差分吸收光譜法測(cè)量煙氣污染物濃度的研究.pdf

1、隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的飛速發(fā)展和全球人口的急劇增加，全球環(huán)境的日益惡化引起了世界各國(guó)的高度重視。在我國(guó)，火電廠、水泥廠、化工廠等固定污染源的煙氣排放造成了嚴(yán)重的大氣污染。隨著人們對(duì)環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)以及國(guó)家對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，大氣污染物尤其是SO<,2>、NO<,2>等污染氣體的監(jiān)測(cè)與控制日益受到關(guān)注。在這個(gè)背景下，本文主要致力于將一種先進(jìn)的在線(xiàn)式光學(xué)氣體濃度測(cè)量方法—差分吸收光譜法(DOAS)應(yīng)用于工業(yè)固定污染源連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CE

2、MS)，從理論、實(shí)驗(yàn)研究和系統(tǒng)等方面都作了深入的研究和探索。 對(duì)SO<,2>在近紫外區(qū)的溫度和壓力吸收特性研究表明：在分辨率為0.4nm，溫度從303K～663K左右時(shí)，SO<,2>在290～310nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收截面隨溫度升高而減?。徊罘治战孛骐S著溫度的升高峰值減小而波谷增加，但無(wú)波長(zhǎng)漂移和光譜結(jié)構(gòu)的變化。吸光度和差分吸光度隨溫度的變化趨勢(shì)分別與吸收截面和差分吸收截面相一致。如果不考慮溫度對(duì)吸收截面的影響，403K時(shí)S0

3、2濃度反演結(jié)果偏離常溫-43.8％，663K時(shí)偏離-75.3％；與之相反，隨著壓力的增加，吸收截面隨之增加，差分吸收截面隨壓力的增加峰值增加波谷減小。若不考慮壓力對(duì)吸收截面的影響，在0.02Mpa時(shí)SO<,2>濃度反演誤差為7.3％，在火電廠煙道±10Kpa壓力波動(dòng)范圍內(nèi)可以不考慮壓力的影響。 對(duì)NO<,2>在近紫外和可見(jiàn)光區(qū)的溫度和壓力吸收特性研究表明：在氙燈(200～1100nm)光照下，NO<,2>流量低于121/min時(shí)

4、(流速小于0.1m/s)存在光致解離。NO<,2>溫度吸收特性比較復(fù)雜，從303K～343K，隨溫度增加，吸收截面逐漸減?。粡?43K～383K，吸收截面隨溫度的增加而增加；從383K～403Kt隨溫度增加吸收截面反而減?。粡?03K～423K，隨溫度增加，吸收截面隨之增加；當(dāng)溫度超過(guò)423K時(shí)，吸收截面隨溫度增加而減小。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度超過(guò)503K時(shí)，隨溫度增加，光譜結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，當(dāng)溫度為583K時(shí)，NO<,2>原有的光譜結(jié)構(gòu)

5、基本消失。如果不考慮溫度對(duì)吸收特性的影響，403K時(shí)NO<,2>濃度反演結(jié)果偏離常溫9.0％，663K時(shí)偏離-83％。壓力對(duì)吸收特性影響不明顯，在煙道±10Kpa，波動(dòng)范圍內(nèi)可以不考慮壓力因素的影響。 通過(guò)將粉塵和氣體分離的方法，在DOAS法測(cè)量氣體濃度實(shí)驗(yàn)中加入了粉塵顆粒。在詳細(xì)分析了傳統(tǒng)DOAS算法的基礎(chǔ)上，文中提出了兩種改進(jìn)的DOAS算法—基于遺傳算法和基于卡爾曼濾波的DOAS算法。應(yīng)用不同算法分別對(duì)SO<,2>單組分氣體

6、、SO<,2>和NO<,2>混合氣體、存在N0氣體干擾時(shí)的SO<,2>氣體以及含粉塵氣體的實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了濃度反演和相互比較。研究結(jié)果表明，兩種改進(jìn)算法在吸光度較低的情況下反演結(jié)果基本接近，準(zhǔn)確度較高，誤差接近于零且具有很好的重復(fù)性；在吸光度相對(duì)較高的情況下，基于改進(jìn)DOAS算法的濃度反演準(zhǔn)確度低于傳統(tǒng)算法。文中首次提出將傳統(tǒng)DOAS算法與改進(jìn)DOAS算法相結(jié)合，對(duì)吸光度設(shè)定閾值，低于該值時(shí)采用改進(jìn)DOAS算法；反之，采用傳統(tǒng)DOAS