基于光纤光谱仪及紫外差分吸收光谱技术的烟气排放检测方案对污染气体的吸收光谱表征

利用CEMS烟气在线分析（监控）系统监测排放烟气中的SO2/NOx含量情况，是实现生产过程自动分析优化和监管污染气体排放的重要方法。基于光纤光谱仪的紫外差分吸收光谱（DOAS）技术因其测量精度高、响应快速，已成为污染气体监测研究的热点，是实现CEMS烟气在线分析系统的理想选择。

图1是基于光纤光谱仪及紫外差分吸收光谱技术所搭建的气体浓度检测装置原理示意图。测试时，将气体钢瓶内的气体经过流量计和压力阀等进入气体腔室，脉冲氙灯或氘灯发出的光经过光纤进入气体腔室，经过待测气体后进入光纤并传递至光纤光谱仪中，得到气体的吸收光谱，而后通过相关算法进行数据处理，从而得到待测气体的浓度。

紫外差分吸收光谱（DOAS）技术是利用了待测气体的浓度和紫外-可见光谱波段的光强值存在着一定的数量关系，从而检测出待测气体的种类和气体的浓度值。将光源透射光强与原始光强值作对比，得到对比的吸收度，利用多项式拟合出一条吸收度慢变化曲线，然后将慢变化曲线从吸收度中减去，得到差分吸收度的信号，并将其与现实中测量得到的标准分子的吸收截面进行拟合，获得气体的浓度测量值。

每种气体都在特定波段存在明显的吸收特征，测量波长的选择决定了能否利用所测量的特征光谱准确的计算出气体的浓度。吸收截面测量的准确性决定了测量待测气体浓度的精度。如图2所示，SO2在~nm和~nm段存在明显的吸收特征，NO在~nm段存在明显的吸收特征。其中SO2相邻峰峰的波长间隔约为1.85nm，峰谷的平均波长间隔约为0.8nm，NO相邻峰峰的波长间隔约为10nm，吸收峰的峰瓣约为2nm。因此，光纤光谱仪作为光谱探测的关键部件，在烟气检测过程中，必须具有模块化、体积小、灵活性高、测量速度快、稳定性高、信噪比高、成本低、波段可选、分辨率高等优点。

复享光学的高速光纤光谱仪FX0，选用进口高品质Richardson闪耀光栅，灵敏度提升20%，杂散光降低50%，具有较高的信噪比、紫外灵敏度和光学分辨率，是一款综合性能优越的光谱仪。其中，FX0L+光谱仪的高灵敏度和紫外探测特性更为明显，是实现CEMS烟气在线分析（监控）系统的优先选择。面阵背照式光纤光谱仪PG0-Pro采用Hamamatsu面阵背照式CCD，相比普通光谱仪，其紫外灵敏度提升约7倍，提供了均衡的灵敏度和较高的分辨率和信噪比，在CEMS烟气在线分析（监控）系统中可以更好的提高系统的灵敏度和准确性。我们将复享光学的光纤光谱仪用于NO和SO2的气体检测中，采用Morpho光谱软件获取吸光度数据。图3为实验获取的NO单一气体及混合气体（NO和SO2）的吸收光谱。其中，NO单一气体的浓度较低，为10mg/m3，混合气体中，SO2为5.1ppm，NO为20.5ppm（注，1ppm=mg/m3）。

基于复享光学光谱仪的紫外差分吸收光谱（DOAS）烟气排放连续检测方案，具有测量准确度高，稳定性强，紫外灵敏度高等优点。此外，光谱仪的SDK软件开发包为方案的实施提供了强有力的帮助，为科研领域及工业领域的烟气检测设备研发及基础研究提供了至关重要的作用。

?梅魏鹏.基于紫外差分光谱的SO2、NOX混合气体的检测算法研究.Diss.重庆大学,.