高温NDIR监测系统，实现环境在线分析

本节介绍西克麦哈克公司的MCS100E高温非分散红外光谱（NDIR）监测系统。

（1）系统组成

MCS100E的系统组成如图6.26所示。根据样品处理方式的不同，MCS100E包括3种配置：

①采用高温测量技术的MCS100E HW。

②采用渗透干燥管除水的MCS 100E PD。

③冷干法系统MCS100 E CD。

其中MCS100E HW是垃圾焚烧厂采用的标准技术，MCS100E PD用于低浓度组分测量场合；③用于热电厂烟气监测。下面对MCS100E HW和MCS100E PD加以介绍。

图6.26　MCS100E系统组成

1—粉尘仪；2—温压参数；3—采样探头；4—Hg监测单元；5—HC监测单元

1)MCS100E HW

MCS100E HW采用高温测量技术，烟气经过的所有流路包括采样探头、过滤器、样品传输管路、采样泵和测量气体室等都要加热或保温，保证无冷凝水析出、无测量组分损失，防止对管路造成腐蚀，如图6.27所示。为了最大限度降低HCl和NH3等组分的损失，采用较高的采样流量600L/h。可以测量的组分包括：HCl、SO2、CO、NO、NO2、N2O、NH3、H2O、CO2和CH4等。各组分间可能存在交叉干扰，尤其是H2O对各组分都有干扰，采用相加式或相乘式处理运算，可以克服H2O的干扰。

图6.27　MCS100E HW系统流路图

1—采样探头；2—过滤单元；3—伴热管线；4—高温采样泵；5—分析仪表；6—出口；7—零气；8，10—校准气；9—反吹气

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他组分干扰），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。(www.xing528.com)

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他组分干扰），将干扰值输入到乘法QE表中，即可将干扰组分影响扣除。

2)MCS100E PD

MCS100E PD系统的所有烟气流过的单元也都置于加热单元中，不同的是在进入分析仪表前，烟气要经过除水，如图6.28所示。除水采用Nafion管，而非冷凝法，能够在不造成测量组分损失的情况下进行除水，除水后，H2O对各组分的干扰减小，因此适用于低浓度的场所。其缺点是烟气通过Nafion管时NH3会被除去，因此不能用于测NH3。

图6.28　MCS100E PD系统流路图

1—采样探头；2—过滤单元；3—伴热管线；4—高温采样泵；5—Nafion管干燥除水；6—分析仪表；7—出口；8，11—零气（干燥N2）；9—校准气；10—反吹气；12—N2吸湿后的排出口

（2）主要特点

高温NDIR测量系统一般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就可以同时测量多种组分，具有较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。

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3.18 m和6.36 m两种。测量的气体包括SO2、NO、NO2、N2O、CO、CO2、NH3、HCl、CH4、H2O等。

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、多路样气自动切换、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。

（3）性能指标

高温NDIR烟气连续监测系统在国内已经得到应用，截至2014年，安装和正在安装的已超过10套。上海江桥垃圾焚烧电厂一期工程于2003年8月投产以来，监测系统工作状况比较正常。系统的性能指标见表6.8。

表6.8　MCS100E性能指标