FTIR在垃圾焚燒監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

文秋真

摘 要：在社會(huì)的不斷發(fā)展過程中，人們環(huán)保理念也在不斷地提升，垃圾焚燒發(fā)電這一領(lǐng)域就屬于我國(guó)環(huán)保行業(yè)較為新型的一個(gè)領(lǐng)域。然而垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生大量有害有毒氣體。只有對(duì)垃圾焚燒煙氣排放進(jìn)行連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，才能真正對(duì)污染物濃度以及煙氣排放總量進(jìn)行定性及定量評(píng)估等。目前，針對(duì)煙氣排放監(jiān)測(cè)需要采用多臺(tái)儀表同時(shí)監(jiān)測(cè)才能實(shí)現(xiàn)比較完整監(jiān)測(cè)，相比于紫外差分光譜技術(shù)與可調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜技術(shù)，傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（FTIR）可以進(jìn)行多組分氣體在線測(cè)量，實(shí)現(xiàn)多種氣體同時(shí)定性和定量分析，產(chǎn)生的效益更大，同時(shí)更具有靈活性，具有非常重要的意義。

關(guān)鍵詞：FTIR;垃圾焚燒;氣體監(jiān)測(cè)

1 污染氣體濃度監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

傅立葉變換紅外光譜技術(shù)（FTIR）是一種傳統(tǒng)的光譜測(cè)量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于氣體分析中，一臺(tái)FTIR分析儀最多可分析煙氣中50多個(gè)組分，可檢測(cè)SO2、NO、CO等多種氣體濃度。FTIR 工作原理：采用雙光路系統(tǒng)、紅外光通過被測(cè)氣體后、由望遠(yuǎn)鏡接收、經(jīng)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(jì)算得出待測(cè)氣體的濃度。FTIR 法具有響應(yīng)快、譜線范圍寬等特點(diǎn)。非分散紅外吸收光譜技術(shù)（NDIR）是一種基于氣體吸收理論的光譜測(cè)量技術(shù)，于2011 年、2014 年，我國(guó)環(huán)保部已將NDIR 技術(shù)作為測(cè)定固定污染源廢氣中SO2 和NO 的規(guī)范監(jiān)測(cè)方法，并制定環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。NDIR 系統(tǒng)一般由光源、調(diào)制器、濾波器和探測(cè)器組成，在儀器工作時(shí)，光源發(fā)出的紅外光經(jīng)調(diào)制后、呈兩束平行光進(jìn)入氣室，紅外光吸收待測(cè)氣體后，紅外光譜強(qiáng)度發(fā)生變化，通過比較光譜變化量從而得出氣體濃度。NDIR 技術(shù)在固定污染源及機(jī)動(dòng)車廢氣排放檢測(cè)中得到較廣泛的應(yīng)用，可實(shí)時(shí)檢測(cè)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(jí)跳躍原理對(duì)氣體進(jìn)行檢測(cè)，常用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)。可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）是一種無交叉干擾的高分辨率的氣體光譜測(cè)量技術(shù)，該技術(shù)采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器作為系統(tǒng)光源，不僅增強(qiáng)了發(fā)射光譜的單模特性、而且有效去除了干擾組分對(duì)待測(cè)氣體的影響。該技術(shù)具有分辨率高、精度高（可達(dá)到ppm、甚至ppb 級(jí)別）等特點(diǎn)。

2 垃圾焚燒監(jiān)煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過特殊的儀器設(shè)備對(duì)空氣中含有的顆粒物、氣態(tài)污染物等進(jìn)行濃度的監(jiān)測(cè)，并且對(duì)向著空氣中進(jìn)行排放的污染物進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)工作，另外還對(duì)環(huán)保型的設(shè)備例如除塵器、脫硫脫酸設(shè)備等進(jìn)行相應(yīng)的管理和監(jiān)控，根據(jù)煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用，保證污染物達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)之后再進(jìn)行排放，這樣能夠最大限度的保證空氣質(zhì)量。煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過顆粒物檢測(cè)子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物檢測(cè)子系統(tǒng)、煙氣參數(shù)監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理子系統(tǒng)四個(gè)主要的環(huán)節(jié)組成，對(duì)空氣中的氣態(tài)污染物、溫度壓力、煙氣濃度等進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量工作。在垃圾焚燒行業(yè)中進(jìn)行煙氣中的污染物進(jìn)行測(cè)量中，氣態(tài)類的污染物一般就是對(duì)于二氧化硫、氮氧化物等物質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，它們?cè)诳諝庵幸云〉臓顟B(tài)存在，對(duì)周圍的環(huán)境會(huì)形成非常大影響。通過對(duì)污染物排放量的監(jiān)測(cè)，對(duì)后期進(jìn)行環(huán)境保護(hù)工作提供基本的數(shù)據(jù)和資料，也能夠通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)環(huán)境污染程度進(jìn)行衡量。

