本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超低排放煙氣測量方法，特別是一種超低排放煙氣(SO₂、NO_x)測量與計算方法。

背景技術(shù)：

大氣污染是目前國內(nèi)面臨最嚴重的環(huán)境問題之一。燃煤電廠超低排放監(jiān)測新要求的出臺，給監(jiān)測及監(jiān)管帶來了嚴峻考驗。紫外-可見連續(xù)光譜分析技術(shù)具有檢測下限低、多組分同時測量、精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、投入及運行成本低等優(yōu)點，特別適于超低排放煙氣(SO₂、NO_x)監(jiān)測及連續(xù)在線監(jiān)測。

紫外-可見連續(xù)光譜分析技術(shù)中常采用紫外差分吸收方法，從采集的光譜數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型計算得出煙氣濃度?，F(xiàn)有常用的紫外差分吸收煙氣濃度計算方法主要包括以下幾類：①采用多項式擬合得到吸收光譜慢變部分，扣除后得到差分吸收光譜，然后采用特征譜段的累積差分吸光度進行最小二乘擬合得到濃度反演公式；②對差分吸收光譜采用多元線性回歸方法進行分解求解濃度；③采用傅里葉變換方法提取高頻部分反變換得到差分吸收光譜，然后再進行累積吸光度最小二乘擬合或者多元線性回歸求解濃度。

發(fā)明人在研究的過程中發(fā)現(xiàn)，前述第①種方法由于采用累積差分吸光度計算濃度，不能有效利用光譜形狀信息，無檢測氣體時引入的光譜噪聲的計算值也總為正值，因此抬高了檢測限；第②種方法充分利用了光譜形狀信息，能有效避免噪聲干擾和氣體間交叉干擾，但對光譜的波長漂移非常敏感，一兩個像素的光譜漂移能使反演精度下降較多；第③種方法同樣不能避免前述兩種方法所遇到的檢測下限高或?qū)ΣㄩL漂移敏感的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種超低排放煙氣測量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中計算方法檢測限高或?qū)ΣㄩL漂移敏感的技術(shù)問題，可有效降低檢測限，解決波長漂移對反演精度的影響的同時解決氣體間的交叉干擾的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供了一種超低排放煙氣測量方法，包括：

獲取超低排放煙氣中待測氣體的吸光度曲線；

采用傅里葉變換-多元線性擬合方法計算所述待測氣體的吸光度曲線中SO₂和NO₂的濃度；

采用傅里葉變換計算所述待測氣體的吸光度曲線的NO特征吸收頻譜的累計值,并剔除SO₂和NO₂對其貢獻，得到NO的濃度。

進一步的，所述獲取超低排放煙氣中待測氣體的吸光度曲線包括：

采集待測氣體光譜，利用特征譜線將采集的待測氣體光譜和參考光譜的光譜波長對齊；

計算待測氣體光譜的氣體吸光度曲線，計算公式如下：

$A=log\left(\frac{I_0}{I_t}\right).$

其中，A為待測氣體光譜的氣體吸光度曲線，I₀為參考光譜，I_t為待測氣體光譜。

進一步的，所述利用特征譜線將采集的待測氣體光譜和參考光譜的光譜波長對齊，包括：

選擇待測氣體光譜中至少一個較尖銳且不被超低排放煙氣中SO₂、NO_x吸收或吸收較少的峰作為特征譜線；

通過尋找所述至少一個特征譜線，將采集的待測氣體光譜和參考光譜的峰值位置進行對齊，多個特征譜線分別針對不同波長范圍的光譜進行對齊，從而分段實現(xiàn)整個光譜的對齊。

進一步的，所述采用傅里葉變換-多元線性擬合方法計算所述待測氣體的吸光度曲線中SO₂和NO₂的濃度，包括：

采用傅里葉變換方法得到所述待測氣體中SO₂和NO₂的吸收頻譜，選取所述SO₂和NO₂吸收頻譜的特征高頻吸收頻譜進行最小二乘多元線性擬合得到SO₂和NO₂氣體濃度相對值，和基于所述SO₂和NO₂相對濃度值轉(zhuǎn)化得到SO₂和NO₂的濃度值；當計算出的濃度值小于設(shè)定的閾值時，根據(jù)吸收頻譜的相位信息，判斷是否為氣體真實值，若判斷為否，剔除干擾賦值為0。

