Pietra Calacatta

傅裏葉紅外氣態汙染物監測系統

RAIN-VI型 傅裏葉紅外氣態汙染物監測系統 1.系統介紹 AGHJ-FTIR型气态污染物连续监测系统是中科院安徽光学精密机械研究所研制的一种对气体成份(温室气体、环境污染气体、腐蚀性气体

詳細介紹

RAIN-VI型 傅裏葉紅外氣態汙染物監測系統

1.系統介紹
AGHJ-FTIR型氣態汙染物連續監測系統是中科院安徽光學精密機械研究所研制的一種對氣體成份(溫室氣體、環境汙染氣體、腐蝕性氣體、揮發性有機物VOCs等)及相關氣象參數進行在線自動連續監測的設備。系統運行示意圖如下:

本系統是集光、機、電及計算機技術爲一體的高科技産品,其核心的氣態汙染物分析儀采用國家環保部及美國環境保護組織(USEPA)推薦的傅立葉變換紅外技術。
本系統適用于工業生産過程無組織排放監測和園區/企業邊界環境汙染敏感性監測,監測參數包括VOCs、SO2、NO(NOx)、CO、CO2、HCL、HF、CH4、N2O、SF6O2等四百多種氣體成分,應用範圍涵蓋園區、石油、化工、冶煉、噴塗、垃圾焚燒、固廢處理、造紙等應用場所。相比較傳統的點位式監測系統,AGHJ-FTIR型氣體汙染物連續監測系統具有監測面廣、檢測精度高、運行費用低、監測因子種類多、安裝和維護簡便、無需人員監守等優點。
AGHJ-FTIR型系統主要由氣態汙染物光譜分析儀、紅外光源發射望遠鏡、自動制冷系統及數據采集與處理系統等4個子系統組成。
氣態汙染物光譜分析儀基于光相幹性原理,進行幹涉調制與傅裏葉變換而獲取光譜,再通過獨特算法(最小二乘方法)計算氣態汙染物濃度。
紅外光源發射望遠鏡是爲系統提供紅外輻射信號,並穿過外界開放式環境中的待測汙染氣體後,由接收望遠鏡接收。
自動制冷系統是通過液位傳感器,將信號傳送到控制系統,由控制系統發送命令來將液氮推出容器,經過轉移管路最後進入系統容器中,確保系統運行時保持最高信噪比,從而保證系統正常、穩定、准確工作。
數據采集與處理系統具有現場數據實時傳送、遠程故障診斷、報表統計和圖形數據分析等功能,實現了工作現場的無人值守。
整套系統結構簡單,動態範圍廣,實時性強,組網靈活,運行成本低,同時系統采用模塊化結構,組合方便,並且能夠完全滿足DCS信號和環保部門的數據系統通訊的要求。
2.項目執行標准
本系統的設計、制造、驗收規範主要按下列標准和技術規範進行:
☆ GB3095-1996    《大气环境质量标准》
☆ GB13223-2003    《火电厂大气污染物排放标准》
☆ GB18485-2007    《生活垃圾焚烧污染物控制标准》
☆  HJ/T75-2007     《火电厂烟气排放连续监测技术规范》
☆CJJ90—2002     《城市生活垃圾焚烧工程技术规范》
☆  CJ/T118—2002   《城市生活垃圾焚烧炉技术规范》
☆ HJ/T76-2007     《固定污染源排放烟气连续监测系统技术要求及检测方法》
☆ GB16297-1996    《大气污染物综合排放标准》
☆ GB/T16157-1996  《固体污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》
☆  GB9078-1996     《工业炉窑大气污染物综合排放标准》
☆  GB 3095-1996    《环境空气质量标准》
☆GB12519-1990    《分析仪器通用技术条件》
系統方案
2.1 背景介紹
自Herget等人創立傅裏葉變換紅外光譜檢測方法以來,現今FTIR光譜法已成爲一種重要的環境氣體分析手段。在大氣分析中,傅裏葉變換紅外光譜技術可以分爲兩大類,即主動測量技術和被動測量技術。其中,主動測量一般采用長光程開放光路測量方式,由于FTIR具有高靈敏度、高分辨率、高信噪比和較寬的波段覆蓋範圍等優點,所以它和長光程(100~1000米)技術相結合可用于對測量區域內大氣中汙染氣體實現高時間分辨率、高靈敏度、動態、非接觸、實時和在線測量。20世紀70年代,Hanst第一次利用開放光路FTIR光譜技術對大氣中的氣體濃度進行了定量研究。


