用于硫氮氧化物监测的差分吸收光谱技术研究

摘要

近年来，燃煤电厂的烟气排放受到广泛关注，它是PM2.5和酸雨形成的主要原因之一。烟气连续监测系统也因此备受关注。本文主要研究烟气连续监测系统的气体分析单元，包括二氧化硫、一氧化氮和氧气三种气体分析。采用差分吸收光谱技术对二氧化硫和一氧化氮气体同时监测，并用电化学传感器在线监测氧气。搭建了紫外差分吸收光谱技术系统，并针对整个算法步骤做了详细的研究，包括光谱预处理、特征吸收提取、浓度反演。同时研究了气体吸收饱和及非线性现象，并研究了光谱仪温度变化对结果的影响，算法上纠正光谱波长漂移、畸变。最后，本文给出了测量实验的结果，包括气体浓度的标定曲线测量、反演浓度准确性测量及系统稳定性测试。
　　在此基础上，设计开发了烟气预处理系统，并完成了烟气在线监测系统样机开发，样机性能满足国家标准，具备较好的产业化前景。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 气体监测技术研究

1．2．1 二氧化硫监测技术综述

1．2．2 一氧化氮监测技术研究

1．2．3 氧气监测技术综述

1．3 论文主要研究内容

2 差分吸收光谱技术原理

2．1 光谱综述及NO、SO2吸收峰选择

2．1．1 分子光谱综述

2．1．2 SO2和NO标准吸收截面

2．2 Lambert-Beer定律及其修正

2．2．1 Lambert-Beer定律

2．2．2 Lambert-Beer定律的修正

2．3 差分吸收光谱法的基本原理

2．4 本章小结

3 SO2和NO监测系统

3．1 测量系统结构设计

3．1．1 测量系统的结构

3．1．2 光谱仪选择

3．1．3 光源

3．1．4 气室

3．1．5 准直透镜结构设计

3．2 数据处理流程及算法

3．2．1 光谱仪背景噪声

3．2．2 光源光谱

3．2．3 SO2特征吸收的提取

3．2．4 SO2浓度的反演

3．3 二氧化硫测量结果

3．3．1 波段选择

3．3．2 吸收饱和现象

3．3．3 非线性补偿

3．3．4 光谱仪温度补偿及波长漂移畸变修正

3．3．5 SO2浓度标定曲线

3．3．6 SO2气体测量稳定性研究

3．4 NO测量结果

3．4．1 NO吸收峰的选择

3．4．2 光谱预处理

3．4．3 饱和效应及非线性补偿

3．4．4 二氧化硫对一氧化氮测量的影响及其消除方法

3．4．5 温度对一氧化氮测量的影响

3．4．6 一氧化氮浓度定标曲线测量

3．4．7 已知浓度气体测量及测量准确度研究

3．4．8 长时间连续测量实验及测量稳定性研究

3．5 烟气预处理系统研究

3．6 程序截面

3．7 样机及其参数

3．8 本章小结

4 氧气监测技术研究

4．1 氧气测量意义

4．2 电化学氧气传感器

4．3 法拉第旋转光谱技术

4．4 本章小结

5 总结与展望

参考文献

作者简介

作者在攻读硕士学位期间的研究成果