進一步的，所述采用傅里葉變換方法得到所述待測氣體中SO₂和NO₂的吸收頻譜，包括：

選取待測氣體SO₂中吸收譜段為280-320nm的吸光度曲線進行傅里葉變換；

選取待測氣體NO₂中吸收譜段為420-450nm的吸光度曲線進行傅里葉變換。

進一步的，所述采用傅里葉變換計算所述待測氣體的吸光度曲線的NO特征吸收頻譜的累計值,并剔除SO₂和NO₂對其貢獻，得到NO的濃度，包括：

選取所述待測氣體中NO吸收譜段的吸光度曲線；

采用傅里葉變換方法得到所述待測氣體中NO的吸收頻譜，選取所述NO特征吸收頻譜計算累積值；同時計算SO₂和NO₂對NO特征吸收頻譜累積值的貢獻，并從中剔除所述貢獻；利用標定公式計算出NO的濃度，所述標定公式如下：

C_no＝gA_{3_no}²+hA_{3_no}+l

其中，C_no為NO的濃度；A_{3_no}為SO₂和NO₂對NO特征吸收頻譜累積值的貢獻；g、h和l為參數(shù)，采用最小二乘法確定g、h和l的參數(shù)值。

進一步的，所述選取所述待測氣體中NO吸收譜段的吸光度曲線，包括：

選取所述待測氣體中NO吸收譜段為200-230nm之間某個吸收峰的吸光度曲線。

本發(fā)明提供的方案，通過獲取超低排放煙氣中待測氣體的吸光度曲線；采用傅里葉變換-多元線性擬合方法計算所述待測氣體的吸光度曲線中SO₂和NO₂的濃度；采用傅里葉變換計算所述待測氣體的吸光度曲線的NO特征吸收頻譜的累計值,并剔除SO₂和NO₂對其貢獻，得到NO的濃度。實現(xiàn)多種氣體的同時計算，消除氣體間交叉干擾，有效降低檢測限，解決波長漂移對反演精度的影響問題。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明提供的一種超低排放煙氣測量方法的一實施例的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的SO₂、NO、NO₂三種氣體的吸光度譜形；

圖3a、圖3b是本發(fā)明提供的頻譜幅值A(chǔ)₁和相位w1分布示意圖；

圖4a、圖4b是本發(fā)明提供的頻譜幅值A(chǔ)₂和相位w2分布示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實施例及相應(yīng)的附圖對本發(fā)明技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

圖1是本發(fā)明提供的種超低排放煙氣測量方法的一實施例的流程示意圖。

本發(fā)明一具體實施方式，如圖1所示，一種超低排放煙氣測量方法，包括步驟S110、S120和S130：

在步驟S110中，獲取超低排放煙氣中待測氣體的吸光度曲線。

在步驟S120中，采用傅里葉變換-多元線性擬合方法計算所述待測氣體的吸光度曲線中SO₂和NO₂的濃度。

在步驟S130中，采用傅里葉變換計算所述待測氣體的吸光度曲線的NO特征吸收頻譜的累計值,并剔除SO₂和NO₂對其貢獻，得到NO的濃度。

進一步的，所述獲取超低排放煙氣中待測氣體的吸光度曲線包括：

采集待測氣體光譜，利用特征譜線將采集的待測氣體光譜和參考光譜的光譜波長對齊；

計算待測氣體光譜的氣體吸光度曲線，計算公式如下：

$A=log\left(\frac{I_0}{I_t}\right).$

其中，A為待測氣體光譜的氣體吸光度曲線，I₀為參考光譜，I_t為待測氣體光譜。

一具體應(yīng)用例子，在氣體吸收池中充滿空氣時記錄一組光源參考光譜I₀，通入待測氣體充滿氣體吸收池后再記錄一組氣體吸收光譜I_t，首先利用特征譜線對光譜進行對齊，然后利用公式計算出待測氣體的吸光度。SO2、NO2及NO的吸光度譜形見圖2所示。

進一步的，所述利用特征譜線將采集的待測氣體光譜和參考光譜的光譜波長對齊，包括：

選擇待測氣體光譜中至少一個較尖銳且不被超低排放煙氣中SO₂、NO_x等吸收或吸收較少的峰作為特征譜線；

通過尋找所述至少一個特征譜線，將采集的待測氣體光譜和參考光譜的峰值位置進行對齊，從而實現(xiàn)光譜的對齊。

其中，特征譜線不限于一個，可分波段選擇兩個以上的特征譜線，分別對每個波段進行對齊，提高精準度。

進一步的，所述采用傅里葉變換-多元線性擬合方法計算所述待測氣體的吸光度曲線中SO₂和NO₂的濃度，包括：

采用傅里葉變換方法得到所述待測氣體中SO₂和NO₂的吸收頻譜，選取所述SO₂和NO₂吸收頻譜的特征高頻吸收頻譜進行最小二乘多元線性擬合得到SO₂和NO₂氣體濃度相對值，和基于所述SO₂和NO₂相對濃度值轉(zhuǎn)化得到SO₂和NO₂的濃度值；當計算出的濃度值小于設(shè)定的閾值時，根據(jù)吸收頻譜的相位信息，判斷是否為氣體真實值，若判斷為否，剔除干擾賦值為0。

