3d或7d），量程漂移不超過±2.5%，線性誤差在±5.0%以內(nèi)，響應(yīng)時(shí)間不超過200s，重復(fù)性低于0.5%，輸出波動低于0.4%，可對電源、標(biāo)定、分析儀故障發(fā)出警報(bào)輸出。對各氣體的測量量程分別可達(dá)到SO2為4000、NO2為1000、NO為2500、CO為2500，檢測下線為10（單位：mg/m3）。