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《哈尔滨工业大学》 2010年
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燃煤电站烟气SO_2和NO气体浓度在线监测技术的研究

王华山  
【摘要】:煤燃烧过程产生的SO_2,NO_x是大气污染物的重要成分,这些气体的大量排放使城市的空气质量不断恶化,并对土壤、水体和林地造成了很大的威胁。日益严重的环境污染不仅造成了重大的经济损失,还对人类的身体健康产生了很大的影响。我国是以煤为主要能源的国家,其中的50%以上都用于火力发电,因此,火电厂是大气污染物的主要排放源。为了减少电厂产生的二氧化硫和氮氧化物对环境的污染,世界上很多国家针对电厂废气制定了十分严格的排放标准,这就要求对这些气体浓度进行准确的测量。本论文以二氧化硫和一氧化氮气体的浓度测量为研究对象,对应用吸收光谱技术测量二氧化硫和一氧化氮气体的浓度监测方法、技术和现场实验开展了系统研究。 SO_2气体在300nm附近具有连续的宽带吸收光谱,选取了其在277.4~311.54 nm的吸收光谱作为研究对象,利用Beer-Lambert定律给出了光学参量OP和SO_2浓度之间的关系。在处理过程中,为了减小噪声信号对浓度测量结果的影响,把277.4~311.54 nm区域的720个波长处的光谱数据进行了叠加,这样使噪声信号在各个波长处的影响相互抵消。和双色光谱技术相比,在测量精度方面有了很大的提高。实际测量中,温度也会影响SO_2的吸收光谱线形从而影响测量结果,因此,还分析了测量过程中温度对气体浓度的影响,并对浓度计算结果进行了校正。在燃煤产生的废气中,还存在着一部分NO_2气体,和SO_2气体相比,虽然它的量很小,但是由于NO_2气体在300nm附近也存在比较大的特征吸收光谱,因此,还讨论了NO_2气体对SO_2浓度测量的影响,并给出了当两种气体共存时,SO_2浓度的测量结果。从结果来看,在NO_2浓度不是特别高时,它的存在对SO_2的影响是可以忽略的。此外,为了验证SO_2测量公式的正确性,还对标准浓度的SO_2气体进行了长时间的测量,结果显示其测量值与标准气体的浓度值偏差在1%以内,并且SO_2气体的探测极限低于1 ppm﹒m。 NO气体在220~230nm附近存在特征吸收光谱,利用Beer-Lambert定律,推导了NO气体浓度数据的计算公式。通过室温下对标准浓度的NO气体的长达7个小时的测量,得到的NO气体的测量误差为1%。由于SO_2气体在226nm附近也存在连续的吸收,因此,还分析了当两种气体共存时,SO_2对NO气体浓度测量的影响,建立了实验台,并给出了相应的NO浓度修正公式。 为了验证气体浓度测量系统在现场环境中的稳定性和适用性,还对电厂的循环流化床锅炉排放的SO_2和NO气体进行了监测,并给出了连续八天的测量数据。从测量结果上可以很直观的得到浓度随时间的变化规律,通过污染气体的浓度,相关统计部门可以进一步得出废气总的排放量,以及相关的排放系数,从而为电厂总的环境评估和排污费的征收提供了理论依据。 在现场环境下,SO_2和NO连续浓度数据的顺利得到,证明了该系统可以对电厂排放废气实现准确而快速的测量。此外,和其他商业监测仪器相比,该系统在响应时间、价格、性能等方面有很大的优势,更适合当前电厂废气连续监测的要求。
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