系統工作時,首先紅外光源發射的紅外光束經過發射望遠鏡准直,並穿過外界開放式環境中的待測汙染氣體後,由接收望遠鏡接收,並聚焦彙聚于幹涉儀腔內,通過動鏡移動和探測器接收檢測幹涉信息,最後將采集到的幹涉圖發送至控制和分析計算機。計算機通過FFT將幹涉圖轉換爲光譜,由此得到整個測量區域的吸收光譜,吸收光譜包含了待測氣體的濃度信息。
2.2 測量項目

  • 溫室氣體:CO2、CH4、N2O、SF6等;
  • 環境汙染氣體:SO2、CO、NO、O3、NH3、CS2等;
  • 腐蝕性氣體:HCL、HF、BHR等;
  • 揮發性有機物(VOCs):乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丙酮、乙酸乙酯等;
  • 其他:數據庫覆蓋了400多種氣體成分及VOC組分的紅外光譜定量數據。
2.3 測量方法
  • 采樣方法:開放光路
  • 分析方法:傅裏葉變換紅外
2.4 系統組成
AGHJ-FTIR型系统主要由气态污染物光谱分析仪、红外光源发射望远镜、自动制冷系统及数据采集与处理系统系统等4个子系統組成。如下图所示:


AGHJ-FTIR型系統示意圖
氣態汙染物光譜分析儀采用傅立葉變換紅外方法,將光譜信息聚焦彙聚于幹涉儀腔內,通過動鏡移動和探測器接收檢測幹涉信息,最後將采集到的幹涉圖發送至控制和分析計算機。計算機通過FFT將幹涉圖轉換爲光譜,由此得到整個測量區域的吸收光譜,吸收光譜包含了待測氣體的濃度信息,可以監測多達四百多種氣態汙染因子的濃度。

AGHJ-FTIR型系統定量分析流程圖

紅外光源發射望遠鏡是紅外光源發射的紅外光束經過發射望遠鏡准直,並穿過外界開放式環境中的待測汙染氣體後,由接收望遠鏡接收。
如果液位下降到低位的傳感器以下,自動制冷系統將會有信號傳送到控制系統,控制系統將會打開位于傳輸液氮吸管和液氮儲存容器中間的電磁閥,通過容器內的自增壓力,將會把液氮推出容器,經過轉移管路最後進入系統中。
數據采集與處理系統由通訊單元、工控機、數據采集與處理軟件、控制單元等構成。通訊模塊采集現場所有設備的測量結果,通過串口的方式與工控機進行通信。AGHJ-FTIR數據采集與處理軟件安裝于工控機系統內,用于監測和彙總所有的氣體濃度信息和工作狀態信息,同時生成報表、存儲數據、記錄曆史數據、與環保部門聯網通信等功能。
使用環境條件
AGHJ-FTIR型系統可以在惡劣的環境下長期安全運行,滿足以下條件:
供電電壓:AC220V±20%,頻率50±1Hz。
分析小屋內的系統部件環境溫度:(5~40)℃
分析小屋外的系統部件環境溫度:(-30~60)℃
濕度:≤90%
氣壓:(86~106)kPa
正常工作條件下,儀器的絕緣電阻應不小于20MΩ;
正常工作條件下,儀器的泄漏電流應不大于5mA;
所有設備的總用電量(KVA):≥1kVA
AGHJ-FTIR型系統具有防爆、防塵、防雨、防電磁輻射、防雷、防低溫和防火的設計。
2.5 監測方式
系统采用傅里叶变换红外光谱技术及双站式开放光路配置,通过对大气痕量气体成分红外辐射 “指纹” 特征吸收光谱测量与分析实现多组分气体的定量在线自动监测。


