[发明专利]氨气和二氧化硫气体浓度的检测装置和检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体浓度检测，特别是一种氨气和二氧化硫气体浓度的检测装置和检测方法。

背景技术

随着我国经济的发展，电力和煤炭的消耗日益增多，火力发电会产生大量的氮氧化物和二氧化硫，对环境造成危害，因此是全国节能减排的重点之一。一般对燃煤电厂氮氧化物减排用选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术。其中用于脱硝的NH₃逃逸是该过程控制的关键指标之一。对于氨气(NH₃)浓度的检测，相比于传统的电化学方法，光学法具有非接触、快速和灵敏度高等特点，被广泛应用于工业过程的监测与监控以及工业废气排放的连续在线监测等，如非分散红外分析法、差分吸收光谱法、可调谐二极管激光吸收光谱法等。一台二极管激光器只能测量一种气体，若要同时检测多种气体，需要增加激光器数量，成本高，也难于集成。非分散红外分析法及差分吸收光谱法可用于多组分气体的测量。

在先技术一，利用非分散红外技术测量气体浓度，见《专利：非分散红外多组分烟气分析仪[P].2011》。这一装置含有一个光学滤波轮，滤波轮上的多个窄带滤光片将宽带(1～10μm)的红外光分成多个波段，每个波段对应一种气体的吸收，红外光经多次反射吸收池被红外探测器接收，经处理计算得出各种气体的浓度。多次反射吸收池的使用增加了吸收光程，提高了精度，但该技术使用的前提是各组分气体无交叉重叠吸收，且稳定性没有差分吸收光谱法好。

在先技术二，利用吸收截面测量气体浓度，见《专利：同时监测二氧化硫和一氧化氮气体浓度的便携装置及测量方法[P].2008》。这一方法依据SO₂和NO气体在两个波段处的吸收峰不同特征，测量SO₂和NO气体浓度，SO₂在200nm和300nm波段都有明显的吸收峰，而NO气体在300nm波段处没有吸收峰。具体实施：首先利用300nm波段SO₂气体的吸收谱线计算SO₂气体浓度，然后选择200nm波段与SO₂有重叠吸收的NO气体的一个吸收峰(226nm)，利用300nm波段测量得到的SO₂浓度与226nm处的吸收谱线计算得到NO气体浓度。该技术可用于测量SO₂和NH₃混合气体的浓度，但需测量气体的吸收截面，而吸收截面会随温度压力等因素改变，精确测量需要对其做温度与压力的修正，计算过程复杂。

在先技术三，运用傅里叶变换测量气体浓度，见《文献：傅里叶变换在差分吸收光谱技术气体浓度计算中的应用[J].光谱学与光谱分析，2008，28(12)：2830-2834》。该技术对SO₂、NO、NO₂等具有准周期特性的吸收光谱做傅里叶变换，利用特征频率的幅值与气体浓度呈线性关系从而反演气体的浓度。但是当两种气体在同一波段的准周期吸收特性相同或者相近时，两种气体的相互影响将会十分严重，由于两种气体的吸收谱线非绝对周期，一方的吸收会对另一方的FFT峰值也有贡献，直接运用FFT特征频率处的峰值来同时反演两种气体浓度将产生较大的误差，特别是在高SO₂气体浓度(5000～10000ppm)下，无法精确测量200～230nm波段与SO₂有严重重叠吸收的低NH₃气体的浓度(0～20ppm)。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述在先技术的不足，利用氨气与二氧化硫气体的吸收谱线具有准周期性规律的特点，提供一种氨气和二氧化硫气体浓度的检测装置和检测方法，解决两种气体吸收谱线的FFT特征频率处峰值相互干扰的问题。无需测量气体吸收截面，计算简单，可在高SO₂气体浓度(5000～10000ppm)下精确测量低NH₃气体浓度(0～20ppm)。

本发明的技术解决方案如下：

一种氨气和二氧化硫气体浓度的检测装置，其特点在于该装置由紫外光源、准直透镜、转轮、气体吸收池、会聚透镜、紫外光纤、光谱仪和计算机组成；沿所述的紫外光源发出的紫外光依次是所述的准直透镜、转轮上的氮气参比气室或氨气参比气室、气体吸收池、会聚透镜、紫外光纤，该紫外光纤的输出端连接光谱仪的接收端，该光谱仪的输出端接计算机的输入端；

所述的氨气参比气室的氨气浓度为1000ppm～2000ppm；

所述的紫外光源为氙灯、氘灯或卤钨灯，发射的光波段覆盖185～400nm；