第三章-直接测量式及DOAS原理CEMS

第三章直接测量和DOAS原理CEMS、直接测量CEMS基本情况、直接测量CEMS具有两种类型的：传感器，通常安装在探针末端，探针直接插入烟囱，使用电化学或光电传感器，较小直接安装在烟囱或管道上的另一种传感器和探针可以通过烟囱发射光线，使用烟气的特性吸收光谱进行分析和测量，可以分类为线路测量，并可以使用红外/紫外线/差分光学吸收光谱/激光等技术。直接测量CEMS的结构类型可以根据探针的配置分为内置连接和外部连接。根据光线是否通过测量的烟雾两次，可以分为双射线和单射线。将探针和光谱仪紧密连接在一起的整体结构、将探针和光谱仪分开的分割结构，以及探针和光谱仪之间使用光纤进行光信号传输。内置和外部结构探头具有不同的特性，可以根据现场工作条件进行选择。直接测量CEMS的结构类型，内置结构图(双光路)，直接测量CEMS的结构类型，外置内置结构图(双光路)，直接测量CEMS的结构类型，内置和外置探针的比较，直接测量CEMS测量原理，当前直接测量CEMS(SO2，)，单波长法，也称为绝对波长法或峰值吸收法，通常适用于单分量测量。1成分是指样品只包含一种测量成分，或在混合物中测量的成分的吸收峰值波长不在另一种共存物质的吸收波长上。在这两种情况下，在被测定物质的吸收峰值波长上选择定量分析是很常见的。因为在最大吸收波长上测量的灵敏度高，在吸收峰上光的强度随着波长的变化小，测量时波长的小偏移对测量结果没有太大影响。如果一种物质有多个吸收峰，可以选择吸收率最大的波长之一进行定量分析。如果最大吸收峰上的其他成分也吸收恒定，最好在其他吸收峰上进行定量分析，选择波长较长的吸收峰。一般来说，短波强干扰、长波长、无色物质干扰减少或无干扰。根据单波长法，根据ronber-bill定律，在最大吸收峰上气体浓度c可以计算为：在给定波长下，物质的k值是常数，根据自下而上式，该物质的浓度可以通过测量值计算出来。单波长法，单波长测量原理存在以下问题：灰尘干扰：灰尘通过亮度引起变化，使测量结果不准确；仪器老化：由于仪器老化，原始光强度发生了变化，测量结果不准确；交叉干扰：目前，使用单波长原理的仪器基本上是使用具有2030nm普通滤波带宽的滤波器实现的，探测器测量该波段内亮度的积分值。在CEMS领域，此带宽内通常存在干扰。干涉通过强度变化，以使测量结果不准确。校准周期：仪器老化和光路污染都可能引起原始光强变化，需要经常校准和校准；光路污染：由于光路污染，原始光强发生了变化，测量结果不准确。双波长法、双波长法使用所选两种波长的吸收系数差异和吸收度差异的比率，分析和计算被测量物质的浓度。从测量的吸收曲线中选择两个波长的和，计算两个波长测量的物质吸收度的差值。然后，基于标准吸收曲线上的两个相同波长计算这两个波长中标准吸收系数的差值。比较吸收系数根据两种波长的差异和测量吸收度的差异计算被测量物质的浓度。双波长法，原理上双波长有以下问题。灰尘干扰：灰尘通过亮度It(1)和It(2)引起变化，两个波段中灰尘散射的亮度衰减与其他波段中的衰减不同，因此可以随着A(1)-A(2)和灰尘浓度的变化而变化。仪器老化：仪器老化导致原始光强度I0(1)和I0(2)的变化，同样，由于两个频带中原始光强度的变化不同，因此A(1)-A(2)随仪器老化而变化。交叉干扰：目前，使用双波长原理的仪表基本实现了2030nm的常规滤波带宽，并且检测器测量的It(1)和It(2)是当其他气体在滤波器的滤波范围内时，无法避免交叉干扰的亮度的积分值。校准周期：仪器老化和光路污染都导致了原始光强I0(1)和I0(2)的变化，应通过频繁校准进行校准。