[发明专利]一种基于气体差分吸收截面特征测量低浓度SO2的方法

说明书

本发明提供了一种基于气体差分吸收截面特征测量低浓度SO₂的方法，包括以下步骤：首先，根据SO₂紫外吸收特性，初步选择SO₂的测量光谱范围；其次，在温度压强不变的情况下，根据DOAS算法，由多组已知SO₂浓度算出多组差分吸收截面，并根据差分吸收截面的特征，逐步缩小测量光谱范围；然后，在选择的测量光谱范围内，利用统计学及标准差方法，对光谱采样数据点进行筛选，构建最优采样点数据集，得出最优差分吸收截面数据集；最后，借助最优差分吸收截面数据集，利用DOAS算法反演二氧化硫气体浓度。本发明的方法测量原理简单，测量下限可低至3ppm，能够在短光程条件下，精确测量低浓度气体；且相对误差可以控制在±1.6％以内，满量程误差可控制在±1.2％以内。

技术领域

本发明属于环境气体浓度检测和差分光学技术领域，具体涉及一种基于气体差分吸收截面特征测量低浓度SO₂的方法。

背景技术

火电厂是我国电力的主要来源之一，随着燃煤电厂的大力建设，燃煤燃烧处理成为研究的焦点。我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭产量居世界第一位，而高硫煤的储量占煤炭总储量的20％～25％；在全国煤炭的消费中，占总量84％的煤炭被直接燃烧使用，燃烧过程中会排放出大量的二氧化硫SO₂，燃煤二氧化硫排放占总二氧化硫排放量的85％以上，造成严重的大气污染。

差分吸收光谱方法(Differential Optical Absorption Spectroscopy，缩写为DOAS) 是脱硫的重要技术之一，具有原理和结构简单、响应速度快、精确度高等特点；差分吸收光谱技术的原理是采用某一波长段内的光谱对二氧化硫SO₂差分吸收光谱的特征提取，然后通过反演算法反向计算出SO₂的浓度；但这种方法采集的数据未经处理，检测精度不高。

目前，对环境中二氧化硫SO₂浓度的检测方法大多数是面向高浓度的检测范围，一般在300ppm以上，测量精度较低；少部分研究方法应用于低浓度SO₂测量，但仍需在各种限定下实现，比如，需要至少1m以上的长光程，或者应用于10ppm以上浓度测量，或者测量误差高于±4％。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于气体差分吸收截面特征测量低浓度SO₂的方法，来解决SO₂浓度测量过程中存在的需长光程、检测浓度范围高和测量误差过高的问题；具有以下优点，测量浓度下限可低至3ppm，短光程，相对误差可控制在±1.6％以内，满量程误差可控制在±1.2％以内。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种基于气体差分吸收截面特征测量低浓度SO₂的方法，该方法适用于短光程低浓度 SO₂的测量，检测气室的短光程最低可达到420cm，检测浓度可低至3ppm，一般认为浓度低于10ppm，即认定为低浓度；本发明所指的低浓度是指30ppm以下的浓度。具体的检测步骤如下：

S1：选定光谱测量范围为294nm-309nm，光谱测量范围的选定步骤如下：

S111：为提高数据精度，粗选测量光谱范围为200nm～400nm，根据SO₂紫外吸收特性，初步选择测量光谱范围，初选测量光谱范围包括180nm～235nm、260nm～320nm和 340nm～400nm，接下来不断缩小待测光谱范围；

S112：设定温度和压强不变，根据紫外差分吸收光谱技术，由已知的SO₂浓度和气体差分光学密度OD'(λ)测量出气体差分吸收截面σ'(λ)：

具体计算过程如下：