3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 傅立葉變換紅外光譜分析儀

FT-IR 監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，對(duì)于煙氣系統(tǒng)中氣態(tài)的污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)其濕度進(jìn)行測(cè)量，例如H2O、NOx（NO2、NO）、HF、SO2、CO、HCl、NH3 和CO2 等。監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)對(duì)于存在于煙氣中的固體顆粒物濃度要進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行輔助監(jiān)測(cè)的環(huán)節(jié)中，主要是對(duì)溫度、流量以及壓力的監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)的采集和處理顧名思義對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程的處理，從采集、處理再到存儲(chǔ)等，后期形成報(bào)表呈現(xiàn)出來。對(duì)于污染物中氧量、溫度、污染物參數(shù)、壓力以及流量等進(jìn)行測(cè)定，將污染物的排放濃度和數(shù)量等根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。上面各種子系統(tǒng)中，F(xiàn)T-IR 監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)占有非常重要的作用，技術(shù)應(yīng)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(gè)測(cè)量濾光片和1 個(gè)參比濾光片或者氣體濾波器氣室等相互進(jìn)行組合，通過對(duì)8 個(gè)組分進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。產(chǎn)生干擾作用的組分能夠從最終結(jié)果中除掉。通過內(nèi)部處理之后的濾光氣室能夠在測(cè)量中實(shí)現(xiàn)對(duì)多組分的掃描工作，光束信號(hào)的射頻形成模式化運(yùn)行通過切光輪完成。對(duì)產(chǎn)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(shù)據(jù)的精確程度，可以對(duì)干擾組分通過微處理器來進(jìn)行扣除。

相加式扣除：對(duì)被測(cè)量的組分中存在的重疊位置干擾情況進(jìn)行消除，對(duì)于干擾組分濃度相應(yīng)對(duì)的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，然后將產(chǎn)生的干擾值在QE 表中進(jìn)行輸入，扣除其組分。

相乘式扣除：如果吸光系統(tǒng)發(fā)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(shù)據(jù)在乘法的QE 表中并將干擾組分扣除。因?yàn)槎喾N組分進(jìn)行同時(shí)測(cè)量并且進(jìn)行參數(shù)之間的扣除，對(duì)整體測(cè)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(duì)比

多組分紅外分析儀，這種設(shè)備成本低同時(shí)操作過程相對(duì)簡(jiǎn)單，在對(duì)設(shè)備發(fā)生的故障和問題進(jìn)行維護(hù)中概率較高，當(dāng)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(yīng)用。而傅立葉變換紅外光譜分析儀在現(xiàn)代社會(huì)中應(yīng)用較多，通過抽取式的方式采集煙氣，通過PID 溫度控制技術(shù)對(duì)管線和檢測(cè)室進(jìn)行保證，以此提升氣體排放的一致性，在檢測(cè)室中通過高純氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)了其干凈度，保證了測(cè)量中的實(shí)時(shí)性，對(duì)最終的準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了對(duì)煙氣成分的良好監(jiān)測(cè)，整個(gè)過程穩(wěn)定性高，設(shè)備維護(hù)率低，具備非常大的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然其所形成的成本也相對(duì)比較高。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著現(xiàn)代化技術(shù)的提升，對(duì)保護(hù)環(huán)境工作更加關(guān)注，為了能夠提升環(huán)境保護(hù)力度，要對(duì)煙氣實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)工作，文章通過對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)單介紹，對(duì)采用的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了闡述，希望能夠?qū)笃谠诰€監(jiān)測(cè)煙氣過程起到一定的借鑒作用，以供相關(guān)從業(yè)人員參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王應(yīng)健.基于紫外吸收光譜的SO2 和NO 混合氣體濃度監(jiān)測(cè)[D].重慶：重慶大學(xué)，2016.

[2]張同文.包頭市污染源自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)境管理中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（07）：46+48.

（作者單位：佛山市科的氣體化工有限公司）