基于TDLAS的燃煤电厂温室气体排放检测技术研究

发布时间：2020-03-17 23:49

【摘要】：随着温室效应的日益严重,温室气体减排也逐渐成为全国关注的焦点,目前发电及热力供应行业排放的CO_2约占全国CO_2排放总量的50%,因此对于燃煤电厂CO_2气体排放的实时监测是非常重要的。与此同时,全国碳排放权交易市场于2017年在电力行业率先启动运行。在这样的背景下,碳排放监测技术也受到了前所未有瞩目。目前燃煤电厂碳排放监测方法包括排放因子法、碳平衡法和在线监测法,其中在线监测法能够直接获取直观的碳排放数据,是重要的评估和验证手段。与传统在线监测技术相比,可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS)技术具有精度高、响应快、非侵入、实时同步在线检测多个参数等特点,在各领域CO_2监测均有很好的应用,发展势头十分迅猛。本文首先介绍了TDLAS技术的基本原理,包括直接吸收法和波长调制技术的测量机制,搭建了可调谐二极管激光吸收光谱测量实验台,并对实验设备及实验操作步骤进行了阐述。本文主要通过模拟实际燃煤电厂尾部烟道的检测环境,来实现CO_2浓度的测量,同时对影响浓度检测精度的主要因素进行了深入研究。基于避开其他气体谱线干扰的原则,选择1.58μm附近波段的CO_2吸收峰,利用HITRAN(High-resolution Transmission Molecular Absorption Database)数据库建立扫描点和谱线波数之间的关系,对谱线进行洛伦兹函数拟合并计算光强比值,用直接吸收法测出浓度对比纯氮线法与去峰拟合法两种方法的效果,探讨了适用于工业现场的吸收光谱基线拟合方法;模拟燃煤电厂尾部烟道的温度变化和浓度条件,对气体池中10%到20%(间隔2%)六组不同浓度的CO_2和N_2混合气体进行直接吸收信号和二次谐波峰值测量,并进行数据处理,通过研究温度对谱线线宽和线强的影响,基于浓度测量公式与最小二乘法,建立了温度变化修正模型,从而提高了TDLAS技术测量燃煤电厂碳排放的可靠性与稳定性。
【图文】：

图 2-1 吸收光谱原理图线强度谱线强度 S(T)表征所选谱线对光强吸收的强弱，是分子能级跃迁时单收与辐射的综合能量。与此同时，分子能级跃迁时的分子数目及跃迁的影响因素。对于特定的吸收谱线，S(T)是温度的单值函数。在实际以引用相关光谱数据库的参考值，也可以所示，先在 HITRAN 数据库T0下的谱线强度 S(T0)，再利用式（2-2）计算温度为 T 时的谱线强度值0''00000 001 exp( / )( ) 1 1( ) ( ) exp( ) 1 exp( / )i iTihc v kTQ T hcE T S TQ T k T T hc v kT Q(T)是总的分子内部分割函数，Ei”是低跃迁态的能量，h 是普朗克常数，c 是光速，νo为跃迁频率。式中最后一项为激励辐射，在实验K，，所选吸收线波长小于 2.5μm 的情况下可以忽略不计，其中分配函

19图 2-2 HITRAN online 网页界面注册后点击图 2-2 中“DataAccess”选项卡中的 Line-by-line 进入气体分子选择界面选择要查询的气体分子，如图 2-3 所示，点击“Select Isotopologues”进入选择同位素选择界面，选择需要查询的气体同位素如图 2-4 所示，点击“Select Wavenumber/WavelengthRange”进入波数范围选择界面设定需要查询的波数范围，然后点击“Select outputoptions”进入输出格式选择及创界界面，可以依据需要选择需要查询的光谱参数并设定排列顺序，如图 2-5 所示
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621;X831

【参考文献】

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5 李健;周慧;;中国碳排放强度与产业结构的关联分析[J];中国人口.资源与环境;2012年01期

6 汪孝宗;胡雪琴;王红茹;宋雪莲;;如何实现减排40%～45%——中国的减排路径[J];中国经济周刊;2009年49期

7 刘斐;高慧燕;;中国温室气体排放的历史积累和现状分析[J];节能与环保;2009年04期

8 李利锋;杨青;朱林泉;;TDLAS技术在环境大气检测中的应用[J];机械管理开发;2009年02期

9 张琳;邵晟宇;杨柳;董晓强;丁学全;;红外光谱法气体定量分析研究进展[J];分析仪器;2009年02期

10 陶小红;胡以华;蔡晓春;;差分吸收激光雷达探测大气CO_2精度分析[J];大气与环境光学学报;2008年02期

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3 魏周君;基于傅里叶变换红外光谱分析的火灾气态产物定量监测技术研究[D];中国科学技术大学;2009年

4 窦贺鑫;基于TDLAS的气体在线检测系统研究[D];天津大学;2007年

本文编号：2587877