工業(yè)發(fā)展帶來經(jīng)濟騰飛的同時,也給環(huán)境帶來極大的負(fù)擔(dān)。環(huán)境污染,尤其是大氣污染程度不斷加深,嚴(yán)重影響了人們的正常生活和身體健康。固定污染源煙氣的排放是大氣污染氣體的主要來源之一,研發(fā)具有實時性、智能化、穩(wěn)定性好、可靠性高且操作簡單的煙氣監(jiān)測系統(tǒng),對于我國煙氣自動監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展,控制煙氣中污染物質(zhì)的排放具有實際意義。
1 、 紅外線氣體分析儀在煙氣自動檢測系統(tǒng)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、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,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為測量光強度,I0為參照光強度,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www.ssood.com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現(xiàn)對不同氣體的同時測量,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,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)實現(xiàn)的功能主要有定量測量功能、自動校零、異常報警、遠(yuǎn)程傳輸、報表生成等各項功能。
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值和歷史記錄,當(dāng)污染源超標(biāo)時,還可利用自動報警功能對相關(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)。
隨著社會的不斷進(jìn)步,人們對環(huán)境問題越來越重視,傳統(tǒng)的經(jīng)濟發(fā)展模式對環(huán)境的損害較大,已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展的需要,加大節(jié)能減排力度,減少環(huán)境污染是當(dāng)前企業(yè)面臨的重要任務(wù)。就目前技術(shù)發(fā)展水平而言,我國還無法完全消除煙氣等污染物的來源,但可通過先進(jìn)的檢測技術(shù),對煙氣排放中污染組分進(jìn)行實時檢測,為企業(yè)和環(huán)保部門制定有效的環(huán)保措施提供依據(jù)。紅外氣體分析儀相對于傳統(tǒng)的分析儀器,具有檢測范圍大、精準(zhǔn)度高、能對多組分進(jìn)行同時檢測的優(yōu)點,因此可廣泛應(yīng)用于CEMS煙氣在線監(jiān)測領(lǐng)域。不過因為水分對于紅外線光的吸收影響SO2濃度的測量,現(xiàn)在CEMS很多都在使用紫外光譜吸收法(DOAS)原理。兩種原理齊頭并進(jìn)!