煤质含硫量紫外吸收光谱测量方法及装置

摘要

一种煤质含硫量紫外吸收光谱测量方法及装置，该测量方法利用经验模态分解结合3σ准则自适应地确定吸收度的分解尺度和阈值，能够充分地保留差分吸收度本身的非平稳特征，进而有效地解决了燃烧烟气中粉尘、水蒸气及背景气体产生的光谱干扰问题，根据降噪和剔除趋势项后的差分吸收度，计算获得SO2的瞬时浓度，再由烟气流量，计算煤样燃烧烟气中累积的总硫量，由煤样燃烧析出总的硫量除以煤样量，即可获得煤质硫含量，避免了库仑滴定法和红外吸收法需对燃烧烟气进行预处理的过程。本发明的煤质含硫量紫外吸收光谱测量装置，包括燃烧炉、测量室、紫外光源、光谱仪、空气净化装置、流量计、废气处理装置、计算机等组成。

主权项

1.一种煤质含硫量紫外吸收光谱测量方法，其特征在于：步骤1：将煤送入燃烧炉进行燃烧，并将煤燃烧产生的烟气通入测量室，使用紫外平行光束照射测量室中的烟气，再接收并采集通过烟气的透射紫外光，入射平行光束的光谱强度为I₀(λ)，经过光程长度为L的测量室后的光谱强度为I(λ)，步骤2：计算吸收光谱强度与入射光谱强度之比的对数值即吸收度步骤3：对吸收度D(λ)进行基于经验模态分解EMD的自适应滤波和降噪处理，获得差分吸收度D′(λ)，具体算法如下：1)对噪声污染的吸收度D(λ)进行经验模态分解EMD，得到k个本征模态函数IMF分量D_i(λ)和趋势项r(λ)；2)计算吸收度D(λ)各分解尺度下本征模态函数IMF分量D_i(λ)噪声的均方值σ_1i，根据粗大误差检验的3σ准则，设定各尺度分量IMF的阈值t_1i＝3σ_1i，其中i＝1，2，....k，σ_1i计算过程如下：σ_1i＝MAD_1i/0.6745                                  (1)其中，MAD_1i为第i个本征模态函数IMF分量的绝对中值偏差，定义为MAD_1i＝Median(|D_i(λ)-Median(D_i(λ))|)              (2)Median表示取中值，3)对吸收度D(λ)各尺度下的本征模态函数IMF分量D_i(λ)进行阈值判别式中i＝1，2....k，为降噪后的本征模态函数IMF分量，4)由降噪后的本征模态函数IMF分量重构去噪和剔除趋势项后的差分吸收度D′(λ)，步骤4：建立关于SO₂气体浓度C的方程组：式中，λ_l为选取的第l个离散波长，l＝1，2...m，D′(λ_l)为第l个离散波长上的差分吸收度，m为选取的离散波长点个数，σ′(λ)为差分吸收截面，采用线性最小二乘算法对式(5)进行求解，获得待测气体污染物的浓度，所述的差分吸收截面σ′(λ)取得方法为：首先，试验室内在光程长度为L的测量室内充满标准浓度为C₀的待测SO₂气体，由光源发射光谱I₀(λ)和透过吸收室内吸收光谱I(λ)根据朗泊比尔定理I(λ)＝I₀(λ)exp(-C₀Lσ(λ))获得SO₂的吸收截面σ(λ)，对吸收截面σ(λ)的处理过程如下：1)对含有噪声吸收截面σ(λ)进行经验模态分解EMD，得到p个本征模态函数IMF分量σ_q(λ和趋势项R(λ)，其中q＝1，2，....p；2)计算各分解尺度下本征模态函数IMF分量噪声的均方值σ_2q，根据粗大误差检验的3σ准则，设定各尺度分量IMF的阈值t_nq＝3σ_2q，σ_2q计算过程如下：σ_2q＝MAD_q/0.6745                         (6)其中，MAD_q为第q个本征模态函数IMF分量的绝对中值偏差，定义为MAD_q＝Median(|σ_q(λ)-Median(σ_q(λ))|)   (7)Median表示取中值，3)对吸收截面σ(λ)各尺度下的本征模态函数IMF分量σ_q(λ)进行阈值判别式中q＝1，2....p，为降噪后的本征模态函数IMF分量，4)由降噪后的本征模态函数IMF分量重构去噪和剔除趋势项后的差分吸收截面步骤5：由进入测量室的烟气瞬时SO₂浓度和流量，计算煤样燃烧析出的累积硫析出量，直至燃烧完成无烟气产生，停止紫外光谱和流量采集，利用累积的总硫量除以煤样量即可获得煤质含硫量。