用于垃圾焚烧发电厂的多组分烟气连续监测系统
1 系统的组成
MCSIOOEHW多组分烟气连续监测系统由取样系统和多组分红外分析仪组成，系统构成见图1。
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取样系统包括带加热过滤器的高温取样探头、高温条件下运行的测量／反吹／校准阀组件和伴热取样管线。烟气中水汽很多，反吹气不加热，反吹过程中可能出现冷凝。机柜内装有高温测量系统，包括使用高温测量气室(最高温度达200℃的多组分红外光度计，高温取样泵，高温流量计和加热样气传输管线。温度750℃ 的旁路高温气室中装有一体化氧化锆传感器，用于同时测量氧浓度。
2 测量原理
测量系统采用了时间双波长法和气体滤波相关法两种技术，通过计算机程序控制，进行多波长扫描，对接收到的信号进行处理并计算出各种气体的浓度值。组分浓度测量依据比尔一朗伯定律：
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式中：A—— 吸光度(被测气体吸收后光强度衰减)
I——发射光强度
I0——测气体吸收后的光强度
e—— 吸光系数
C—— 被测气体浓度
d—— 光程长度
在被测组分特征吸收波长处测量发射光强度和被测气体吸收后的光强度 ，由式(1)计算出被测组成的浓度C。
2．1 单光束双波长法
单光束双波长法的工作原理如图2所示。
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测量滤光片和参比滤光片交替进入光路，选择光谱波长。测量滤光片的波长和被测气体的吸收波长一致，因此，当测量滤光片在光路中时，被测气体吸收红外能量。参比滤光片的波长与气体的吸收波长不同，参比滤光片位于光路时，被测气体对光能量没有吸收。检测器接收到的光强度信号，对于测量滤光片是I，对于参比滤光片是I0。由吸收后的光强度I 和非吸收光强度I0 计算吸光度A，推导出被测组分浓度。
2．2 气体滤波相关法
气体滤波相关法的工作原理见图3。气体滤光池填充有高分压的被测组分气体。当气体滤光池进入光路时，测得参比信号I0，它与被测组分浓度无关；而当空气室进入光路时，测得测量信号，它与测量气室中被测组分浓度变化相关。为了准确测量被测组分的的吸收波长，在测量光路中加入第二个滤波轮，干涉滤光片选择测量波长。由测量得到的I 和 I0计算吸光度A，推导出被测组分浓度。
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3 多组分红外分析仪
多组分红外分析仪结合了上面两种技术，装有两个滤光气室轮，总共有多达14个滤光(片)气室。光学部件结构如图4所示。一般情况下使用一个测量滤光片和一个参比滤光片或使用1个测量滤光片和一个气体滤波气室可测量一个组分，因此可同时测量8个组分。干扰组分浓度在最终的测量结果中可以扣除。滤光气室的位置由内部处理器控制，在一次测量过程中可以对各组分多次扫描，以提高信噪比。由切光轮完成光束信号的射频模式化。测量过程中可同时应用单光束双波长法和气体滤波相关法。
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对干扰组分的影响采用相加式或相乘式方法，通过微处理器进行扣除，提高测量结果的可靠性和精度。
(1)相加式扣除：若各组分光谱相互重叠，对被测量组分构成干扰，必须加以消除。首先选择相应的波长测量干扰组分浓度(选择的波长不能受到其它组分干扰)，然后把测量到的干扰值输入到加法QE表中，即可将干扰组分扣除。
(2)相乘式扣除：当干扰组分的干扰造成测量组分的吸光系数改变时，可使用校正因子消除干扰。首先选择不同波长测量干扰组分的浓度(选择的波长不应受到其它组分干扰)，将干扰值输入到乘法QE表中，即可将干扰组分影响扣除。多组分同时测量及干扰参数的相互扣除，极大地提高了测量精度。多组分测量系统将单光束双波长和气体滤波相关技术结合起来，只需要一个气室和一个数据处理系统，具有很高的光度测量精度和稳定性，同时降低了成本，减少了维护量。
图5是信号处理流程。首先将光学测量信号转换成每个组分的测量和参比数字信号，然后计算消光值。包括测量组分消光值和干扰组分消光值。根据干扰组分对测量组分的影响方式，选择加法运算或乘法运算，消除干扰。得到的测量信号如果是非线性的，则进行线性化处理，然后转换成浓度值。
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4 系统特点
高温取样系统的特点是，分析过程中烟气处于高温状态。取样部分包括加热取样管和加热的过滤器部件。零气、标气和反吹气都是经过加热后才到达过滤器，防止出现冷凝。泵、流量计、内部过滤器和内部管线也都是在加热的高温下工作。采用高温氧化锆传感器测量O2。高温取样技术能够保证得到最正确的监测结果。
多组分红外线气体分析器的工作气室可以在180℃温度下长期工作。多次反射气室的光路长度分3.18m和6.36m两种。测量的气体包括S02，NO，N O 2，N2O，CO，CO2，NH3，HCl，CH4，H2O等。
所有与气体介质接触的组件，温度均高于烟气的(酸)露点，不会被烟气腐蚀。在取样过程中除了减少气体的粉尘浓度以外，其余的所有成分均保持不变。特别是没有水分损失，不仅可在需要时进行气态水分的测量，同时避免了除水造成的测量误差和设备腐蚀。光度计的电子线路和加热控制单元集成在19英寸的机箱内。被检测成分浓度以线性的4-20mA电流连续输出。同时，状态信号也能够连续输出。输出信号通过数字通讯接口输入计算机。灵敏度检查和调节也是自动进行。与系统可靠运行有关的工作变量，如温度控制回路，气体流速和光度计性能等同时被检测。在故障状态时系统自动切换至待机模式，用惰性气体进行清洗。然后判断光度计的光学部件是否被污染、检测器是否需要维护。
校准设计成独立运行的系统，具有所要求的全部控制功能。仪器具有自动调零，自动内部量程校验，自动多路样气切换，气体取样过滤器的自动反吹和系统自动保护功能，保证维护周期间隔长达3个月以上，能对出现的任何超差做出标记。系统的运行，除供电以外，只需要仪表空气作为控制执行气和零气。
5 多组分红外分析仪与FIIR光谱仪的对比
用高温型FTIR光谱仪也可以进行多组分分析，而且测量的组分较多，对于有机气体混合物的同时分析有一定的优势。但是垃圾焚烧烟气分析的测量对象主要是无机气体，使用多组分红外分析仪就可以满足需要，价格较低，易于操作，使用成本也低，是较好的选择。FTIR光谱仪需要用氮气吹扫干涉仪，操作较复杂，环境温度范围要求严，对于现场条件比较恶劣的烟气监测，要用好仪器很不容易。
多组分红外分析仪和FTIR光谱仪主要指标对比如表1所示。
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