FTIR在垃圾焚烧监测中的应用

文秋真

摘 要：在社会的不断发展过程中，人们环保理念也在不断地提升，垃圾焚燒发电这一领域就属于我国环保行业较为新型的一个领域。然而垃圾焚烧发电产生大量有害有毒气体。只有对垃圾焚烧烟气排放进行连续在线监测，才能真正对污染物浓度以及烟气排放总量进行定性及定量评估等。目前，针对烟气排放监测需要采用多台仪表同时监测才能实现比较完整监测，相比于紫外差分光谱技术与可调谐半导体激光光谱技术，傅里叶变换红外光谱技术（FTIR）可以进行多组分气体在线测量，实现多种气体同时定性和定量分析，产生的效益更大，同时更具有灵活性，具有非常重要的意义。

关键词：FTIR;垃圾焚烧;气体监测

1 污染气体浓度监测技术概述

傅立叶变换红外光谱技术（FTIR）是一种传统的光谱测量技术，广泛应用于气体分析中，一台FTIR分析仪最多可分析烟气中50多个组分，可检测SO2、NO、CO等多种气体浓度。FTIR 工作原理：采用双光路系统、红外光通过被测气体后、由望远镜接收、经干涉仪分光后得到干涉图、再利用傅立叶变换得到气体光谱信息，最后通过计算得出待测气体的浓度。FTIR 法具有响应快、谱线范围宽等特点。非分散红外吸收光谱技术（NDIR）是一种基于气体吸收理论的光谱测量技术，于2011 年、2014 年，我国环保部已将NDIR 技术作为测定固定污染源废气中SO2 和NO 的规范监测方法，并制定环境保护标准。NDIR 系统一般由光源、调制器、滤波器和探测器组成，在仪器工作时，光源发出的红外光经调制后、呈两束平行光进入气室，红外光吸收待测气体后，红外光谱强度发生变化，通过比较光谱变化量从而得出气体浓度。NDIR 技术在固定污染源及机动车废气排放检测中得到较广泛的应用，可实时检测SO2、NO、CO、CO2 等多种气体浓度。紫外荧光法（UF）采用吸收光谱、荧光光谱能级跳跃原理对气体进行检测，常用于大气环境监测。可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）是一种无交叉干扰的高分辨率的气体光谱测量技术，该技术采用可调谐半导体激光器作为系统光源，不仅增强了发射光谱的单模特性、而且有效去除了干扰组分对待测气体的影响。该技术具有分辨率高、精度高（可达到ppm、甚至ppb 级别）等特点。

2 垃圾焚烧监烟气在线监测系统

烟气在线监测系统通过特殊的仪器设备对空气中含有的颗粒物、气态污染物等进行浓度的监测，并且对向着空气中进行排放的污染物进行持续监测工作，另外还对环保型的设备例如除尘器、脱硫脱酸设备等进行相应的管理和监控，根据烟气在线监测系统的运用，保证污染物达到一定的标准之后再进行排放，这样能够最大限度的保证空气质量。烟气在线监测系统通过颗粒物检测子系统、气态污染物检测子系统、烟气参数监控子系统、数据采集和处理子系统四个主要的环节组成，对空气中的气态污染物、温度压力、烟气浓度等进行实时的测量工作。在垃圾焚烧行业中进行烟气中的污染物进行测量中，气态类的污染物一般就是对于二氧化硫、氮氧化物等物质进行测量，它们在空气中以漂浮的状态存在，对周围的环境会形成非常大影响。通过对污染物排放量的监测，对后期进行环境保护工作提供基本的数据和资料，也能够通过监测数据对环境污染程度进行衡量。

3 在线监测系统的应用

3.1 傅立叶变换红外光谱分析仪

FT-IR 监测子系统，对于烟气系统中气态的污染物进行监测，对其湿度进行测量，例如H2O、NOx（NO2、NO）、HF、SO2、CO、HCl、NH3 和CO2 等。监测子系统对于存在于烟气中的固体颗粒物浓度要进行监测。对子系统进行辅助监测的环节中，主要是对温度、流量以及压力的监测。数据的采集和处理顾名思义对所采集的数据进行全过程的处理，从采集、处理再到存储等，后期形成报表呈现出来。对于污染物中氧量、温度、污染物参数、压力以及流量等进行测定，将污染物的排放浓度和数量等根据标准进行对比。上面各种子系统中，FT-IR 监测子系统占有非常重要的作用，技术应用方式也是最新的。

3.2 多组分红外分析仪

一般情况下，通过1 个测量滤光片和1 个参比滤光片或者气体滤波器气室等相互进行组合，通过对8 个组分进行同时测量。产生干扰作用的组分能够从最终结果中除掉。通过内部处理之后的滤光气室能够在测量中实现对多组分的扫描工作，光束信号的射频形成模式化运行通过切光轮完成。对产生干扰的组分通过相乘或者是相加的方式，为了提升其可靠性以及数据的精确程度，可以对干扰组分通过微处理器来进行扣除。

相加式扣除：对被测量的组分中存在的重叠位置干扰情况进行消除，对于干扰组分浓度相应对的波长进行测量，然后将产生的干扰值在QE 表中进行输入，扣除其组分。

相乘式扣除：如果吸光系统发生变化，干扰组分通过校正因子将其消除。然后将干扰组分浓度将其数据在乘法的QE 表中并将干扰组分扣除。因为多种组分进行同时测量并且进行参数之间的扣除，对整体测量精度有所提升。

3.3 多组分红外分析仪与傅立叶变换红外光谱分析仪的对比

多组分红外分析仪，这种设备成本低同时操作过程相对简单，在对设备发生的故障和问题进行维护中概率较高，当前这种多组红外光谱分析仪并没有在垃圾焚烧厂中有很好的推广应用。而傅立叶变换红外光谱分析仪在现代社会中应用较多，通过抽取式的方式采集烟气，通过PID 温度控制技术对管线和检测室进行保证，以此提升气体排放的一致性，在检测室中通过高纯氮气实现了其干净度，保证了测量中的实时性，对最终的准确性形成了很好的保障作用。目前垃圾焚烧中通过傅立叶变换红外光谱分析仪实现了对烟气成分的良好监测，整个过程稳定性高，设备维护率低，具备非常大的优势，当然其所形成的成本也相对比较高。

4 结束语

综上所述，随着现代化技术的提升，对保护环境工作更加关注，为了能够提升环境保护力度，要对烟气实现实时的监测工作，文章通过对在线监测系统的简单介绍，对采用的监测技术进行了阐述，希望能够对后期在线监测烟气过程起到一定的借鉴作用，以供相关从业人员参考。

参考文献

[1]王应健.基于紫外吸收光谱的SO2 和NO 混合气体浓度监测[D].重庆：重庆大学，2016.

[2]张同文.包头市污染源自动监控系统在环境管理中的应用[J].科技创新导报，2012（07）：46+48.

（作者单位：佛山市科的气体化工有限公司）