吸收光谱法测量二氧化硫和一氧化氮气体浓度的研究

论文摘要

大气污染已经成为制约国家经济发展的重要问题,我国的空气污染类型以煤烟型为主,燃煤产生的污染气体排入空气给自然环境及人类的生活带来严重的危害。国家环境保护总局已经明确规定了各种污染物的排放标准,其中,二氧化硫和氮氧化物是重点控制对象。污染气体的浓度监测是实施污染排放总量控制政策的必要前提。本文以二氧化硫和一氧化氮气体为研究对象,理论和实验研究了二氧化硫和一氧化氮气体浓度的测量方法和技术。理论上,以Beer-Lambert定律和一氧化氮及二氧化硫气体的吸收光谱为基础,对气体浓度测量进行了理论分析,给出了二氧化硫气体浓度与光谱参量间的解析关系式;由于二氧化硫在220-235nm波段有特征吸收,因此提出了克服二氧化硫影响的一氧化氮气体的测量路线,并给出了消二氧化硫影响的一氧化氮气体浓度与光谱参量间的解析式;并就理论结果,分析确定了对上述气体测量的影响因素。实验上,用氘灯作光源,用HR2000+高分辨光栅光谱仪作接收装置,通过二氧化硫吸收光谱分析,及标准二氧化硫气体的定标实验,建立了气体浓度与光谱参量间的关系;通过软件开发,实现了对气体浓度的自动监测;通过变温二氧化硫气体光谱分析,实现了对气体浓度测量的温度修正;对浓度为96.5ppm的二氧化硫气体进行了长时间的测量,重复误差为1.58%。开展了一氧化氮气体浓度测量的研究。本文采用浓度反演法排除了二氧化硫对一氧化氮的影响;并用标准浓度的一氧化氮气体标定了测量系统,建立了气体浓度与光谱参量间的关系;通过软件开发,实现了一氧化氮气体浓度的自动监测;对标准浓度的一氧化氮气体及一氧化氮和二氧化硫混合气体进行了长时间的监测,测量重复性较好。本项监测技术适用于燃煤电站排放尾气的监测,该技术数据处理方法简捷,不受外界环境干扰,以该技术为核心的监测仪器成本低廉且易操作、易维护。通过进一步的技术改进,本套装置还可以测量更多种类气体的浓度,具有很大的开发价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 我国的能源结构及空气污染现状
• 1.1.2 污染气体监测的重要性
• 1.2 国内外在气体监测领域的研究现状分析
• 1.2.1 污染监测技术的分类
• 1.2.2 国内外气体监测技术的发展现状
• 1.3 课题的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 气体监测技术的光谱学原理
• 2.1 光谱的基本理论
• 2.1.1 光谱的分类
• 2.1.2 光谱的特点
• 2.2 污染监测的吸收光谱技术
• 2.2.1 气体分子的吸收光谱
• 2.2.2 Beer-Lambert 定律
• 2.2.3 差分吸收光谱技术
• 2.3 本章小结
• 第3章 二氧化硫气体监测技术的实验研究
• 3.1 二氧化硫气体的测量原理
• 3.1.1 二氧化硫测量波段的选择
• 3.1.2 二氧化硫浓度的计算方法
• 3.2 二氧化硫的吸收光谱实验
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 二氧化硫吸收光谱的数据处理
• 3.3 二氧化硫气体的定标实验
• 3.3.1 定标实验的操作过程
• 3.3.2 二氧化硫定标实验的数据处理
• 3.4 标准二氧化硫气体的测量及误差分析
• 3.5 温度对二氧化硫浓度测量影响的实验研究
• 3.5.1 温度对二氧化硫测量的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 一氧化氮气体监测技术的实验研究
• 4.1 一氧化氮气体的测量原理
• 4.1.1 一氧化氮测量波段的选择
• 4.1.2 一氧化氮浓度测量方法的研究
• 4.1.3 一氧化氮气体测量的可行性
• 4.2 排除二氧化硫影响的实验研究
• 4.3 一氧化氮标准气体的吸收光谱实验
• 4.3.1 一氧化氮气体的定标实验
• 4.4 标准一氧化氮气体浓度的测量与误差分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