謝 耀，華道柱，齊 宇，沈婷婷，劉振強(qiáng)，葉華俊，劉維屏

（1.聚光科技（杭州）股份有限公司，浙江 杭州 310052；2.浙江大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310012）

1 引言

環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)必須做到“真”、“準(zhǔn)”、“全”，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)的真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠，環(huán)境監(jiān)測(cè)專用儀器儀表作為環(huán)境監(jiān)測(cè)的載體，其性能的好壞直接體現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)水平的高低。

2019年3月5 日的政府工作報(bào)告中指出：要持續(xù)推進(jìn)污染防治，鞏固擴(kuò)大藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)成果，2019年二氧化硫、氮氧化物排放量要下降3%；要壯大綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)，加快火電、鋼鐵行業(yè)超低排放改造。相繼出臺(tái)的煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)，給固定污染源監(jiān)測(cè)儀器儀表開(kāi)發(fā)帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。超低排放的煙氣具有污染物濃度低、濕度大等特點(diǎn)，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的檢測(cè)精度、穩(wěn)定性和抗交叉干擾等能力提出了近乎苛刻的要求。

2020年9月22 日，在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上我國(guó)明確提出要“提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度、采取更有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”，二氧化碳的在線監(jiān)測(cè)需求已變得十分迫切。

傅 立 葉 紅 外（Fourier Transform Infrared，F(xiàn)TIR）[1]、可調(diào)諧二極管吸收光譜技術(shù)（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）[2-3]、非分散紅外（Non-Dispersive Infrared, NDIR）[4-7]吸收光譜技術(shù)以及拉曼光譜技術(shù)（Raman Spectroscopy，RS）[8-10]是常用的多組分氣體分析技術(shù)，其中，F(xiàn)TIR和RS因其價(jià)格和運(yùn)維成本較為昂貴，TDLAS波長(zhǎng)調(diào)諧范圍有限導(dǎo)致監(jiān)測(cè)組分可擴(kuò)展性不足，限制了在超低排放和碳排放監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用拓展。NDIR是現(xiàn)行主流的氣態(tài)污染物分析檢測(cè)方法之一。其中，干涉濾波相關(guān)[11-13]（Interference Filter Correlation, IFC）技術(shù)是最為常用的實(shí)現(xiàn)方式。

對(duì)于氣體濾波相關(guān)[14]（Gas Filter Correlation，GFC）技術(shù)，自20世紀(jì)70年代，NASA將GFC技術(shù)引進(jìn)到氣體檢測(cè)領(lǐng)域以來(lái)，因其強(qiáng)的抗干擾能力和高穩(wěn)定性逐漸成為NDIR氣體分析儀的主流技術(shù)之一。在國(guó)內(nèi)，GFC技術(shù)的研究起步較晚，主要聚焦在單氣體組分監(jiān)測(cè)技術(shù)研究上，21世紀(jì)初，中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所劉文清團(tuán)隊(duì)分別報(bào)道了GFC技術(shù)在CO[15]和CH4[16]上的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)143 mg/m3的量程和7.1 μg/m3的測(cè)量精度。

目前，采用GFC和IFC相結(jié)合的多組分微量氣體分析系統(tǒng)的市場(chǎng)主要被福德世、SICK和ESA等幾個(gè)國(guó)外廠商占據(jù)，國(guó)內(nèi)少有相關(guān)產(chǎn)品的報(bào)道。

本課題組研制了基于NDIR的多組分微量氣體分析系統(tǒng)，采用GFC和IFC相結(jié)合的技術(shù)路線，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下SO2、NO、NO2、CO、CO2等多種氣體污染物的同時(shí)測(cè)量。GFC和IFC相結(jié)合，有利于實(shí)現(xiàn)分析系統(tǒng)的小型化和模塊化設(shè)計(jì)。分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)滿足煙氣超低排放和碳排放的監(jiān)測(cè)需求，有利于推動(dòng)基于GFC-IFC技術(shù)的多組分微量氣體分析系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化替代和應(yīng)用拓展，實(shí)現(xiàn)固定污染源監(jiān)測(cè)領(lǐng)域新的技術(shù)突破。

