差分吸收光譜法在線測(cè)量煙氣濃度的理論與系統(tǒng)研究.pdf

1、環(huán)境污染尤其是大氣環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重引起了世界各國(guó)的高度關(guān)注，作為大氣污染氣體的主要來(lái)源之一工業(yè)固定污染源的煙氣排放已成為監(jiān)測(cè)和控制的重點(diǎn)。以差分吸收光譜技術(shù)為代表的新興氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，由于其具有真正意義上的非侵入式、實(shí)時(shí)、連續(xù)在線監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，正在成為固定污染源煙氣排放實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的理想工具。本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)將差分吸收光譜技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)固定污染源煙氣排放在線監(jiān)測(cè)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究和探索。 煙氣中的煙塵顆

2、粒物光散射對(duì)DOAS方法影響的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：煙塵顆粒物的散射光強(qiáng)與顆粒粒徑分布、顆粒濃度有關(guān)，對(duì)不同的顆粒粒徑分布，氣體的吸收度及差分吸收度均隨煙塵顆粒物濃度和粒徑的增加而增加，但其曲線的波峰和波谷處增幅不同，曲線形狀發(fā)生畸變；在顆粒物濃度及顆粒粒徑分布一定的條件下，氣體濃度較高或較低時(shí)，氣體濃度反演誤差均較大。在高塵環(huán)境下，因差分吸收度曲線的頻率特性發(fā)生變化，僅采用多項(xiàng)式濾波已無(wú)法消除顆粒物光散射對(duì)氣體差分吸收的影響，為

3、此，本文提出了采用多項(xiàng)式結(jié)合小波變換消除顆粒物Mie散射影響的方法。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，在高塵環(huán)境下，采用多項(xiàng)式結(jié)合小波變換濾波可有效地消除顆粒物Mie散射對(duì)DOAS方法的影響，濾波后的氣體差分吸收度曲線與無(wú)顆粒物時(shí)的差分吸收度曲線吻合較好，具有較高的濃度反演精度。 對(duì)煙道中低濃度污染氣體測(cè)量，由于光程短以及其它干擾因素的影響，接收光譜的信噪比很低，采用傳統(tǒng)DOAS算法存在較大的濃度反演誤差。為此，本文提出了一種改進(jìn)D

4、OAS算法。對(duì)各種實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)的反演結(jié)果表明：改進(jìn)DOAS算法對(duì)短光程、低濃度氣體的濃度反演具有較高的反演精度和良好的抗粉塵干擾能力，其零點(diǎn)誤差較傳統(tǒng)算法減小了95％以上。 對(duì)流動(dòng)狀態(tài)下NO2氣體在30～390℃溫度范圍內(nèi)的吸收光譜特性研究表明：在30～150℃溫度范圍內(nèi)，差分吸收截面隨溫度的升高呈現(xiàn)跳躍性變化，但其譜線形狀不變；在150～270℃溫度之間，溫度升高使得差分光譜峰值減小、谷值增大，譜線的自蝕效應(yīng)加劇，譜線半寬增

5、加；當(dāng)溫度高于270℃后，差分吸收譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化，峰谷數(shù)目增多。 在分析現(xiàn)有溫度補(bǔ)償方法的基礎(chǔ)上，本文提出了一種新的溫度補(bǔ)償方法：即將20℃時(shí)煙氣中污染氣體的分子數(shù)密度與不同溫度下污染氣體的分子數(shù)密度之比與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系擬合出溫度補(bǔ)償函數(shù)，在90～150℃溫度范圍內(nèi)，利用該補(bǔ)償函數(shù)分別對(duì)差分吸收截面、吸收度以及濃度反演結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，不論對(duì)哪一個(gè)參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，都可以顯著提高氣體濃度的反演精度，并且該

6、補(bǔ)償方法具有很好的重復(fù)性。 氣體的非線性吸收對(duì)采用DOAS方法監(jiān)測(cè)氣體濃度有較大影響，本文提出了一種新的非線性補(bǔ)償方法：即將實(shí)際濃度所對(duì)應(yīng)的氣體分壓與反演結(jié)果所對(duì)應(yīng)的氣體分壓之比與反演結(jié)果之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系擬合成補(bǔ)償函數(shù)，利用該補(bǔ)償函數(shù)對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行非線性補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該補(bǔ)償方法可以很好地補(bǔ)償氣體非線性吸收的影響，具有較高的氣體濃度反演精度和較好的重復(fù)性。 本文還給出了同時(shí)補(bǔ)償溫度和非線性影響的函數(shù)式，對(duì)14914