光路污染：由于原因是灰尘干涉，测量结果可能不准确。差分吸收光谱(DOAS)、差分吸收光谱(DOAS)的主要优点是可以测量绝对浓度，而不受被测量对象化学行为的干扰。通过分析同一波段中多种气体的叠加吸收光谱，可以同时测量多种气体的浓度。差分吸收光谱的基础也是兰勃特-比夫定律。差分吸收光谱法(DOAS)、差分吸收光谱法是根据气体分子微吸收特性的烟气浓度的数学处理方法。解析计算时，自下而上分解为快速变化和缓慢变化的部分。在粒度较大的情况下，瑞利散射和米氏散射只影响吸收光谱的较慢部分，因此，考虑吸收光谱的快速变化部分时，避免了瑞利散射和米氏散射对浓度计算的影响。根据差分吸收光谱(DOAS)、一些常见污染物的差分吸收光谱，选择一些特性波段进行测量，并与标准吸收光谱进行比较，可以获得所测量气体的浓度。要扩展监视类型，无需硬件更新，只需将污染气体的标准吸收光谱输入数据库即可。根据直接测量式CEMS结构，国内在20世纪90年代末开发了具有独立知识产权的直接测量式CEMS，近年来不断改进和使用。国内直接测量CEMS几乎都采用了内置探针结构、探针和光谱仪集成设计方法，更紧凑，更易于安装和调试。典型制造企业：安徽铜陵兰盾，北京牡丹联盟，天津蓝油等。直接测量CEMS结构简介、仪器配置主要包括光学系统、机械结构、电子测控系统、模糊保护系统等。直接测量CEMS结构简介，1 .光学系统光学系统主要由光源、镜头、角度反射器、狭缝和多通道光谱仪等两部分组成。光源发出的光通过透镜直接进入烟囱，通过烟气吸收，然后通过角度反射器返回，通过窄入口光谱仪，通过光栅分光光度计，在光栅色散焦平面上由二极管阵列检测器(PDA)接收。介绍了直接测量CEMS结构，一种辐射光源良好的光源要求具有高发光强度、明亮稳定性、宽光谱范围和长寿命等特点。常用紫外线是汞灯、紫外线金属卤化物灯、氙灯、氘灯。直接测量CEMS结构简介，辐射光源汞灯：汞灯光谱主要是原子的线性光谱，光谱的连续性很差，一般用作波长修正、非光谱紫外线分析等。紫外线金属卤化物灯：辐射大部分是金属原子光谱的特征线。氙灯：氙灯在200400nm的紫外线区域有连续的紫外线辐射。因为氙放电不是由电子的碰撞引起的，而是高温电弧的热发生，以及利用正离子和正离子的复合发光。氙灯光谱分布在灯电流和氙压力变化很大的时候变化很小。氙灯不仅能继续工作，还能通过脉冲工作。氘灯：氘灯是发射190 500 nm波长的连续紫外线源。它与氢灯相比具有紫外线强度高、稳定性好、寿命长的优点。氙灯、氘灯等具有连续光谱的紫外线源是紫外分光光度计的理想光源。特别是脉冲氙灯，脉冲操作模式使寿命遥遥领先。介绍了直接测量CEMS结构，光谱仪光谱仪光谱仪的主要作用是将包含各种波长的复合光分解成波长，然后将波长排列成坐标的其他波长的亮度分布从探测器中导出。分光计可以根据分光原理和分光要素的类别分为干涉分光计、棱镜分光计、光栅分光计等。干涉光谱仪是利用干涉原理的分光光度计，微光少，光效率高，但光路设计复杂。分布式光谱仪的系统结构比较简单，一般包括入射狭缝、准直镜、色散元件、聚焦光学系统和探测器。直接测量CEMS结构简介，光谱仪常用的分光元件有棱镜和光栅两种。棱镜是利用不同波长的光具有不同折射率分离复合光的光学因素。利特鲁棱镜，科纽棱镜等。这里紫外线区域一般使用石英棱镜。棱镜分光图、直接测量CEMS结构简介、光谱仪光栅利用光的衍射和干涉分布复合光。其特点是色散波长范围大、良好、均匀的分辨率、色散接近线性。根据光线是否穿透晶格，可以分为反射晶格、透射光栅。根据晶格的光谱面，可以分为平面晶格、凹面晶格等。