基于紫外差分吸收光谱和傅立叶变换滤波同时监测SO2/NOX/烟气汞的研究

燃煤火电厂、垃圾焚烧厂等固定污染源汞的排放控制越来越受到关注，对烟气中汞的准确在线连续监测(Hg CEMS)是脱汞控制的一个重要前提。现有汞排放连续在线监测技术大都是抽取采样至相应分析仪，采用冷蒸气原子吸收光谱法(CVAAS)或冷蒸气原子荧光法(CVAFS)等分析元素汞的方法。这其中需要复杂的预处理与转化单元，会造成颗粒物对气态汞的吸附及转化过程中腐蚀等问题，从而致使气态汞总量测量的负偏差。本申请提出用差分吸收光谱法(DOAS)来监测燃烧排放中汞的浓度，并针对烟气排放中汞浓度较低，在紫外光区吸收集中在少数特征波长点，采用紫外傅里叶变换滤波（FTUV）方法来抑制其它气体对汞特征波长处的干扰，提高测量灵敏度。相比现有汞在线监测技术，利用此新方法可发展成为同时监测烟道气Hg、SO2、NOx、NH3等多种组份浓度，并可实现无抽取采样现场在线监测。

燃煤电厂是中国电力供应的主要来源，这种局面短期内不会改变，燃煤电厂带来了严重的环境污染问题。二氧化硫、氮氧化物及烟气汞是火电厂污染排放的主要成分，对大气环境危害极大，对于它们的减排及监测越来越受到环保部门的重视，最新的《火电厂大气污染物排放标准（GB 13223－2011）》对其排放标准做了严格规定，在原有排放标准基础上对各项指标做出大幅削减，对烟气连续排放在线监测技术提出更苛刻的要求。现有烟气监测技术不能实现二氧化硫、氮氧化物及烟气汞的同时在线监测，亟需开发出相应技术和产品填补技术空白，满足环保监测要求。.本项目利用紫外差分光谱法实现二氧化硫、氮氧化物（主要以二氧化氮计）及烟气汞（以零价汞计）的同时在线监测。搭建了实验系统，包括配气系统、光学系统、数据采集与处理系统、软件分析系统等。针对二氧化硫、二氧化氮的分子吸收光谱特性，采用脉冲氙灯-光纤光谱仪测量系统进行光学测量，通过实验分别将二氧化硫、二氧化氮的测量光谱范围确定为297-315nm、425-455nm；分别应用最小二乘法、傅里叶变换法以及线性调频Z变换法对测量光谱进行处理，浓度反演误差均小于5%，其中最小二乘法浓度反演结果的误差普遍较小，且误差水平比另外两种算法更稳定；二氧化硫、二氧化氮混合测量实验发现，由于所选波段上特征吸收光谱无交叉干扰，测量精度未受到影响，测量误差水平与单组份测量结果相当。针对烟气汞的原子吸收光谱特性，应用低压汞灯-单色仪测量系统在253.65nm左右对汞进行光学测量，测量结果显示积分面积法反演浓度，效果优于峰值法，可将误差控制在5%之内；二氧化硫、二氧化氮及汞的同时在线光学测量结果表明，由于特征吸收波段相对独立、光学吸收强度差异较大两方面因素共同作用，三种气体不存在互相干扰，测量精度满足并优于环保排放标准要求，实验方法具有现场可操作性。