基于DOAS烟气在线监测系统的应用研究

摘要

固定污染源的烟气排放是大气污染的主要来源,监管并控制固定污染源的烟气排放浓度对于改善大气质量具有重要意义,其基本手段是对污染源的烟气排放进行在线监测。本文基于紫外差分吸收光谱技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS),进行了烟气在线监测系统的应用研究。
　　论文分析了DOAS技术测量烟气浓度的原理,在此基础上,搭建了基于DOAS技术的烟气在线监测系统,通过优化设计后,系统波长分辨率可达到0.101nm,可同时满足SO2、NO等多种气体光谱测量的要求。
　　针对测量中DOAS系统的非线性影响问题,论文在研究系统非线性来源的基础上,提出针对不同气体浓度预测的补偿方法。采用Savitzky-Golay数字平滑滤波技术拟合得到表征气体吸收的快变化光谱,然后利用最小二乘法拟合计算基准吸收截面下的浓度,最后代入拟合公式计算得到补偿后的污染物浓度。采用SO2和NO两种气体对补偿方法进行验证,结果表明补偿后测量误差在1.55％以内,达到在线监测要求。
　　论文研究了气体吸收截面随温度的变化规律,结果表明,不同波长下,气体吸收截面随温度变化呈非线性关系。在定量分析的基础上,采用非线性补偿方法对气体吸收光谱进行温度修正,基于温度修正后的光谱进行浓度反演计算,以提高烟气浓度的测量精度。SO2和NO两种气体的验证实验结果表明,温度修正后气体浓度的测量误差明显减小。温度修正前后,SO2、NO的测量误差由10%以上减小到5%以下。

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第一章 绪论

1.1环境监测的重要意义

1.2环境质量检测方法

1.3 DOAS技术的现状和特点

1.4烟气在线监测系统

1.5课题研究目的和意义

1.6本文的主要内容

第二章 基于差分吸收光谱的气体浓度测量原理与算法

2.1朗伯-比尔定律

2.2差分吸收光谱法的测量原理

2.3标准吸收截面获取、浓度反演算法

2.4本章小结

第三章 原位式在线监测系统

3.1系统的参数要求

3.2系统的总体设计

3.3系统标定

3.4本章小结

第四章 污染气体浓度预测的建模实验与非线性补偿

4.1建模及验证的流程及装置

4.2基准吸收系数测量实验

4.3测量结果的非线性补偿与分析

4.4非线性补偿模型的验证

4.5本章小结

第五章 温度对测量的影响及非线性补偿实验研究

5.1温度对气体吸收截面的影响分析

5.2实验条件与装置

5.3温度对差分吸收截面的影响研究

5.4温度补偿模型实验验证及分析

5.5本章小结

第六章 总结和展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