工业微细粉尘在线监测技术的研究

摘要

可吸入颗粒物(PM10、PM2.5)作为雾霾天气的元凶已成为日常空气质量的主要指标。能源工业和工业生产排放烟气作为空气中可吸入颗粒物的主要来源，实现工业微细粉尘排放的在线监测对治理烟气污染及落实国家相关环保政策具有重要意义。
　　本文在总结国内外粉尘浓度和粒径监测技术现状的基础上，基于Mie散射理论和Lambert-beer定律研究并设计了面向工业微细粉尘的在线监测系统。首先阐述了粉尘浓度和粒径分布的测量原理，给出了散射光强测量系统的设计方案及各组成部分（激光器、光路系统、光电探测器、信号处理单元、通信系统）的实现方案。然后针对粉尘浓度和粒径分布的确定问题，阐述了粉尘浓度的测量算法，研究了基于人工鱼群算法的粒径分布反演算法。最后针对燃煤电厂排放烟气中微细粉尘的散射特性进行了数值计算，分析了入射光波长、相对折射率、颗粒粒径对散射光强分布曲线的影响，给出了基于人工鱼群算法的粒径分布反演算法的数值模拟结果。数值模拟实验结果验证了本文在监测系统测量方法的有效性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及其意义

1．2 粉尘监测技术国内外研究现状

1．2．1 粉尘浓度测量

1．2．2 粉尘粒径测量

1．3 本课题的主要研究内容

第二章 微细粉尘在线监测的理论基础

2．1 光的散射

2．2 Mie散射理论

2．2．1 基本公式

2．2．2 散射角函数an和bn的计算

2．2．3 Mie散射系数pm和tn的计算

2．2．4 散射系数、吸收系数和消光系数

2．2．5 球形颗粒的散射光强分布规律

2．2．6 消光系数Qe和散射系数Qs的数值计算

2．3 不相关散射和相关散射

2．4 单散射和多重散射

2．5 本章小结

第三章 基于Mie散射理论的工业微细粉尘在线监测系统设计

3．1 监测系统测量原理

3．1．1 粉尘浓度测量

3．1．2 粉尘粒径分布测量

3．2 散射光强测量系统设计

3．2．1 总体设计

3．2．2 激光器

3．2．3 光路系统

3．2．4 光电探测器

3．2．5 信号处理单元

3．2．6 通信系统

3．3 本章小结

第四章 粉尘浓度和粒径分布算法的研究

4．1 粉尘浓度的测量算法

4．2 粉尘粒径分布的测量算法

4．2．1 常规反演算法比较与分析

4．2．2 基于人工鱼群算法的粒径分布反演算法

4．3 本章小结

第五章 仿真研究与模拟实验

5．1 燃煤电厂排放微细粉尘的散射特性

5．1．1 入射光波长对散射光强分布的影响

5．1．2 相对折射率对散射光强分布的影响

5．1．3 粉尘颗粒粒径对散射光强分布的影响

5．2 基于人工鱼群算法的粒径分布反演算法模拟试验

5．2．1 试验参数的设定

5．2．2 数值模拟结果及分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