2 多組分微量氣體分析技術(shù)原理

當(dāng)紅外光源發(fā)射出的連續(xù)光全部通過(guò)特定厚度的含有待測(cè)氣體組分的氣體層時(shí)，紅外光被吸收，能量衰減程度與氣體濃度、紅外光經(jīng)過(guò)待測(cè)氣體的光程及其吸收系數(shù)有關(guān)，服從朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律，即

其中，I0(λ)和I(λ)分別為入射和出射光強(qiáng)，K(λ)為待測(cè)氣體的吸收截面，C為待測(cè)氣體濃度，L為有效光程。

NDIR利用非對(duì)稱雙原子分子和多原子分子氣體在中紅外波段有自己特定吸收帶的特性，實(shí)現(xiàn)氣態(tài)污染物濃度的檢測(cè)，吸收特性服從朗伯-比爾定律。

GFC和IFC技術(shù)是NDIR中最有效的弱信號(hào)檢測(cè)方法。其中，GFC的測(cè)量信號(hào)與背景信號(hào)屬于同一個(gè)波段，如圖1(a)(彩圖見(jiàn)期刊電子版)所示，采用相同的濾光片，轉(zhuǎn)動(dòng)GFC輪，光源發(fā)出的紅外光將依次通過(guò)灌有高濃度待測(cè)氣體和氮?dú)獾臍怏w池（Gas cell和N2cell）。當(dāng)通過(guò)Gas cell時(shí)，相應(yīng)波段的紅外光將被高濃度待測(cè)氣體強(qiáng)烈吸收，經(jīng)多次回返的長(zhǎng)光程氣體室（White cell）后不能被探測(cè)器探測(cè)到，形成一個(gè)不受待測(cè)氣體濃度影響、只反應(yīng)光源波動(dòng)以及干擾氣體影響的背景信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)氣體濾波的效果，其作為參考信號(hào)R。當(dāng)紅外光通過(guò)N2cell和White cell時(shí)，該波段的紅外光只被White cell內(nèi)的待測(cè)氣體吸收，在探測(cè)器上獲得測(cè)量信號(hào)M，M反應(yīng)了光源波動(dòng)、干擾氣體影響以及待測(cè)氣體濃度的變化，通過(guò)處理M和R的信號(hào)獲得待測(cè)氣體濃度。由于M和R中均包含干擾氣體信息，GFC原理可以有效降低干擾的影響。

圖1 (a) GFC和(b) IFC的技術(shù)原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of (a) GFC technique and (b)IFC technique

IFC的測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)采用不同的波段，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)IFC輪，測(cè)量濾光片（Measure filter）和參考濾光片（Reference filter）兩個(gè)干涉濾光片將光源發(fā)出的紅外光調(diào)制成處于待測(cè)氣體特征吸收帶和偏離吸收帶的兩束不同波長(zhǎng)的光（測(cè)量光和參考光），如圖1(b)(彩圖見(jiàn)期刊電子版)所示。當(dāng)White cell中充以待測(cè)氣體，測(cè)量光通過(guò)時(shí)將被待測(cè)氣體吸收，探測(cè)器的信號(hào)反應(yīng)了光源波動(dòng)，待測(cè)氣體吸收和可能存在的干擾氣體的影響，該信號(hào)作為測(cè)量信號(hào)M。當(dāng)參考光通過(guò)時(shí)，待測(cè)氣體對(duì)參考光不存在任何吸收，探測(cè)器的信號(hào)反應(yīng)了光源波動(dòng)，作為參考信號(hào)R，此外，參考光的波段選取也要考慮避免其他氣體吸收，以形成干凈的背景信號(hào)。同樣，可以從M和R的偏差中提取氣體濃度信息。

3 氣體分析技術(shù)的模型建立和仿真

為了實(shí)現(xiàn)SO2、NO、NO2、CO、CO2等多種氣體的同時(shí)測(cè)量，并滿足超低排放和碳排放對(duì)氣態(tài)污染物的量程需求，從各組分氣體在中紅外波段的吸收特性出發(fā)，設(shè)計(jì)理論模型，建立核心參數(shù)與測(cè)量和參考信號(hào)的關(guān)系，通過(guò)仿真確定各氣體組分所采用的測(cè)量技術(shù)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)建提供理論支撐。

