FTIR在垃圾焚燒監測中的應用

文秋真

摘 要：在社會的不斷發展過程中，人們環保理念也在不斷地提升，垃圾焚燒發電這一領域就屬于我國環保行業較為新型的一個領域。然而垃圾焚燒發電產生大量有害有毒氣體。只有對垃圾焚燒煙氣排放進行連續在線監測，才能真正對污染物濃度以及煙氣排放總量進行定性及定量評估等。目前，針對煙氣排放監測需要采用多臺儀表同時監測才能實現比較完整監測，相比于紫外差分光譜技術與可調諧半導體激光光譜技術，傅里葉變換紅外光譜技術（FTIR）可以進行多組分氣體在線測量，實現多種氣體同時定性和定量分析，產生的效益更大，同時更具有靈活性，具有非常重要的意義。

關鍵詞：FTIR;垃圾焚燒;氣體監測

1 污染氣體濃度監測技術概述

傅立葉變換紅外光譜技術（FTIR）是一種傳統的光譜測量技術，廣泛應用于氣體分析中，一臺FTIR分析儀最多可分析煙氣中50多個組分，可檢測SO2、NO、CO等多種氣體濃度。FTIR 工作原理：采用雙光路系統、紅外光通過被測氣體后、由望遠鏡接收、經干涉儀分光后得到干涉圖、再利用傅立葉變換得到氣體光譜信息，最后通過計算得出待測氣體的濃度。FTIR 法具有響應快、譜線范圍寬等特點。非分散紅外吸收光譜技術（NDIR）是一種基于氣體吸收理論的光譜測量技術，于2011 年、2014 年，我國環保部已將NDIR 技術作為測定固定污染源廢氣中SO2 和NO 的規范監測方法，并制定環境保護標準。NDIR 系統一般由光源、調制器、濾波器和探測器組成，在儀器工作時，光源發出的紅外光經調制后、呈兩束平行光進入氣室，紅外光吸收待測氣體后，紅外光譜強度發生變化，通過比較光譜變化量從而得出氣體濃度。NDIR 技術在固定污染源及機動車廢氣排放檢測中得到較廣泛的應用，可實時檢測SO2、NO、CO、CO2 等多種氣體濃度。紫外熒光法（UF）采用吸收光譜、熒光光譜能級跳躍原理對氣體進行檢測，常用于大氣環境監測。可調諧二極管激光吸收光譜技術（TDLAS）是一種無交叉干擾的高分辨率的氣體光譜測量技術，該技術采用可調諧半導體激光器作為系統光源，不僅增強了發射光譜的單模特性、而且有效去除了干擾組分對待測氣體的影響。該技術具有分辨率高、精度高（可達到ppm、甚至ppb 級別）等特點。

2 垃圾焚燒監煙氣在線監測系統

煙氣在線監測系統通過特殊的儀器設備對空氣中含有的顆粒物、氣態污染物等進行濃度的監測，并且對向著空氣中進行排放的污染物進行持續監測工作，另外還對環保型的設備例如除塵器、脫硫脫酸設備等進行相應的管理和監控，根據煙氣在線監測系統的運用，保證污染物達到一定的標準之后再進行排放，這樣能夠最大限度的保證空氣質量。煙氣在線監測系統通過顆粒物檢測子系統、氣態污染物檢測子系統、煙氣參數監控子系統、數據采集和處理子系統四個主要的環節組成，對空氣中的氣態污染物、溫度壓力、煙氣濃度等進行實時的測量工作。在垃圾焚燒行業中進行煙氣中的污染物進行測量中，氣態類的污染物一般就是對于二氧化硫、氮氧化物等物質進行測量，它們在空氣中以漂浮的狀態存在，對周圍的環境會形成非常大影響。通過對污染物排放量的監測，對后期進行環境保護工作提供基本的數據和資料，也能夠通過監測數據對環境污染程度進行衡量。

3 在線監測系統的應用

3.1 傅立葉變換紅外光譜分析儀

FT-IR 監測子系統，對于煙氣系統中氣態的污染物進行監測，對其濕度進行測量，例如H2O、NOx（NO2、NO）、HF、SO2、CO、HCl、NH3 和CO2 等。監測子系統對于存在于煙氣中的固體顆粒物濃度要進行監測。對子系統進行輔助監測的環節中，主要是對溫度、流量以及壓力的監測。數據的采集和處理顧名思義對所采集的數據進行全過程的處理，從采集、處理再到存儲等，后期形成報表呈現出來。對于污染物中氧量、溫度、污染物參數、壓力以及流量等進行測定，將污染物的排放濃度和數量等根據標準進行對比。上面各種子系統中，FT-IR 監測子系統占有非常重要的作用，技術應用方式也是最新的。

3.2 多組分紅外分析儀

一般情況下，通過1 個測量濾光片和1 個參比濾光片或者氣體濾波器氣室等相互進行組合，通過對8 個組分進行同時測量。產生干擾作用的組分能夠從最終結果中除掉。通過內部處理之后的濾光氣室能夠在測量中實現對多組分的掃描工作，光束信號的射頻形成模式化運行通過切光輪完成。對產生干擾的組分通過相乘或者是相加的方式，為了提升其可靠性以及數據的精確程度，可以對干擾組分通過微處理器來進行扣除。

相加式扣除：對被測量的組分中存在的重疊位置干擾情況進行消除，對于干擾組分濃度相應對的波長進行測量，然后將產生的干擾值在QE 表中進行輸入，扣除其組分。

相乘式扣除：如果吸光系統發生變化，干擾組分通過校正因子將其消除。然后將干擾組分濃度將其數據在乘法的QE 表中并將干擾組分扣除。因為多種組分進行同時測量并且進行參數之間的扣除，對整體測量精度有所提升。

3.3 多組分紅外分析儀與傅立葉變換紅外光譜分析儀的對比

多組分紅外分析儀，這種設備成本低同時操作過程相對簡單，在對設備發生的故障和問題進行維護中概率較高，當前這種多組紅外光譜分析儀并沒有在垃圾焚燒廠中有很好的推廣應用。而傅立葉變換紅外光譜分析儀在現代社會中應用較多，通過抽取式的方式采集煙氣，通過PID 溫度控制技術對管線和檢測室進行保證，以此提升氣體排放的一致性，在檢測室中通過高純氮氣實現了其干凈度，保證了測量中的實時性，對最終的準確性形成了很好的保障作用。目前垃圾焚燒中通過傅立葉變換紅外光譜分析儀實現了對煙氣成分的良好監測，整個過程穩定性高，設備維護率低，具備非常大的優勢，當然其所形成的成本也相對比較高。

4 結束語

綜上所述，隨著現代化技術的提升，對保護環境工作更加關注，為了能夠提升環境保護力度，要對煙氣實現實時的監測工作，文章通過對在線監測系統的簡單介紹，對采用的監測技術進行了闡述，希望能夠對后期在線監測煙氣過程起到一定的借鑒作用，以供相關從業人員參考。

參考文獻

[1]王應健.基于紫外吸收光譜的SO2 和NO 混合氣體濃度監測[D].重慶：重慶大學，2016.

[2]張同文.包頭市污染源自動監控系統在環境管理中的應用[J].科技創新導報，2012（07）：46+48.

（作者單位：佛山市科的氣體化工有限公司）