CN105572067A - 基于光谱分析的烟气浓度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光谱分析的烟气浓度测量方法，通过将烟气的进行分波段处理，在第一紫外波段内反演仪器SO2浓度值，并利用实际标准SO2浓度值标定仪器SO2浓度值而获得精确的实际SO2浓度值，进而将实际SO2浓度值带入在第二紫外波段内算出在第二紫外波段内SO2差分光学厚度，算出NO差分光学厚度，结合第二紫外波段的NO差分光学厚度获得精确的实际NO浓度值，排除的了SO2与NO的相互干扰，提高了短光程、低浓度烟气中SO2与NO浓度的测量精度，避免增大光程或者使用高精度的光谱仪，减低了设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及烟气浓度测量领域，具体涉及一种基于光谱分析的烟气浓度测量方法。
背景技术
对烟气中的有害气体进行监测是环保工作的一个重要方面，当前的烟气监测技术主要分为现代化学测量技术和光谱测量技术，差分吸收光谱技术(DOAS,DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy)作为光谱测量技术的代表，由于其测量原理简单，响应速度快，可以实现气体的实时在线监测等优点，其广泛的用于烟气浓度的在线监测中，比如用于测量烟气中SO2和NO的气体浓度；基于DOAS的气体浓度测量方法，在长光程高浓度的气体测量上已经取得了很大成果，但是对于低浓度、短光程的气体浓度测量，由于检测信号的信噪比低，其测量结果的误差大，在现有技术中，要提高低浓度气体的测量精度，可以通过增大光程或者使用高精度的光谱仪，但是这样又会带来成本的增加。
因此，为解决以上问题，需要一种基于光谱分析的烟气浓度测量方法，能够降低测量设备成本的同时保证短光程下对低浓度的气体具有较高的测量精度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于光谱分析的烟气浓度测量方法，能够降低测量设备成本的同时保证短光程下对低浓度的气体具有较高的测量精度。
本发明的基于光谱分析的烟气浓度测量方法，包括如下步骤：
a.在第一紫外波段内，获得SO2差分吸收截面，通过DOAS算法和最小二乘法获得仪器SO2浓度值，用实际标准SO2浓度值标定仪器SO2浓度值，建立实际SO2浓度值与仪器SO2浓度值之间的线性关系；
b.在第二紫外波段内，获得SO2和NO混合气体总的差分光学厚度，根据步骤a中的实际SO2浓度值计算在第二紫外波段内SO2的差分光学厚度，用总的差分光学厚度减去得到在第二紫外波段内NO的差分光学厚度。
c.在所述第二紫外波段内，获得NO差分吸收截面并结合步骤b中的NO的差分光学厚度，通过DOAS算法和最小二乘法计算仪器NO浓度值，利用实际标准NO浓度值标定仪器NO浓度值，建立实际NO浓度值与仪器NO浓度值之间的线性关系；
其中，所述第一紫外波段内的光SO2能吸收而NO不能吸收，所述第二紫外波段内光SO2和NO均能吸收。
进一步，所述第一紫外波段位于波长在285nm—310nm内，所述第二紫外波段位于波长在200-230nm内。
进一步，其中步骤a和步骤c中，实际SO2浓度值和实际NO浓度值均采用两点标定后分别根据各自对应的仪器SO2浓度值和仪器NO浓度值求得。
进一步，其中步骤a和c中获得SO2和NO的差分吸收截面的方法为：从HITRAN数据库调取对应吸收截面数据，并对吸收截面数据进行低阶拟合，获得吸收截面数据的低频部分数据，将吸收截面数据减去低频部分数据得到对应差分吸收截面数据。
进一步，其中步骤b中，获得总的差分光学厚度方法为：在第一紫外波段内，根据零点光谱和吸收光谱获得总的光学厚度，对总的光学厚度进行低阶拟合获得低阶拟合值，利用总的光学厚度减去低阶拟合值得到总的差分光学厚度；同理，在第二紫外波段内获得SO2的差分光学厚度。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于光谱分析的烟气浓度测量方法，通过将烟气的进行分波段处理，在第一紫外波段内反演仪器SO2浓度值，并利用实际标准SO2浓度值标定仪器SO2浓度值而获得精确的实际SO2浓度值，进而将实际SO2浓度值带入在第二紫外波段内算出在第二紫外波段内SO2差分光学厚度，算出NO差分光学厚度，结合第二紫外波段的NO差分光学厚度获得精确的实际NO浓度值，排除的了SO2与NO的相互干扰，提高了短光程、低浓度烟气中SO2与NO浓度的测量精度，避免增大光程或者使用高精度的光谱仪，减低了设备成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明中步骤a的计算流程图；
图2为本发明中步骤b的计算流程图；
图3为本发明中步骤c的计算流程图；
图4为使用本发明中的算法计算得的标准浓度为49ppm的SO2浓度的测量值；
图5为使用本发明中的算法计算得的标准浓度为25ppm的NO浓度的测量值。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图1为本发明中步骤a的计算流程图，图2为本发明中步骤b的计算流程图，图3为本发明中步骤c的计算流程图，图4为使用本发明中的算法计算得的标准浓度为49ppm的SO2浓度的测量值，图5为使用本发明中的算法计算得的标准浓度为25ppm的NO浓度的测量值，图4和图5的纵坐标表示浓度值且单位为ppm，横坐标表示测量次数；如图所示，本实施例中的基于光谱分析的烟气浓度测量方法，包括如下步骤：
