發(fā)布時(shí)間：2020-10-22 20:07

　　 煤炭等化石燃料燃燒產(chǎn)物如碳氧化物、氮氧化物及煙塵顆粒是大氣污染的主要誘發(fā)因素,2015年火電廠超低排放標(biāo)準(zhǔn)全面實(shí)施,要求煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過(guò)5 mg/m3、35 mg/m3、50 mg/m3。因此,研發(fā)能夠準(zhǔn)確快速測(cè)量氣體組分濃度及顆粒物濃度的技術(shù)與設(shè)備對(duì)于環(huán)保部門(mén)監(jiān)督監(jiān)管、控制污染物排放具有十分重要意義。而能夠同時(shí)對(duì)氣體濃度與顆粒物濃度進(jìn)行在線(xiàn)測(cè)量的儀器尚處于空白狀態(tài)。本文針對(duì)煙氣排放中的測(cè)量問(wèn)題提出了氣體濃度與顆粒物濃度在線(xiàn)同步測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,為氣體組分濃度與顆粒物濃度的同時(shí)檢測(cè)提供了一種解決方案。針對(duì)上述問(wèn)題,本文開(kāi)展了如下研究工作:1、提出了一種氣體濃度與顆粒物濃度同步測(cè)量方法。根據(jù)氣體濃度測(cè)量與顆粒物濃度測(cè)量各自特點(diǎn),將氣體濃度測(cè)量光路與顆粒物濃度測(cè)量光路進(jìn)行了耦合,利用包含氣體吸收信息的散射光同時(shí)測(cè)量氣體濃度與顆粒物濃度,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別對(duì)有無(wú)顆粒物情況下的甲烷氣體濃度進(jìn)了測(cè)量,證明了氣體與顆粒物濃度測(cè)量值互不干擾,具有一定的獨(dú)立性,為同步測(cè)量方法提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。2、提出了基于散射光調(diào)制的顆粒物濃度測(cè)量方法。將散射光信號(hào)的幅值調(diào)制到高頻,通過(guò)正交解調(diào)得到包含顆粒物濃度信息的散射光幅值,該方法克服了傳統(tǒng)顆粒物測(cè)量裝置采用非調(diào)制光強(qiáng)測(cè)量顆粒物濃度時(shí)易受低頻噪聲干擾的缺點(diǎn)。此外,針對(duì)光散射法測(cè)量顆粒物濃度過(guò)程中光束路徑上消光效應(yīng)的影響進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果表明在低顆粒物濃度范圍內(nèi),即本文測(cè)量對(duì)象濃度所在范圍0.1~10mg/m~3,消光效應(yīng)帶來(lái)的光強(qiáng)損失僅為0.495%,影響較小可忽略不計(jì)。3、研究設(shè)計(jì)了以FPGA為數(shù)據(jù)處理與控制核心的氣體濃度與顆粒物濃度在線(xiàn)同步測(cè)量系統(tǒng)硬件電路與軟件。硬件電路完成了從激光器溫度電流控制電路到DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換電路再到FPGA數(shù)據(jù)處理控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作,并加入以太網(wǎng)傳輸電路以實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備的交互,采用緊湊的方式將主要電路集成在一塊印刷電路板上,實(shí)現(xiàn)了儀器的小型化。軟件部分開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了DDS信號(hào)發(fā)生功能與信號(hào)的正交解調(diào),在低通濾波器的FPGA實(shí)現(xiàn)過(guò)程中采用了雙通道低通濾波器的方式,解決了處理速度與資源占用之間的平衡問(wèn)題。在數(shù)據(jù)流處理中應(yīng)用了“乒乓操作”,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)流的無(wú)縫緩存與處理。4、結(jié)合軟硬件對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)試與調(diào)試工作,主要完成了氣體濃度與顆粒物濃度同步測(cè)量實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明測(cè)量系統(tǒng)工作穩(wěn)定,能夠在對(duì)氣體濃度與顆粒物濃度的測(cè)量中表現(xiàn)出良好的性能。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：X84
【部分圖文】：