  • 用途:
  • 工業、化工園區及周界空氣質量監測;
  • 工業、化工廠區無組織排放實時預警性監測;
  • 工業生産車間有毒有害氣體預警性監測;
  • 城市交通、高速公路周邊環境空氣質量監測;
  • 城市汙水處理廠、垃圾填埋場惡臭氣體排放監測。
2.6可對多種汙染氣體排放進行非接觸式、實時、自動連續測量,對局部汙染面源以及高密度汙染氣團進行快速響應。
  • 軟件操作簡單、數據自動保存
  • 無需頻繁校准
  • 內置流通標定池
  • 開放式光程對多組分實時監測,有效監測園區區域範圍內汙染因子平均濃度
  • 測量周期短
  • 能夠實現園區/廠區邊界全覆蓋監測
  • 産品具有中華人民共和國制造計量器具許可證書,環保認證,適用性檢測合格報告
  • 可靠性高
  • 維護方便、維護成本低
  • 測量精度高
對比項 進口FTIR産品 我司FTIR産品 優勢說明
光學結構 采用單站收發一體式光路結構,需要陣列角鏡。紅外信號由主機經光學准直系統發射,經對面角鏡反射後返回到光譜儀主機。 采用雙站收發分體式結構,無需陣列角鏡。紅外信號經光學准直系統發射,穿過測量區域,由光譜儀主機光學系統接收。(如需要,亦可提供單站收發一體式結構) 1):陣列角鏡極易被汙染,使用壽命在半年左右,尤其在重霧霾天氣條件下,經過三五次強霧霾天氣,陣列角鏡就完全報廢,陣列角鏡更換成本在15萬左右。
2): 2007年奧運會測試賽實驗時曾采用單站收發一體式結構,發現在大陸不適用,維護成本較高,雙站收發分體式結構更適用大陸環境。
探測器 采用斯特林制冷探測器,使用壽命6000—8000小時 液氮制冷探測器,可以長久使用,無需更換。
(如需要,亦可提供斯特林制冷探測器)
斯特林制冷探測器检测灵敏度略低于液氮制冷探測器,且斯特林制冷探測器的标称寿命是6000—8000小时,更換成本在17萬左右。
光譜定量分析方法 經典算法 基于數字合成校准光譜技術的非線性最小二乘擬合算法 基于數字合成校准光譜技術的非線性最小二乘擬合算法是目前最先进的光譜定量分析方法,相对經典算法,能更好的降低气温、压强等环境参数变化的影响,能排除水汽吸收等组份叠加干扰的影响,测量准确度和测量精度远远高于經典算法。
應用案例 在國內長期無故障運行案例較少。 在福建、甘肅、廣州、江蘇、山東等地有長期無故障運行案例 安光所研制、安裝在福建泉惠化工園區的開放光路FTIR系統連續無故障運行時間超過4年。
儀器維護、數據分析 在大陸無專業維護運營團隊,由大陸代理商進行維護運營,而大陸代理商難以承擔儀器運行維護的重任。 (1):有奧運會、亞運會、世博會、青奧會、九三閱兵、G20峰會等國家重大任務的實驗數據分析經驗;
(2):有最專業的維護運營團隊,能夠第一時間解決客戶所有問題;
(3):中科院有國際領先的開發團隊,可以將最新科研成果應用到儀器運營當中。
中科院安光所技術團隊能夠第一時間解決客戶提出的所有技術問題,所開發儀器的穩定性、可靠性、多項儀器性能指標國際領先,在我國國防科技領域也得到了廣泛應用。
                                                                           同類産品對比表

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