GFC模型由光源、氣體池、濾光片、氣體室和探測(cè)器組成，IFC模型由光源、濾光片、氣體室和探測(cè)器組成，各元件位置關(guān)系如圖1所示。探測(cè)器為寬光譜響應(yīng)的中紅外探測(cè)器，簡(jiǎn)便起見(jiàn)，假設(shè)探測(cè)器在各波段的響應(yīng)相同，且暫不考慮氣體間的交叉干擾。

選用黑體輻射光源，光譜輻射亮度滿足：

其中h為普朗克常數(shù)，c為光速，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為絕對(duì)溫度，λ為波長(zhǎng)。

碳化硅光源是最常用的黑體輻射光源之一，溫度為1433 K時(shí)，各波長(zhǎng)歸一化的能量分布如圖2所示。

圖2 歸一化的黑體輻射能量分布Fig.2 Normalized energy distribution of black-body radiation

GFC模式下，模型的參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)分別表示為：

其中，τ1為氣體池的透過(guò)率，τ2為氣體室的透過(guò)率，τ3為濾波片的透過(guò)率，ν1和ν2分別為濾光片（測(cè)量濾光片和參考濾光片相同）的起始和截至頻率。根據(jù)朗伯-比爾定律，透過(guò)率τ可表示為：

其中σ為氣體的吸收截面，單位為cm2/molecular，C為氣體濃度，單位為mol/cm3，L為入射光有效光程，單位為cm，NA為阿伏伽德羅常數(shù)。

IFC模式下，參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)可以分別表示為：

其中，τ2和τ3的定義與式（3）相同，ν1、ν2和ν3、ν4分別為測(cè)量和參考濾光片的起始和截至頻率。

將式（5）分別代入式（3）和式（4），以及式（6）和式（7），可計(jì)算出GFC和IFC模型測(cè)量信號(hào)M和參考信號(hào)R隨待測(cè)氣體濃度的變化關(guān)系。

以NO和NO2為例，闡述模型的仿真結(jié)果。參考HITRAN數(shù)據(jù)庫(kù)，NO和NO2的吸收截面如圖3所示。

圖3 NO和NO2的吸收截面Fig.3 Absorption cross sections of NO and NO2

從圖3中可以看出，NO的吸收光譜是基線為零的梳狀光譜，而NO2的吸收光譜的基線是不為零的包絡(luò)。

模型中，參考濾光片的中心波長(zhǎng)為3.95 μm，帶寬為90 nm；NO測(cè)量濾光片中心波長(zhǎng)為5.3 μm，帶寬為180 nm；NO2測(cè)量濾光片中心波長(zhǎng)為6.3 μm，帶寬為120 nm；氣體室有效光程為5 m。GFC模型中，Gas cell長(zhǎng)度為1 cm，待測(cè)氣體濃度為100%?？紤]到超低排放的監(jiān)測(cè)需求，系統(tǒng)氣態(tài)污染物的濃度檢測(cè)量程需求如表1所示。

表1 分析系統(tǒng)的量程Tab.1 Span of multi-component analysis system

以測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)強(qiáng)度的比值M/R作為縱坐標(biāo)，待測(cè)氣體濃度作為橫坐標(biāo)，模型的仿真結(jié)果如圖4～圖5所示。

圖4 GFC和IFC模型中，NO測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)之比隨濃度的變化情況Fig.4 The ratio of the measurement to the reference signal of NO varying with gas density at GFC model and IFC model

圖5 GFC和IFC模型中，NO2測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)之比隨氣候濃度的變化情況Fig.5 The ratio of the measurement to the reference signal of NO2 varying with gas density at the GFC model and IFC model