光栅分光图、直接测量CEMS结构简介、探测器光探测器是根据产生吸收的光子的电子等量子效应将接收到的光信息转换为电信息的组件。其灵敏度本质上随光子能量辐射线的波长而变化。紫外线光谱分析常用的探测器有PDA、CCD、CMOS、NMOS等。CCD是光电二极管阵列，由在晶片上形成的多个反向偏置PN连接组成，在发光时产生孔和电子，气穴通过过渡层扩散到p区域，然后消失，从而产生和合成电子孔对，导电性的大小与亮度成正比。阵列接收到光后，吸收光子并生成电子孔对，阵列中的每个光电二极管通过扫描电路依次读取存储在每个存储电容器中的电荷，并检测CCD上的相应光信息。直接测量CEMS结构简介，2 .机械结构机械结构部分包括插件气体取样管、二极管阵列探测器的线性检测和底部测量装置的机械驱动。由于烟囱温度高、腐蚀性强的污染气体(如SO2)，因此气体通道中的测量罐及相关附件由不锈钢、紫外透光式石英玻璃材料制成，气体通道中的光学元件及密封元件具有高温耐蚀性。直接测量CEMS结构简介，3 .电子测控系统，直接测量CEMS结构简介，4 .模糊保护系统模糊保护系统由空气净化装置、鼓风机、管道、信号检测等组成。空气(也有使用压缩空气作为模糊保护气体的)净化装置过滤后，由风扇加速，通过管道发送到测量探针，保护镜片不受烟雾污染。信号检测装置实时监控风扇的运行状况，并在风扇跳闸中断时向执行必要处理的维护人员提供警告信号。介绍了直接测量CEMS结构，工作过程中使用气体污染物吸收特定波段光的特性，选择水分子和其他气体很少吸收的200nm到320nm紫外线作为光源。入射光被污染物吸收后，通过光栅分光光度法，通过高灵敏度二次管阵列探测器测量吸收光谱，从而计算机利用反演算法获得污染物的种类和含量。，介绍了直接测量CEMS结构，工作中紫外线源发射的宽带频谱通过石英电容器镜头进行光分离器，从镜子到准镜头，通过前窗口镜进行探测后端的每面镜子，探头窗口镜中配备了半透明波段200nm250nm的紫外线过滤器。每个反射镜反射光沿原始光路径返回到光分离器上，然后通过准直透镜照射到光谱仪的入射狭缝上，通过光栅散射形成光谱。CCD探测器将光信号转换为电信号，输出的信号通过前置放大器放大，发送到高速信号采集A/D和CPU处理单元。控制处理单元的功能是将信号数字化，存储在内存中，然后使用适当的算法，由整个系统控制单元处理SO2、NOx浓度、烟气温度等信息。采用硬件和软件平均滤波技术进行数据分析和处理，构成了差分吸收光谱测量系统，因此随着时间的推移，光源强度不会影响测量精度。直接测量CEMS结构简介、峰值吸收、谱线峰值和谷值进行计算，因此进行了工作过程，灰尘只是整个谱线上的衰退效应。当然，如果灰尘密度太高，光线没有回来，或者降到很低的水平，吸收线就无法分辨，那么这个方法就不合适了。水蒸气不会影响的情况也是如此。直接测量CEMS结构简介，直接测量CEMS的情况下，探针结构与设备是否能在现场的高尘环境下正常长期工作有关。下图是气幕鼓风机保护探头的结构图，使用将冷却的干净空气快速注入探针的风扇，制作了在镜子前分隔镜子和烟雾的风幕。这种方法的优点是，即使放飞气体，在测量路径上污染气体也不会受到干扰或稀释，从而确保了测量的真实性和准确性。还有通过喷射高速流动的气体镜片表面，气体分子与玻璃表面激烈碰撞，弹出附着在表面的烟尘颗粒的原理，利用压缩空气吹走镜片，对其进行保护。直接测量CEMS校准方法，直接测量CEMS可以嵌入校准池进行自动校准，也可以通过在光路中放置标准气体池进行手动校准。为了防止标准气体在校准过程中发生变化，如由于泄漏、吸附、反应等引起的浓度变化，一般使用流动气体来补偿气体浓度。将标准气体池插入仪器的测量光路中。直