小型光纖光譜儀的是CEMS系統(tǒng)軟件光譜儀探測儀的理想化挑選
煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱CEMS)廣泛應用于火力發(fā)電、化工、石化、鋼鐵、垃圾焚燒、焦化、水泥等行業(yè)的各種鍋爐、窯爐，用于在線監(jiān)測工業(yè)生產(chǎn)過程中固定污染源的煙氣排放以及指導煙氣脫硫、脫硝系統(tǒng)的運行和控制。
近年來，基于差分吸收光譜(以下簡稱DOAS)技術(shù)的新型CEMS系統(tǒng)逐漸成為主流技術(shù)路線。光纖光譜儀作為CEMS系統(tǒng)的核心部件，它的主要作用是將系統(tǒng)中的光信號轉(zhuǎn)化為電信號，再對光電轉(zhuǎn)化后的信號進行相關(guān)的處理后可準確測量脫硝、脫硫前后煙氣中的SO2 、NO、 NO2等氣體的含量。
我們重點介紹利用光纖光譜儀和DOAS反演氣體濃度的測試原理、典型測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、光譜儀參數(shù)選擇及其對于測試系統(tǒng)的影響。
一、測試原理
1.1 DOAS算法
DOAS以比爾-朗伯定律為依據(jù)，該定律描述了光路中分子數(shù)與被吸收的光能之間的關(guān)系。由于每種分子，每種氣體，都有其獨特的吸收光譜特性，或者稱為“指紋”，所以可以通過紫外-可見波長范圍內(nèi)的特征吸收結(jié)構(gòu)同時測量出幾種不同氣體的濃度。典型的DOAS儀器由連續(xù)光源(氙燈、氘燈等)，氣室(或開放光路)，探測器組成。根據(jù)比爾-朗伯定律：
1.2 波長選擇
DOAS技術(shù)主要用于紫外-可見光譜區(qū)，在此波段內(nèi)的氣體分子吸收譜線主要是由電子躍遷引起的。NO和SO2在200-350nm的紫外區(qū)有強烈的特征吸收帶，NO2吸收特征譜線集中在300-550nm，
二、典型DOAS測試系統(tǒng)
典型的DOAS測量氣體濃度系統(tǒng)由連續(xù)光源(氙燈、氘燈等)，氣室(或開放光路)，探測器組成。
1 高純氮;2 SO2標氣;3 NO標氣;4 NO2標氣;5 輸氣管;6 配氣柜;7 質(zhì)量流量控制器;8 截止閥;9 混合管;10 流量顯示儀;11 拌熱管;12 光源模塊;13 光源供電電源;14 高溫試驗箱;15 準直透鏡;16 測量池;17 聚焦透鏡;18 差壓計;19 溫度控制儀;20 光纖;21 光譜儀;22 電腦;23 廢氣回收池
DOAS法煙氣濃度測量試驗裝置如圖3所示。試驗裝置分成氣路和光路兩部分。氣路部分主要由氣源、配氣柜、測量池和廢氣回收池四部分組成。光路部分主要由光源、準直/聚焦透鏡、氣體池、光纖光譜儀組成。高純氮和SO2、NO、NO2標準氣體經(jīng)各自單獨的管路通過質(zhì)量流量控制器后進入混合管進行混合，可通過流量顯示儀調(diào)節(jié)控制和顯示流量。混合后的氣體經(jīng)伴熱管進入測量池，測量池的兩端用石英透鏡進行密封。在測量池的出口設有熱電阻對流過測量池的氣體溫度進行測量，同時在測量池的中部裝有差壓計對氣體壓力進行測量。測量池出來的氣體zui后進入廢氣回收池進行吸收。
三、光譜儀選擇及其對于測試結(jié)果的影響
微型光纖光譜儀的主要性能參數(shù)有光譜范圍、光譜分辨率(FWHM)、雜散光、光路穩(wěn)定性、非線性效應等。
光譜范圍
根據(jù)需要分析氣體的種類特征吸收譜線的范圍來確定光譜儀波長范圍，同時要兼顧分辨率，光譜范圍越寬分辨率越低。
光譜分辨率
光譜分辨率也稱光譜帶寬，通常用nm或cm-1表示。分辨率越高，分辨光譜細節(jié)的能力越強，下圖是光譜儀不同分辨率下的測試結(jié)果，
雜散光
雜散光是指光路中被探測到的所有非信號光。雜散光的存在綜合影響CEMS系統(tǒng)的探測限、信噪比、濃度測量準確度，雜散光越小系統(tǒng)誤差越小。
光路穩(wěn)定性
光路穩(wěn)定性主要指由于溫度、外力加速度引起的光學平臺形變而導致的波長和幅度漂移。光路穩(wěn)定性對濃度測量結(jié)果產(chǎn)生較大影響，AvaSpec-ULS系列光譜儀大大降低雜散光并提高了機械和溫度穩(wěn)定性，具有一個雙內(nèi)置模式消除器和多階復合拋物面鏡，機械強度提高10倍。
非線性
非線性定義為光譜儀測量實際幅值與理論幅值的比值。作為系統(tǒng)誤差，非線性效應在測量吸光度時會影響曲線的形狀、數(shù)值以及各個區(qū)間的比例。
四、結(jié)論
紫外差分光譜法對于濕法脫硫、脫硝工藝的煙氣連續(xù)排放系統(tǒng)具有先天的優(yōu)勢，國內(nèi)基于DOAS算法商用CEMS系統(tǒng)根據(jù)不同需求和應用環(huán)境正在不斷改進和升級。微型光纖光譜儀具有低成本、體積小，無掃描器件，堅固穩(wěn)定等優(yōu)點，是CEMS系統(tǒng)光譜探測器的理想選擇。
