煙氣檢測(cè)研究及發(fā)展現(xiàn)狀

在大氣污染日漸嚴(yán)重的嚴(yán)峻形勢(shì)之下，人們迫切希望能有效監(jiān)督各種工業(yè)過(guò)程進(jìn)行，減少?gòu)U氣排放量，因此各種氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，監(jiān)測(cè)對(duì)象和應(yīng)用的場(chǎng)合千差萬(wàn)別。煙氣分析儀是用來(lái)測(cè)量氣體成分及含量的儀器，通常用于檢測(cè)工業(yè)燃料燃燒所產(chǎn)生的污染氣體，比如CO，C02，NO，N02，S02，NH3等。通過(guò)煙氣分析儀對(duì)燃燒產(chǎn)生的CO含量進(jìn)行檢測(cè)，可以計(jì)算出燃燒效率，利于節(jié)能生產(chǎn)；對(duì)其它氣體的濃度測(cè)量，既便于給出排放廢氣標(biāo)有說(shuō)服力的依據(jù)，也便于定量的治理污染氣體排放。

煙氣分析儀按使用方式進(jìn)行分類(lèi)可分為在線式和便攜式兩種。所謂在線式監(jiān)測(cè)就是指在不影響生產(chǎn)的條件下，對(duì)煙氣的含量進(jìn)行連續(xù)，實(shí)時(shí)的檢測(cè)，這種檢測(cè)通常是儀器按照編好的程序進(jìn)行。相反，便攜式煙氣分析儀通常用于離線監(jiān)測(cè)，也就是不定時(shí)的非連續(xù)的測(cè)量，需要人工操作，因此正如其名，便攜式分析儀通常體積較小，重量較輕且易于攜帶。按檢測(cè)原理來(lái)劃分通常有：電化學(xué)檢測(cè)法，光譜吸收分析法，氣相色譜法，半導(dǎo)體傳感器分析法，化學(xué)發(fā)光法等。在諸多的分析方法中，有些雖然能的測(cè)量出每種氣體的含量，但是由于成本太高，體積太大或?qū)崿F(xiàn)困難等原因，未得到廣泛應(yīng)用。

目前主流的煙氣檢測(cè)設(shè)備所用的原理集中在電化學(xué)分析法和光譜吸收法。其中，電化學(xué)分析法的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單，一個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)一種氣體，只要測(cè)出感應(yīng)電流或電壓的大小就可以推算出氣體濃度。但正因其簡(jiǎn)單性，難以應(yīng)對(duì)較復(fù)雜的情況：首先，電化學(xué)傳感器都使用電解質(zhì)，不論是固體還是液體的電解質(zhì)都會(huì)存在損耗問(wèn)題，電解質(zhì)的蒸發(fā)或污染導(dǎo)致傳感器信號(hào)質(zhì)量下降。通常空氣中都含有被測(cè)物質(zhì)，因此傳感器一旦啟封就被視為參與了檢測(cè)，其使用壽命已經(jīng)開(kāi)始衰減。一般，其使用壽命只有-N兩年，若使用不當(dāng)則更短。然而更換傳感器的費(fèi)用非常昂貴。另外電解質(zhì)損耗引起的信號(hào)衰減會(huì)積累越來(lái)越大的誤差，不但每次開(kāi)機(jī)都要調(diào)零而且度也會(huì)下降。而且電化學(xué)傳感器還存在一個(gè)致命問(wèn)題，即混合氣體的交叉干擾問(wèn)題，比如S02和N02的氧化過(guò)程正好相反，互相抵消，導(dǎo)致兩種氣體同時(shí)存在時(shí)，測(cè)量結(jié)果可能都為0或者都接近0。

綜上所述，對(duì)于混合氣體采用電化學(xué)法測(cè)量存在一定缺陷，基于此出現(xiàn)了多種光譜煙氣分析儀，這類(lèi)煙氣分析儀是測(cè)量廢氣含量的主要儀器，國(guó)外方面的研究比較成熟，例如德國(guó)的MRU煙氣分析儀，GRIMM顆粒物檢測(cè)儀，英國(guó)Kane煙氣分析儀，芬蘭Gasmet便攜式FT-IR紅外氣體分析，荷蘭SKALAR連續(xù)流動(dòng)分析儀，法國(guó)KIMO煙氣分析儀KIGAZ200等，其中以德國(guó)的比較突出，應(yīng)用范圍較廣；國(guó)內(nèi)使用的煙氣分析儀多數(shù)來(lái)自國(guó)外進(jìn)口，至于國(guó)內(nèi)的研發(fā)，也有不少紅外光譜分析儀，比如山東青島的雷博3040煙氣綜合測(cè)量系統(tǒng)，深圳麥德的JY3000+手持式煙氣分析儀，但是無(wú)論國(guó)內(nèi)外，都缺少能夠有效測(cè)出N02這一氣體的分析儀，其主要原因是由于N02在紅外波段幾乎沒(méi)有吸收。

本文針對(duì)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種紫外波段氣體分析儀，給出了一個(gè)簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)框架，可以有效解決N02的測(cè)量精度問(wèn)題；同時(shí)在氣體分析室方面做了改進(jìn)，之后在此基礎(chǔ)上的提出了一種精度高實(shí)用性好的算法，良好的解決了計(jì)算精度問(wèn)題，并且通用性及擴(kuò)展性良好。后通過(guò)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證了本方案的可行性。

論文的主要內(nèi)容如下：

(1)介紹紫外煙氣分析儀的工作原理。

(2)詳細(xì)給出了紫外煙氣分析儀各個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)。

(3)對(duì)其測(cè)量原理做了詳細(xì)的理論分析，總結(jié)了過(guò)去的一系列算法，提取其中的優(yōu)點(diǎn)，研究了一種混合迭代算法。

(4)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了檢驗(yàn)與分析。

(5)總結(jié)全文并提出改進(jìn)方案。