進一步的，所述采用傅里葉變換方法得到所述待測氣體中SO₂和NO₂的吸收頻譜，包括：

選取待測氣體SO₂中吸收譜段為280-320nm的吸光度曲線進行傅里葉變換；

選取待測氣體NO₂中吸收譜段為420-450nm的吸光度曲線進行傅里葉變換。

一具體應(yīng)用例子，

①選取SO₂吸收譜段(優(yōu)選280-320nm)的吸光度曲線進行傅里葉變換得到F₁，如式(2)提取出頻譜幅值A(chǔ)₁和相位w1。

$F_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{A}_1\left(n\right)e^{-{\mathrm{jw}}_1\left(n\right)}---\left(2\right)$

②選取NO₂吸收譜段(優(yōu)選420-450nm)的吸光度曲線進行傅里葉變換得到F₂，提取出頻譜幅值A(chǔ)₂和相位w2。

$F_2=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{A}_2\left(n\right)e^{-{\mathrm{jw}}_2\left(n\right)}---\left(3\right)$

③選取A₁(n)中高頻特征吸收頻譜和A₂(n)中特征吸收頻譜組成特征向量，記為Fs＝[A₁(n_p1),A₁(n_p2),…,A₁(n_pn),A₂(n_q1),A₂(n_q2),…,A₂(n_qm)]，其中n_p1,n_p2,…,n_pn為SO₂的特征吸收頻率，共n個n_q1,n_q2,…,n_qm為NO₂的特征吸收頻率，共m個，F(xiàn)s為1×r向量，r＝n+m。

④利用公式(4)計算濃度相對值，其中U為r×2矩陣，U由標定過程得到。計算出的X為1×2行向量，其中X(1)為SO₂的濃度相對值，X(2)為NO₂的濃度相對值。

X＝Fs·U (4)

⑤根據(jù)公式(5)和公式(6)反演出SO₂和NO₂濃度值，其中，a,b,c,d,e,f為反演參數(shù)，由標定過程得到。

C_so2＝aX(1)²+bX(1)+c (5)

C_no2＝dX(2)²+eX(2)+f (6)

⑥利用傅里葉變化角度信息排除干擾，即：當⑤中得到的C_so2，C_no2計算值小于設(shè)定的閾值時，根據(jù)SO₂和NO₂氣體各自特有的傅里葉變化角度信息進一步判斷是否是氣體濃度真實值，若判斷為假，則濃度值設(shè)為0。

本實施例中計算得到的F1和F2幅值相位分布分別見圖3a、圖3b和圖4a、圖4b，其中A₁(n)中高頻特征吸收頻率n_p1,n_p2,…,n_pn可選取為12至18，A₂(n)中特征吸收頻率n_q1,n_q2,…,n_qm可選取為3至5。從圖中相位信息可看到，圖3a和圖3b中SO₂的相位分布規(guī)律性強，與NO和NO₂的明顯不同，而圖4a、圖4b中NO₂的相位分布規(guī)律與SO₂和NO相比也具有明顯特征。

本實施例中，采用頻率20至40一段的相位角累積值判斷待測氣體是否為SO₂或NO₂，也即判斷計算出的濃度值是否為SO₂/NO₂氣體真實濃度。

U及a,b,c,d,e,f等參數(shù)的標定過程如下：

①測量SO₂不同量程點濃度(如滿量程的20％、50％、80％)標準氣體的吸光度曲線，將每一條吸光度除以對應(yīng)的標氣濃度得到歸一化的吸光度，根據(jù)采用傅里葉變換-多元線性擬合方法計算氣體中SO₂及NO₂反演值過程中①②③得到每一條歸一化吸光度的特征組合向量，計算各樣本特征組合向量的均值向量，記為Fs1；

②測量NO₂不同量程點濃度(如滿量程的20％、50％、80％)標準氣體的吸光度曲線，將每一條吸光度除以對應(yīng)的標氣濃度得到歸一化的吸光度，根據(jù)①②③得到每一條歸一化吸光度的特征組合向量，計算各樣本特征組合向量的均值向量，記為Fs2；

③將Fs1和Fs2組成2×r維行列式S＝[Fs1；Fs2]，根據(jù)公式(7)計算出特征行列式U。

U＝S^T·(S·S^T)^-1 (7)

