用于垃圾焚燒發電廠的多組分煙氣連續監測系統
1 系統的組成
MCSIOOEHW多組分煙氣連續監測系統由取樣系統和多組分紅外分析儀組成，系統構成見圖1。
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取樣系統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，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，具有很高的光度測量精度和穩定性，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 系統特點
高溫取樣系統的特點是，分析過程中煙氣處于高溫狀態。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電流連續輸出。同時，狀態信號也能夠連續輸出。輸出信號通過數字通訊接口輸入計算機。靈敏度檢查和調節也是自動進行。與系統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。在故障狀態時系統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，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。系統的運行，除供電以外，只需要儀表空氣作為控制執行氣和零氣。
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，環境溫度范圍要求嚴，對于現場條件比較惡劣的煙氣監測，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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