【摘要】：氮氧化合物(NO_X)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)最主要的有害排放氣體之一,對(duì)環(huán)境造成了極大的污染。降低NOx排放可通過(guò)選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction,SCR)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),即催化劑和尿素在一定溫度條件下通過(guò)與尾氣中NO_X反應(yīng)生成無(wú)害的氮?dú)?N_2)和水(H_2O)。在SCR反應(yīng)過(guò)程中,H_2O因?yàn)楹桶睔?NH_3)會(huì)在催化劑活性表面產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附,也在一定程度上影響SCR反應(yīng)。為保證SCR反應(yīng)效率,實(shí)現(xiàn)對(duì)SCR系統(tǒng)的控制與改進(jìn),對(duì)SCR過(guò)程N(yùn)H_3逃逸濃度、H_2O濃度和氣體溫度進(jìn)行高靈敏的原位、同時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得非常必要。本文的主要工作包括:第一,發(fā)展了基于單個(gè)近紅外激光器的多參量監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)譜線(xiàn)篩查分析,確定了NH_3和H_2O吸收譜波段;在波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)(WMS)基礎(chǔ)上,建立變調(diào)制幅度優(yōu)化模型,選取的最優(yōu)調(diào)制幅度在保證測(cè)量信號(hào)信噪比的同時(shí),又大大降低了譜線(xiàn)間的相互干擾;為實(shí)現(xiàn)對(duì)SCR過(guò)程多參量的同時(shí)免標(biāo)定測(cè)量,本文發(fā)展了優(yōu)化的WMS多譜線(xiàn)擬合算法,該算法不僅大大節(jié)省了計(jì)算時(shí)間,而且消除了由測(cè)量復(fù)雜環(huán)境溫度和壓力波動(dòng)造成的對(duì)NH_3濃度、H_2O濃度測(cè)量的誤差。第二,多參量激光光譜傳感器的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。結(jié)合SCR監(jiān)測(cè)需求,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)低成本、小型化、多參量的原位激光光譜傳感器,并對(duì)傳感器的原位檢測(cè)接口進(jìn)行了機(jī)械設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)試分析,首先確定了傳感器參數(shù),對(duì)激光器特性進(jìn)行了預(yù)先準(zhǔn)確測(cè)量,并對(duì)激光波數(shù)進(jìn)行了非線(xiàn)性校正。最后在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬高溫環(huán)境,驗(yàn)證了傳感器的準(zhǔn)確性和可靠性。第三,傳感器應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)SCR過(guò)程監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。首先對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)SCR系統(tǒng)進(jìn)行了搭建,進(jìn)而將本文設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)該SCR系統(tǒng)不同工況下(不同的噴氨量和發(fā)動(dòng)機(jī)功率)其過(guò)程N(yùn)H_3逃逸濃度、H_2O濃度和氣體溫度進(jìn)行了連續(xù)原位監(jiān)測(cè)。最后對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析和討論。本文設(shè)計(jì)的激光光譜傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)SCR過(guò)程多參量高靈敏的原位、同時(shí)測(cè)量,并且對(duì)復(fù)雜測(cè)量環(huán)境具有很好的魯棒性�，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)柴油機(jī)SCR過(guò)程的NH_3逃逸濃度、H_2O濃度和氣體溫度的相對(duì)測(cè)量不確定分別為8.4%、8.0%和5.3%。本文發(fā)展的變調(diào)制幅度優(yōu)化模型與多參量分析方法也可以用于其他高溫過(guò)程或化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的診斷分析。
【圖文】：

β=(ΔvL/a)=1.45，當(dāng) Δwp=0.153cm-1時(shí)，L=0.2cm-1；(b)仿真的二次諧波信號(hào)，β=(ΔvL/a)=0.88，當(dāng) Δwz=0.354cm-1時(shí)，ΔvL=0.2cm-1；信號(hào)幅值做了進(jìn)行了析與選定過(guò)程關(guān)鍵參量（NH3濃度、H2O 濃度和氣體溫度須進(jìn)行譜線(xiàn)篩查和分析。從近紅外到中紅外波段紅外譜段，NH3具有很強(qiáng)且獨(dú)立的吸收譜線(xiàn)，但在近紅外波段， NH3不僅具有較強(qiáng)的吸收，且吸收，非常適合于用來(lái)實(shí)現(xiàn) NH3濃度、H2O 濃近紅外 DFB 激光器技術(shù)成熟，價(jià)格便宜。，經(jīng)過(guò)譜線(xiàn)篩查，選取吸收譜線(xiàn)波段 6610.5-66 為 6610.5-6613.5cm-1范圍內(nèi) NH3、H2O、CO2和真情況。從圖 2-2 可以看出，在該波段內(nèi)，有 4

50ppmNH3，100ppmCH4，5%CO2在 T=400K,P=1atm，L=收光譜及線(xiàn)強(qiáng)（From Hitran）-1 Line1-Line4 H2O 譜線(xiàn)基本參數(shù)@T=400K,P=1atm（Form HitH2OLine1H2OLine2H2OLine3H2OLine40(cm-1) 6612.02 6611.72 6611.50 6611.23 "(cm-1) 742.07 2042.37 2042.31 2414.72 m-1) 0.0516 0.0229 0.021 0.0504 ，壓力主要通過(guò) H2O 的吸收譜線(xiàn)推出，Zhou 等人[47]研范圍內(nèi)其譜線(xiàn)線(xiàn)強(qiáng)比對(duì)于溫度具有足夠的測(cè)量靈敏度，量差ΔE”須大于 700cm-1。從表 2-1 可以看出，Line1 和低態(tài)能級(jí)能量差為 1300cm-1，，其線(xiàn)強(qiáng)之比 R 對(duì)溫度變化看出，溫度測(cè)量靈敏度(dR/R)/(dT/T)在目標(biāo)溫度 250-7e1 和 Line3 這兩條 HO 譜線(xiàn)具有較大的吸收強(qiáng)度，非
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP212;TK421

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2624115