④根據(jù)公式(4)計算每個標準氣體樣本的相對濃度值，然后利用測量的多個SO₂標氣樣本的相對濃度值和標準濃度，采用最小二乘法確定公式(5)中的參數(shù)a，b，c；利用測量的多個NO₂標氣樣本的相對濃度值和標準濃度，采用最小二乘法確定公式(6)中的參數(shù)d，e，f。

進一步的，所述采用傅里葉變換計算所述待測氣體的吸光度曲線的NO特征吸收頻譜的累計值,并剔除SO₂和NO₂對其貢獻，得到NO的濃度，包括：

選取所述待測氣體中NO吸收譜段的吸光度曲線；

采用傅里葉變換方法得到所述待測氣體中NO的吸收頻譜，選取所述NO特征吸收頻譜計算累積值；同時計算SO₂和NO₂對NO特征吸收頻譜累積值的貢獻，并從中剔除所述貢獻；利用標定公式計算出NO的濃度，所述標定公式如下：

C_no＝gA_{3_no}²+hA_{3_no}+l

其中，C_no為NO的濃度；A_{3_no}為SO₂和NO₂對NO特征吸收頻譜累積值的貢獻；g、h和l為參數(shù)，采用最小二乘法確定g、h和l的參數(shù)值。

進一步的，所述選取所述待測氣體中NO吸收譜段的吸光度曲線，包括：

選取所述待測氣體中NO吸收譜段為200-230nm之間某個吸收峰的吸光度曲線。

一應(yīng)用例子，①選取NO吸收譜段(優(yōu)選200-230nm之間某個吸收峰)的吸光度曲線；

②對①中得到的光譜進行傅里葉變換得到F3，如式(8)提取出頻譜幅值A(chǔ)3和相位w3。

$F_3=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}{A}_3\left(n\right)e^{-{\mathrm{jw}}_3\left(n\right)}---\left(8\right)$

③選取A₃(n)中NO特征吸收頻譜計算累積值，即m₁,…,m_n為NO特征吸收頻率。

④根據(jù)前述得到的SO₂和NO₂濃度值計算SO₂和NO₂對③中NO特征吸收頻譜累積值A(chǔ)_sum的貢獻(記為和)，并從中剔除，即其中，和通過標定函數(shù)計算得到，即：

$A_{3\_{\mathrm{no}}_2}=f\left(c_{{\mathrm{no}}_2}\right)---\left(9\right)$

$A_{3\_{\mathrm{so}}_2}=f\left(c_{{\mathrm{so}}_2}\right)---\left(10\right)$

其中f為一次/二次多項式函數(shù)。

④利用標定的公式由A_{3_no}計算出NO的濃度C_no。

C_no＝gA_{3_no}²+hA_{3_no}+l (11)

式(9)、式(10)及g、h、l等參數(shù)的標定過程如下：

①測量NO不同量程點濃度(如滿量程的20％、50％、80％)標準氣體的吸光度曲線，根據(jù)前述測量過程①②③計算A_sum，由于是單組分NO標氣，A_{3_no}＝A_sum。根據(jù)計算出的A_{3_no}和對應(yīng)的標準濃度值，采用最小二乘法確定公式(11)中的參數(shù)g、h和l。

②測量NO₂不同量程點濃度(如滿量程的20％、50％、80％)標準氣體的吸光度曲線，根據(jù)前述測量過程①②③計算A_sum，由于是單組分NO₂標氣，A_{3_no2}＝A_sum。根據(jù)計算出的A_{3_no2}和對應(yīng)的標準濃度值，采用最小二乘多項式擬合確定公式(9)。

③測量SO₂不同量程點濃度(如滿量程的20％、50％、80％)標準氣體的吸光度曲線，根據(jù)前述測量過程①②③計算A_sum，由于是單組分SO₂標氣，A_{3_so2}＝A_sum。根據(jù)計算出的A_{3_so2}和對應(yīng)的標準濃度值，采用最小二乘多項式擬合確定公式(10)。

本發(fā)明提供的方案，通過獲取超低排放煙氣中待測氣體的吸光度曲線；采用傅里葉變換-多元線性擬合方法計算所述待測氣體的吸光度曲線中SO₂和NO₂的濃度；采用傅里葉變換計算所述待測氣體的吸光度曲線的NO特征吸收頻譜的累計值,并剔除SO₂和NO₂對其貢獻，得到NO的濃度。實現(xiàn)多種氣體的同時計算，消除氣體間交叉干擾，有效降低檢測限，解決波長漂移對反演精度的影響問題。

以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。