1.1 課題研究背景及意義2018 年是改革開(kāi)放 40 周年，經(jīng)過(guò) 40 年的建設(shè)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，截至 2016 年，中國(guó)的 GDP 總量已經(jīng)達(dá)到了 11.2 萬(wàn)億美元（現(xiàn)價(jià)美元），緊隨美國(guó)之后位列世界第二。隨之而來(lái)的，環(huán)境污染問(wèn)題也日益凸顯，而人們也表現(xiàn)出對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的高度重視。2018 年政府工作報(bào)告指出，要推進(jìn)污染防治取得更大成效，鞏固藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)成果[1]。我國(guó)大氣污染源主要有燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸尾氣等，如圖 1-1 所示，尤其煤炭等化石燃料燃燒產(chǎn)物如 CO2、CO、NOx及煙塵顆粒是大氣污染的主要誘發(fā)因素。2015 年“新環(huán)保法”開(kāi)始施行，要求煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過(guò) 5mg/m3、35mg/m3、50mg/m3。經(jīng)過(guò)修訂的大氣污染防治法也在 2016 年開(kāi)始全面實(shí)施。排污監(jiān)管因?yàn)榛痉ǖ年懤m(xù)出臺(tái)受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，大氣污染治理市場(chǎng)的整體活躍度也走上了新的臺(tái)階[2][3]�；痣姀S煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步下調(diào)及相關(guān)政策密集出臺(tái)，標(biāo)志著超低排放改造市場(chǎng)開(kāi)始啟動(dòng)。為方便環(huán)保部門(mén)監(jiān)督管理使污染物的排放降到最低，研究制造能準(zhǔn)確快速地測(cè)量氣體濃度及顆粒物濃度的技術(shù)與設(shè)備迫在眉睫[4][5][6]。因此，開(kāi)發(fā)研究氣體濃度與顆粒物濃度在線(xiàn)同步測(cè)量系統(tǒng)有著重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文研究現(xiàn)狀紀(jì)六十年代中期，鉛鹽可調(diào)諧二極管的出現(xiàn)，而到二十世紀(jì)九十術(shù)蓬勃發(fā)展，DFB 和 VCSEL 激光二極管價(jià)格走低，隨之而來(lái)地參數(shù)的測(cè)量成為研究熱點(diǎn)。DFB 激光器與光纖耦合方便，使用壽內(nèi)氣體檢測(cè)需要。TDLAS 技術(shù)的研究工作借此機(jī)會(huì)大量開(kāi)展。CH4等常見(jiàn)氣體在紅外光譜范圍內(nèi)均具有特征吸收譜線(xiàn)，如圖 1

為質(zhì)量厚度。β射線(xiàn)法測(cè)量裝置示意圖如圖1-3所示。樣氣在質(zhì)量流量控制器的作用下通過(guò)濾紙，顆粒吸附在濾紙上，傳送輪為濾紙?zhí)峁﹦?dòng)力經(jīng)過(guò)放射測(cè)量區(qū)，14C 發(fā)射出的 β 射線(xiàn)經(jīng)過(guò)濾紙上顆粒的“吸收”引起 GM 管（蓋革計(jì)數(shù)管）的信號(hào)變化，再經(jīng)過(guò)信號(hào)處理得到顆粒質(zhì)量濃度。圖 1-3 β 射線(xiàn)法測(cè)量裝置示意圖β 射線(xiàn)法測(cè)量范圍寬，不受顆粒物理特性的影響，工作可靠，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量，但β 射線(xiàn)能穿透皮膚，引起放射性傷害，因此需要增加屏蔽措施以消除安全隱患。(2) 非取樣法非取樣法顧名思義無(wú)需對(duì)待測(cè)對(duì)象進(jìn)行采樣，可直接對(duì)顆粒物進(jìn)行測(cè)量，不會(huì)對(duì)測(cè)量對(duì)象產(chǎn)生擾動(dòng)，對(duì)比取樣法具有連續(xù)性好、可實(shí)時(shí)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。1. 黑度法19 世紀(jì)林格曼提出黑度法[43]
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張立芳;王飛;俞李斌;嚴(yán)建華;岑可法;;基于可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)的脫硝過(guò)程中微量逃逸氨氣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2015年06期

2 劉小虎;;透射法粉塵濃度測(cè)量標(biāo)定技術(shù)研究[J];機(jī)械與電子;2014年10期

3 李漢超;劉士興;魯迎春;黃俊杰;;光電二極管低噪聲放大電路的設(shè)計(jì)[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年08期

4 劉宗銘;卓振泰;何明華;;基于ENC28J60的以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];電子器件;2013年06期

5 王廣宇;洪延姬;潘虎;宋俊玲;;可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收傳感器的溫度測(cè)量驗(yàn)證[J];紅外與激光工程;2013年09期

6 張海丹;王飛;邢大偉;許婷;姜治深;嚴(yán)建華;岑可法;;采用激光吸收光譜測(cè)量高溫條件下CO體積分?jǐn)?shù)及其影響因素的研究[J];動(dòng)力工程學(xué)報(bào);2013年06期

7 張帥;劉文清;張玉鈞;阮俊;闞瑞峰;尤坤;于殿強(qiáng);董金婷;韓小磊;;基于激光吸收光譜技術(shù)天然氣管道泄漏定量遙測(cè)方法的研究[J];物理學(xué)報(bào);2012年05期

8 陶波;葉景峰;趙新艷;張立榮;胡志云;葉錫生;;基于激光吸收光譜技術(shù)測(cè)量瞬態(tài)超聲速流場(chǎng)溫度[J];中國(guó)激光;2011年12期

9 陶波;趙新艷;胡志云;葉景峰;張立榮;葉錫生;劉晶儒;;基于可調(diào)諧二極管激光吸收光譜波長(zhǎng)調(diào)制技術(shù)在線(xiàn)測(cè)量燃燒場(chǎng)溫度[J];強(qiáng)激光與粒子束;2011年06期

10 楊斌;何國(guó)強(qiáng);劉佩進(jìn);齊宗滿(mǎn);潘科瑋;;利用TDLAS技術(shù)開(kāi)展吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)流熱試實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)量[J];中國(guó)激光;2011年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 邢鍵;基于光后向散射法的煙塵濃度測(cè)量技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2852041