從圖4和圖5中可以看出，在GFC模型下，NO的M/R在1.4左右，如圖4(a)所示，零點(diǎn)和量程濃度下的M/R變化為0.05。NO2的M/R超過(guò)5000，零點(diǎn)和量程濃度下的比值變化接近2000，如圖5(a)所示，過(guò)大的偏差給放大電路的設(shè)計(jì)提出了苛刻要求。在IFC模型中，NO的M/R在0.5左右，零點(diǎn)和量程濃度下的比值變化為0.0175，NO2的M/R在0.12附近，零點(diǎn)和量程濃度下的比值變化為0.05，如圖4(b)和5(b)所示。為了實(shí)現(xiàn)NO和NO2的同時(shí)測(cè)量，并考慮后續(xù)放大電路的可實(shí)現(xiàn)性及制造成本，確定測(cè)量技術(shù)的原則如下：

（1）M和R信號(hào)偏差不應(yīng)在1個(gè)數(shù)量級(jí)以上，以提升硬件的可實(shí)現(xiàn)性；

（2）M/R值的變化范圍在設(shè)定氣體濃度范圍內(nèi)應(yīng)盡可能大，以提高系統(tǒng)分辨率。

基于上述原則，確定了NO和NO2的測(cè)量技術(shù)分別為GFC和IFC。同樣，采用該模型確定了SO2、CO和CO2的測(cè)量技術(shù)，可以看出梳狀吸收光譜的氣體CO宜采用GFC技術(shù)，而包絡(luò)型吸收光譜的氣體SO2、CO2宜采用IFC技術(shù)。

4 多組分微量氣體分析系統(tǒng)構(gòu)成

第3節(jié)通過(guò)仿真計(jì)算，給出了分析系統(tǒng)的有效光程，濾光片中心波長(zhǎng)和帶寬等核心參數(shù)，以及待測(cè)氣體濃度與測(cè)量和參考信號(hào)的關(guān)系，為系統(tǒng)構(gòu)建奠定了理論基礎(chǔ)。

多組分微量氣體分析系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、流路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)等5個(gè)模塊組成，如圖6所示，其中光學(xué)系統(tǒng)和電路系統(tǒng)是分析系統(tǒng)的兩個(gè)核心模塊，將做詳細(xì)介紹。

圖6 多組分氣體分析系統(tǒng)構(gòu)成Fig.6 Composition of multi-component gas analysis system

4.1 光學(xué)系統(tǒng)

作為分析系統(tǒng)核心模塊的光學(xué)系統(tǒng)如圖7所示。光源發(fā)出的紅外光，由GFC輪調(diào)制，經(jīng)平面反射鏡耦合進(jìn)入恒溫控制的多次回返氣體室，通過(guò)離軸拋物鏡聚焦到探測(cè)器上，通過(guò)建立信號(hào)強(qiáng)度與氣體濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)氣態(tài)污染物濃度的檢測(cè)。

圖7 分析系統(tǒng)中光學(xué)系統(tǒng)示意圖Fig.7 Schematic diagram of the optical system for the proposed system

GFC輪模塊、多次回返氣體室和探測(cè)器模塊采用剛性連接，用隔熱材料隔離，保證各模塊不同的溫控要求，光機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 光機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.8 Structure diagram of the optical mechanical system

GFC輪模塊由紅外輻射光源、電機(jī)和GFC輪3部分組成。其中，GFC輪由斬波輪、濾光片輪和氣體濾波輪3部分組成，GFC輪采用整體化設(shè)計(jì)。氣體濾波輪上均勻分布NO、CO和N2氣體池，作為GFC輪的主體結(jié)構(gòu)，各濾光片通過(guò)斬波輪固定在氣體濾波輪上，電機(jī)帶動(dòng)GFC輪實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外光源的調(diào)制。