a.在第一紫外波段内，获得SO2差分吸收截面，通过DOAS算法和最小二乘法获得仪器SO2浓度值，用实际标准SO2浓度值标定仪器SO2浓度值，建立实际SO2浓度值与仪器SO2浓度值之间的线性关系，其中通过DOAS算法和最小二乘法获得仪器SO2浓度值为现有技术，在此不再赘述；
b.在第二紫外波段内，获得SO2和NO混合气体总的差分光学厚度，根据步骤a中的实际SO2浓度值计算在第二紫外波段内SO2的差分光学厚度，用总的差分光学厚度减去得到在第二紫外波段内NO的差分光学厚度；光学厚度由灯光谱(或零点光谱，没有气体吸收的光谱或一般是指通氮气时的光谱)除以吸收光谱(有吸收气体时的光谱)获得(其中光学厚度等于ln(I0/I)，I0为初始光强，I烟气吸收后的光强)；在第二紫外波段内通过减去SO2的差分光学厚度消除SO2对NO的测量干扰，提高NO测量精度，而通过实际SO2浓度值计算在第二紫外波段内SO2的差分光学厚度为步骤a算法的逆运算，在此不再赘述。
c.在所述第二紫外波段内，获得NO差分吸收截面并结合步骤b中的NO的差分光学厚度，通过DOAS算法和最小二乘法计算仪器NO浓度值，利用实际标准NO浓度值标定仪器NO浓度值，建立实际NO浓度值与仪器NO浓度值之间的线性关系；
其中，所述第一紫外波段内的光SO2能吸收而NO不能吸收，所述第二紫外波段内光SO2和NO均能吸收；通过将烟气的进行分波段处理，在第一紫外波段内反演仪器SO2浓度值，并利用实际标准SO2浓度值标定仪器SO2浓度值而获得精确的实际SO2浓度值，进而将实际SO2浓度值带入在第二紫外波段内算出在第二紫外波段内SO2差分光学厚度，算出NO差分光学厚度，结合第二紫外波段的NO差分光学厚度获得精确的实际NO浓度值，排除的了SO2与NO的相互干扰，提高了短光程、低浓度烟气中SO2与NO浓度的测量精度，避免增大光程或者使用高精度的光谱仪，减低了设备成本。
本实施例中，所述第一紫外波段位于波长在285nm—310nm内，所述第二紫外波段位于波长在200-230nm内；本实施例第一紫外波段优选为285nm—310nm，第二紫外波段优选为200-230nm，使得测量结果更为精确。
本实施例中，其中步骤a和步骤c中，实际SO2浓度值和实际NO浓度值均采用两点标定后分别根据各自对应的仪器SO2浓度值和仪器NO浓度值求得；通过两点标定建立仪器浓度值与实际浓度值的直线方程，使得计算过程简单方便，且响应速度快。
本实施例中，其中步骤a和c中获得SO2和NO的差分吸收截面的方法为：从HITRAN数据库调取对应吸收截面数据，并对吸收截面数据进行低阶拟合，获得吸收截面数据的低频部分数据，将吸收截面数据减去低频部分数据得到对应差分吸收截面数据；所述HITRAN数据库为现有数据库，数据齐全且准确性高，而低阶拟合可采用现有的低阶拟合软件处理，在此不再赘述。
本实施例中，其中步骤b中，获得总的差分光学厚度方法为：在第一紫外波段内，根据零点光谱和吸收光谱获得总的光学厚度，对总的光学厚度进行低阶拟合获得低阶拟合值，利用总的光学厚度减去低阶拟合值得到总的差分光学厚度；同理，在第二紫外波段内获得SO2的差分光学厚度；低阶拟合可采用现有的低阶拟合软件处理，在此不再赘述。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于光谱分析的烟气浓度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
a.在第一紫外波段内，获得SO2差分吸收截面，通过DOAS算法和最小二乘法获得仪器SO2浓度值，用实际标准SO2浓度值标定仪器SO2浓度值，建立实际SO2浓度值与仪器SO2浓度值之间的线性关系；
b.在第二紫外波段内，获得SO2和NO混合气体总的差分光学厚度，根据步骤a中的实际SO2浓度值计算在第二紫外波段内SO2的差分光学厚度，用总的差分光学厚度减去得到在第二紫外波段内NO的差分光学厚度。
c.在所述第二紫外波段内，获得NO差分吸收截面并结合步骤b中的NO的差分光学厚度，通过DOAS算法和最小二乘法计算仪器NO浓度值，利用实际标准NO浓度值标定仪器NO浓度值，建立实际NO浓度值与仪器NO浓度值之间的线性关系；
其中，所述第一紫外波段内的光SO2能吸收而NO不能吸收，所述第二紫外波段内光SO2和NO均能吸收。
2.根据权利要求1所述的基于光谱分析的烟气浓度测量方法，其特征在于：所述第一紫外波段位于波长在285nm—310nm内，所述第二紫外波段位于波长在200-230nm内。
3.根据权利要求2所述的基于光谱分析的烟气浓度测量方法，其特征在于:其中步骤a和步骤c中，实际SO2浓度值和实际NO浓度值均采用两点标定后分别根据各自对应的仪器SO2浓度值和仪器NO浓度值求得。
4.根据权利要求1所述的基于光谱分析的烟气浓度测量方法，其特征在于：其中步骤a和c中获得SO2和NO的差分吸收截面的方法为：从HITRAN数据库调取对应吸收截面数据，并对吸收截面数据进行低阶拟合，获得吸收截面数据的低频部分数据，将吸收截面数据减去低频部分数据得到对应差分吸收截面数据。
5.根据权利要求4所述的基于光谱分析的烟气浓度测量方法，其特征在于：其中步骤b中，获得总的差分光学厚度方法为：在第一紫外波段内，根据零点光谱和吸收光谱获得总的光学厚度，对总的光学厚度进行低阶拟合获得低阶拟合值，利用总的光学厚度减去低阶拟合值得到总的差分光学厚度；同理，在第二紫外波段内获得SO2的差分光学厚度。
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Application publication date: 20160511 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |