留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较

卢伟业 朱晓睿 李越胜 姚顺春 卢志民 曲艺 饶雨舟 李峥辉

卢伟业, 朱晓睿, 李越胜, 姚顺春, 卢志民, 曲艺, 饶雨舟, 李峥辉. TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(7): 717002-0717002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0717002
引用本文: 卢伟业, 朱晓睿, 李越胜, 姚顺春, 卢志民, 曲艺, 饶雨舟, 李峥辉. TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(7): 717002-0717002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0717002
Lu Weiye, Zhu Xiaorui, Li Yuesheng, Yao Shunchun, Lu Zhimin, Qu Yi, Rao Yuzhou, Li Zhenghui. Comparison of direct absorption and wavelength modulation methods for online measurement of CO2 by TDLAS[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(7): 717002-0717002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0717002
Citation: Lu Weiye, Zhu Xiaorui, Li Yuesheng, Yao Shunchun, Lu Zhimin, Qu Yi, Rao Yuzhou, Li Zhenghui. Comparison of direct absorption and wavelength modulation methods for online measurement of CO2 by TDLAS[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(7): 717002-0717002(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0717002

TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较

doi: 10.3788/IRLA201847.0717002
基金项目: 

广东省质量技术监督局科技计划(2016ZT01);“广东特支计划”科技青年拔尖人才(2014TQ01N334);广州市珠江科技新星专项(2014J2200054)

详细信息
    作者简介:

    卢伟业(1987-),男,工程师,硕士,主要从事特种设备检验安全节能及碳排放核查监测技术方面的研究。Email:247838986@qq.com

    通讯作者: 姚顺春(1983-),男,副教授,博士生导师,博士,主要从事燃烧诊断与排放监测技术方面的研究。Email:epscyao@scut.edu.cn
  • 中图分类号: O443.1

Comparison of direct absorption and wavelength modulation methods for online measurement of CO2 by TDLAS

  • 摘要: 据统计,2015年我国消耗了39.65亿吨煤炭,而其中发电及热力供应占据了煤炭消耗总量的46.38%。发电及热力供应行业排放的CO2占据了我国温室气体排放量的很大比例,因此对于燃煤电厂CO2气体排放的实时监测是非常重要的。利用测量精度高、响应迅速、非接触测量的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对CO2浓度检测。选用了中心波长在1 580 nm的分布式反馈激光器作为光源,参考电厂尾部烟气CO2浓度配置实验气体,分别使用直接吸收和波长调制方法对CO2浓度进行反演。对比研究结果表明,直接吸收和波长调制法重复测量的相对标准偏差分别为0.94%和0.22%,最大相对误差分别为2.64%和1.65%,检测限分别为0.013 6%和0.001 4%。波长调制法比直接吸收法在测量性能指标上更具优势,但由于波长调制法在现场应用时受定标方式的影响很大,且谐波线宽会受到压力、温度等参数变化的干扰,而直接吸收法无需标定,且测量精度足以满足电厂CO2在线监测的需求。因此在电厂锅炉烟气等高浓度CO2的测量中,直接吸收法是更好的选择。
  • [1] Ji J P, Ma X M. Tructural decomposition analysis of the increase in China's greenhouse gas emissions[J]. China Environmental Science, 2011, 31(12):2076-2082.
    [2] Thoma E D, Shores R C, Isakov V, et al. Characterization of near-road pollutant gradients using path-integrated optical remote sensing[J]. Journal of the Air Waste Management Association, 2008, 58(7):879-890.
    [3] Durbin T D, Sauer C G, Pisano J T, et al. Impact of engine lubricant properties on regulated gaseous emissions of 2000-2001 model-year gasoline vehicles[J]. Journal of the Air Waste Management Association, 2004, 54(3):258-268.
    [4] Eng R S, Butler J F, Linden K J, et al. Tunable diode laser spectroscopy:an invited review[J]. Optical Engineering, 1980, 19(6):945-960.
    [5] He Ying, Zhang Yujun, Kan Ruifeng, et al. Open-path online monitoring of ambient atmospheric CO2 based on laser absorption spectrum[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2009, 29(1):10-13. (in Chinese)
    [6] Tu Xinghua, Liu Wenqing, Zhang Yujun, et al. Second-harmonic detection with tunable diode laser absorption spectroscopy of CO and CO2 at 1.58m[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2006, 26(7):1190-1194. (in Chinese)
    [7] Reid J, Labrie D. Second-harmonic detection with tunable diode lasers-comparison of experiment and theory[J]. Applied Physics B, 1981, 26(3):203-210.
    [8] Shao J, Xiang J D. Wavelength-modulated tunable diode-laser absorption spectrometry for real-time monitoring of microbial growth[J]. Applied Optics, 2016, 55(9):2339-2345.
    [9] Zhang Zhirong, Xia Hua, Dong Fengzhong, et al. Simultaneous and on-line detection of multiple gas concentration with tunable diode laser absorption spectroscopy[J]. Optics and Precision Engineering, 2013, 21(11):2771-2777. (in Chinese)
    [10] Zhou Xin, Jin Xing. Harmonic wavelet analysis ofTDLAS signals[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(6):1722-1727. (in Chinese)
    [11] Javis A Nwaboh, Olav Werhahn, Pascal Ortwein. Laser-spectrometric gas analysis:CO2-TDLAS at 2m[J].Measurement Science and Technology, 2013, 24(1):015202.
    [12] Zhu Xiaorui, Lu Weiye, Rao Yuzhou, et al. Selection of base-line method in TDLAS direct absorption CO2 measurement[J]. Chinese Optics, 2017, 10(4):455-461. (in Chinese)
    [13] Yao Hua, Wan Fei, Xu Ting, et al. Measurement of CO concentration using tunable laser absorption spectroscopy technology under high temperature condition[J]. Thermal Power Generation, 2011, 40(11):42-45, 51. (in Chinese)
    [14] Ding Zhiqun, Bao Jilong, Zhao Hongxia, et al. Acetylene gas concentration on-line monitoring using TDLAS[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(4):1015-1019. (in Chinese)
  • [1] 侯月, 黄克谨, 于冠一, 张鹏泉.  基于红外TDLAS技术的高精度CO2同位素检测系统的研制 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200083-1-20200083-5. doi: 10.3788/IRLA20200083
    [2] 熊涛, 高明, DesGibson, DavidHutson.  新型光室结构的主流式NDIR呼吸CO2监测系统 . 红外与激光工程, 2020, 49(6): 20190575-1-20190575-9. doi: 10.3788/IRLA20190575
    [3] 王彪, 鹿洪飞, 李奥奇, 陈越, 戴童欣, 黄硕, 连厚泉.  采用VCSEL激光光源的TDLAS甲烷检测系统的研制 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0405002-0405002-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0405002
    [4] 周佩丽, 谭文, 彭志敏.  基于波长调制技术的吸收谱线线型函数测量 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0113002-0113002(7). doi: 10.3788/IRLA202049.0113002
    [5] 李国林, 袁子琪, 季文海.  应用于油田伴生气H2S气体检测实验研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 813005-0813005(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0813005
    [6] 邵欣.  利用波长调制光谱的燃烧场温度原位测量 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 717001-0717001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0717001
    [7] 李留成, 多丽萍, 周冬建, 王增强, 王元虎, 唐书凯.  基于TDLAS测量HBr化学激光器气体温度 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 805011-0805011(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0805011
    [8] 贾军伟, 李伟, 柴昊, 张书锋, 张明志, 崔鸿飞, 刘敬敏, 刘展.  基于TDLAS的气体检测技术算法 . 红外与激光工程, 2019, 48(5): 517007-0517007(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0517007
    [9] 徐玲, 卜令兵, 蔡镐泽, 萨日娜, 杨彬, 周军.  中红外差分吸收激光雷达NO2测量波长选择及探测能力模拟 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1030002-1030002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1030002
    [10] 邵欣, 王峰, 张兴会, 陈文亮, 杨彬.  准连续调制激光吸收谱测量CO气体系统研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 506006-0506006(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0506006
    [11] 潘其坤, 陈飞, 石宁宁, 李殿军, 谢冀江, 何洋, 郭劲.  声光调Q CO2激光器波长调谐理论分析与实验研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 705002-0705002(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0705002
    [12] 李哲, 张志荣, 孙鹏帅, 夏滑, 罗渊敏, 庞涛, 董凤忠.  利用TDLAS技术的多点甲烷气体全量程监测 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 917009-0917009(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0917009
    [13] 丛梦龙, 孙丹丹, 王一丁.  对数变换-波长调制光谱在气体检测中的应用 . 红外与激光工程, 2017, 46(2): 223001-0223001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0223001
    [14] 刘高佑, 安宁, 韩兴伟, 董雪, 马磊, 范存波, 刘承志.  立方腔平均反射光程的研究 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1118003-1118003(5). doi: 10.3788/IRLA201645.1118003
    [15] 谢杨易, 刘继桥, 姜佳欣, 陈卫标.  使CO2浓度测量误差减小的星载激光雷达波长优化 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 88-93.
    [16] 潘虎, 王广宇, 宋俊玲, 于小红.  免标定波长调制光谱在气体温度和浓度测量中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(3): 956-960.
    [17] 周鑫, 金星.  谐波小波在TDLAS 信号分析中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1722-1727.
    [18] 郑义军, 谭荣清, 王东雷, 张阔海, 黄文武, 刘世明, 李能文, 孙科, 卢远添, 刁伟伦.  新型高重复频率脉冲CO2 激光器 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2697-2701.
    [19] 姜可, 谢冀江, 张来明, 骆聪.  CO2激光差频GaSe晶体产生太赫兹波的数值计算 . 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1223-1227.
    [20] 丁志群, 鲍吉龙, 赵洪霞, 章学首.  乙炔气体浓度的TDLAS在线监测 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 1015-1019.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  415
  • HTML全文浏览量:  44
  • PDF下载量:  65
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-02-08
  • 修回日期:  2018-03-03
  • 刊出日期:  2018-07-25

TDLAS直接吸收法和波长调制法在线测量CO2的比较

doi: 10.3788/IRLA201847.0717002
    作者简介:

    卢伟业(1987-),男,工程师,硕士,主要从事特种设备检验安全节能及碳排放核查监测技术方面的研究。Email:247838986@qq.com

    通讯作者: 姚顺春(1983-),男,副教授,博士生导师,博士,主要从事燃烧诊断与排放监测技术方面的研究。Email:epscyao@scut.edu.cn
基金项目:

广东省质量技术监督局科技计划(2016ZT01);“广东特支计划”科技青年拔尖人才(2014TQ01N334);广州市珠江科技新星专项(2014J2200054)

  • 中图分类号: O443.1

摘要: 据统计,2015年我国消耗了39.65亿吨煤炭,而其中发电及热力供应占据了煤炭消耗总量的46.38%。发电及热力供应行业排放的CO2占据了我国温室气体排放量的很大比例,因此对于燃煤电厂CO2气体排放的实时监测是非常重要的。利用测量精度高、响应迅速、非接触测量的可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术对CO2浓度检测。选用了中心波长在1 580 nm的分布式反馈激光器作为光源,参考电厂尾部烟气CO2浓度配置实验气体,分别使用直接吸收和波长调制方法对CO2浓度进行反演。对比研究结果表明,直接吸收和波长调制法重复测量的相对标准偏差分别为0.94%和0.22%,最大相对误差分别为2.64%和1.65%,检测限分别为0.013 6%和0.001 4%。波长调制法比直接吸收法在测量性能指标上更具优势,但由于波长调制法在现场应用时受定标方式的影响很大,且谐波线宽会受到压力、温度等参数变化的干扰,而直接吸收法无需标定,且测量精度足以满足电厂CO2在线监测的需求。因此在电厂锅炉烟气等高浓度CO2的测量中,直接吸收法是更好的选择。

English Abstract

参考文献 (14)

目录

    /

    返回文章
    返回