濾光片輪上依次安裝匹配待測(cè)氣體特征吸收波段的濾光片，特定濃度的CO2、CO、NO2、NO、SO2、CH4和H2O的特征吸收光譜如圖9（彩圖見(jiàn)期刊電子版）所示。從圖9中可以看出，通過(guò)優(yōu)化濾光片的中心波長(zhǎng)，并采用窄帶濾光片可以實(shí)現(xiàn)氣態(tài)污染物特征吸收波段的選取。其中，濾光片中心波長(zhǎng)的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。以CO2濾光片為例，為了滿足固定物污染源煙氣量程需求，CO2濾光片的中心波長(zhǎng)選擇偏離吸收峰（4.26 μm）的4.4 μm，80%以上的透過(guò)率，同時(shí)帶寬減小到90 nm，以避免25%濃度CO2的飽和吸收。

圖9 待測(cè)氣體特征吸收光譜Fig.9 Characteristic spectra of the gas to be measured

氣體池充高濃度（在85%以上）待測(cè)氣體或高純N2，每個(gè)氣體池可獨(dú)立安裝在氣體濾波輪上，當(dāng)紅外光通過(guò)充高濃度待測(cè)氣體的氣體池時(shí)，相應(yīng)波段紅外光幾乎被完全吸收，配合窄帶濾光片形成一個(gè)純凈的背景，作為背景信號(hào)。紅外光可以完全通過(guò)高純N2氣體池，配合窄帶濾光片作為測(cè)量信號(hào)。窗口片采用在紅外波段有較高透過(guò)率的材料，窗口片通過(guò)粘接或焊接的方式與腔體連接成一體，以滿足極高的氣密性要求。研制的氣體池吸光度曲線如圖10所示，圖10(a)和圖10(b)分別為用于參考通道和測(cè)量通道的NO和N2氣體池吸光度曲線。

圖10 氣體池吸光度曲線。(a) NO吸光度曲線；(b) N2吸光度曲線Fig.10 Absorption of (a) NO and (b) N2 gas cell

4.2 電路系統(tǒng)

電路系統(tǒng)的硬件框圖如圖11所示，主要包括32位的ARM控制和處理模塊，紅外信號(hào)調(diào)理與16位ADC，壓力傳感器測(cè)量氣體室內(nèi)的壓力，用于壓力補(bǔ)償，氧電池用于O2測(cè)量，溫控模塊控制氣體室、GFC輪模塊和探測(cè)器模塊的溫度，TEC用于MCT探測(cè)器的制冷，液晶顯示可用于人機(jī)交互，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)GFC輪對(duì)光源的調(diào)制，通信模塊包括多路I/O接口，RS-232/485以及4～20 mA輸出。

圖11 系統(tǒng)硬件框圖Fig.11 Block diagram of system hardware

5 多組分微量氣體分析系統(tǒng)性能

5.1 檢出限

檢出限是分析系統(tǒng)的核心指標(biāo)之一，反映其靈敏度，測(cè)量和計(jì)算方法參考《HJ 76-2017 固定污染源煙氣（SO2、NOx、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測(cè)方法》（簡(jiǎn)稱76標(biāo)準(zhǔn)）。

分析系統(tǒng)預(yù)熱穩(wěn)定后開(kāi)始正常測(cè)量，通入零氣（通常為高純N2），每隔2 min記錄該時(shí)間段數(shù)據(jù)的平均值（記為1個(gè)數(shù)據(jù)），記ri，獲得30個(gè)濃度數(shù)據(jù)，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，定義為零點(diǎn)噪聲SL，即

其中，SL為零點(diǎn)噪聲，ri為間隔2 min時(shí)間段數(shù)據(jù)的平均值，rˉ為30個(gè)濃度數(shù)據(jù)的平均值，n=30。

紅外多組分微量氣體分析系統(tǒng)的波動(dòng)如圖12（彩圖見(jiàn)期刊電子版）所示。圖12(a)和圖12(b)分別為NO2、NO、CO和SO2以及CO2的零點(diǎn)噪聲。從圖12可以看出，相同條件下，NO零點(diǎn)的濃度波動(dòng)為?0.1～0.4 mg/m3，大于其他組分的被測(cè)氣體，這是由于在相同條件下NO的吸光度小，分辨率低導(dǎo)致的。

圖12 分析系統(tǒng) (a) NO2、NO、CO和SO2的零點(diǎn)噪聲及(b)CO2的零點(diǎn)噪聲Fig.12 Zero noise of (a) NO2、NO、CO、SO2 and (b) CO2 of analysis system

