利用FTIR光谱技术进行烟气排放中气态污染物的在线连续VIP免费

利用FTIR光谱技术进行烟气排放中气态污染物的在线连续监测研究王霞、张东胜（1.北京理工大学信息科学技术学院，北京100081；2.北京化工大学机电工程学院，北京100029）摘要：本文对利用傅立叶变换红外光谱技术进行烟气排放中气态污染物的在线连续监测进行了初步的研究。采用气体池分析方法确定了常规监测气体的特征吸收波长。由实验光谱数据估计了实际测量系统的主要分析波长范围、相应的采用频率、在线监测需要的最短程长。关键词：FTIR，气态污染物，CEMS，在线监测Researchonon-linemonitoringofDissolvedGas-in-OilwithFTIRspectraResearchoncontinuouson-linemonitoringofgaseouscontaminantinemissionusingFTIRspectraWANGXia1ZHANGDongsheng2(1.SchoolofScienceandTechnology,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081;2.SchoolofElectromechanicalEngineering,BeijingUniversityofChemicalTechnology,Beijing100029)Abstract:Initialresearcheswerecompletedtorealizeon-linemonitoringofgaseouscontaminantinemissionusingFTIRspectroscopy.Gascellmethodisusedtodeterminethecharacteristicabsorptionpeaksofeachgas.Fromtheexperimentalspectradata,therangeofanalysiswavelength,thecorrespondingsamplingfrequencyrangeandtheminimumopticallengthofthegascellareestimated.Keywords:FTIR,gaseouscontaminant,CEMS,on-linemonitoring引言CEMS（ContinuousEmissionMonitoringSystem：烟气排放连续监测系统）是用于实时连续监测固定式大气污染源燃烧排放出废气中烟尘（也称颗粒物）、气态污染物（包括SO2、NOX、CO）的浓度及其总量的仪器系统[1]。CEMS是随社会工业化程度的提高及人类环境意识的加强而提出的，它逐步成为了环境管理的重要工具和手段。当今有各种原理的气态污染物分析仪器用于CEMS，这些技术包括[1]：紫外和红外吸收法、FTIR、DOAS、化学发光和光声光谱法（PAS）等。其中，FTIR是利用气体的红外特征吸收原理，通过干涉仪加有限程长的傅立叶变换的形式，通过切趾和相位校正，借助计算机和快速算法，可在高通量下不受杂散光影响迅速获得全频段的高分辨率光谱，用该原理可以同时测量多种组份，被美国EPA（EnvironmentalProtectionAgency）认定为气态污染物CEMS分析新方法[2]，在国内还尚无应用。采用FTIR光谱仪测量气体吸收光谱时一般有三种取样方法[3]：气体池法、太阳光源法和开放光路法。太阳光源法采用太阳作为辐射光源，适用于野外现场测量，一般用于大气监测。开放光路法由于难以测量背景光谱而很少用于定量分析。气体池法一般在实验室使用，先在气体池中通入不吸收红外辐射的高纯氮气，测得背景吸收，再将通过去湿除尘等处理的样品。气送入气体池，测得样品的光谱。将样品光谱和背景光谱通过适当的运算即得到气体的吸收光谱。1王霞（1972-），女，副教授，E-mail:angelniuniu@bit.edu.cn2张东胜（1968-），男，副教授，E-mail:zds68@vip.sina.com本文将在气体池分析方法的基础上，初步探讨利用FTIR光谱技术进行烟气排放中气态污染物的在线连续监测。1.气体红外光谱检测原理气体对红外辐射的吸收遵循Lambert-Beer定律[3]：(1)式中，Φ(λ)中为入射光通量；Φ(λ)透射光通量；L为光程长；C吸收气体的浓度；k(λ)为收截面（cm2.g-1），即每克吸收气体的吸收系数，是波长λ的函数2.实验根据美国EPA标准[4]，大气污染源排放的烟气中需要在线实时监测的主要气态污染物有：二氧化硫（SO2）、一氧化氮（CO）、二氧化氮（CO2）、一氧化碳（NO）、二氧化碳（NO2）、氨气（NH3）、氯化氢（HCl）、氟化氢（HF）等。利用清华大学热能工程系燃烧分析实验室的傅立叶红外光谱仪（PerkinElmerSpectrumGX，美国红外分析仪器公司制造），测试了各种不同浓度的SO2、NO、NO2、CO、CO2的特征红外光谱图。实验仪器的主要参数为：DTGS探测器；扫描速度为0.05m/s，分辨率为4cm-1，光谱扫描范围为4000~400cm-1，分析腔为2.4m超微型长程气体池（100ml体积，24次反射，10年自校准）。实验用标气（国家环保局制）：200ppmNO；180pp；mNO2；9.42±0.1%CO2，混合气体0ppmSO2，10%C...