檢出限為3倍的零點(diǎn)噪聲，如表2所示，對(duì)于CO、NO2、NO、SO2的檢測(cè)，分析系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)亞mg·m?3的檢出限，CO2的檢出限可以達(dá)到0.05%。

表2 分析系統(tǒng)的檢出限Tab.2 Detection limit of the multi-component analysis system

5.2 零點(diǎn)和量程漂移

24 h零點(diǎn)和量程漂移是分析系統(tǒng)的又一核心指標(biāo)，反映其穩(wěn)定性和可靠性，測(cè)量和計(jì)算方法參考76標(biāo)準(zhǔn)。

分析系統(tǒng)預(yù)熱穩(wěn)定后開(kāi)始進(jìn)行正常測(cè)量，通入零氣（通常為高純N2），記錄分析系統(tǒng)零點(diǎn)穩(wěn)定讀數(shù)Z0，然后通入量程標(biāo)氣，記錄穩(wěn)定讀數(shù)S0。待分析系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行24 h（期間不允許任何校準(zhǔn)和維護(hù)）后再分別通入同一濃度的零氣和標(biāo)氣，設(shè)記錄穩(wěn)定后的讀數(shù)分別為Zn和Sn，按式（9）～式（12）分別計(jì)算系統(tǒng)24 h的零點(diǎn)和量程漂移，即

其中，Zd為分析系統(tǒng)24 h零點(diǎn)漂移，?Zn為分析系統(tǒng)運(yùn)行24 h后的零點(diǎn)變化值，R為分析系統(tǒng)滿量程值。

其中，Sd為分析系統(tǒng)24 h量程漂移，?Sn為分析系統(tǒng)運(yùn)行24 h后的量程點(diǎn)變化值。

系統(tǒng)的24 h的零點(diǎn)和量程漂移不超過(guò)±2%F.S.(Full Scale，F(xiàn).S.)，如表3所示。

表3 分析系統(tǒng)的零點(diǎn)和量程漂移Tab.3 Zero and span drift of multi-component analysis system

5.3 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況

2021年2月14 日上午9點(diǎn)到2021年2月17日上午7點(diǎn)，分析系統(tǒng)在江蘇某鋼廠的小時(shí)值監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖13（彩圖見(jiàn)期刊電子版）所示。從圖13中可以看出，在鍋爐工作期間，CO平均濃度達(dá)到750 mg/m3，SO2平均濃度為2.2 mg/m3，NO平均濃度為18.3 mg/m3，NO2平均濃度為29.7 mg/m3，O2平均濃度穩(wěn)定在18.1%附近，CO2平均濃度為4.3%。停爐期間，O2濃度上升至環(huán)境空氣濃度的21%，氣態(tài)污染物濃度下降至零，很好地反映了工藝過(guò)程。

圖13 分析系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況Fig.13 In-situ operation of the analysis system

6 結(jié)論

本文從理論仿真出發(fā)，構(gòu)建了系統(tǒng)核心參數(shù)與探測(cè)信號(hào)的關(guān)系，為分析系統(tǒng)研制提供了理論支持。構(gòu)建的紅外多組分微量氣體分析系統(tǒng)采用GFC?IFC技術(shù)，在時(shí)域上實(shí)現(xiàn)了雙光路測(cè)量，降低了光源能量波動(dòng)和交叉干擾的影響，提高了測(cè)量精度和穩(wěn)定性，其中，CO、NO2、NO、SO2的檢出限優(yōu)于500 μg/m3，CO2的檢出限達(dá)到0.05%，24 h的零點(diǎn)漂移優(yōu)于1.85% F.S.，量程漂移優(yōu)于1.27% F.S.，性能指標(biāo)能同時(shí)滿足超低排放和碳排放的監(jiān)測(cè)需求?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況良好，很好地反映了鍋爐的工藝過(guò)程。系統(tǒng)集成度高，可根據(jù)不同工況靈活配置被測(cè)氣體組分，具備較強(qiáng)的應(yīng)用拓展性。