基于tdlas的机动车scr处理系统中逃逸氨检测的分析

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1、第一章绪论第一章绪论1.1课题来源及研究意义能源和环境是人类社会生存和发展的物质基础，发动机作为与能源和环境关系极为密切的载体，已成为与各行业、家庭密切相关的生产生活必需品。柴油机以其油耗低、扭矩大的优势，被广泛应用于船舶动力、发电、灌溉、车辆动力等领域，尤其在车辆动力方面的发展优势最为明显。随着柴油汽车保有量的快速、持续增长，柴油汽车尾气排放的主要气体成分氮氧化物（NOx）和颗粒物（PM）对环境的污染问题日益突出。研究和实践表明，以尿素水溶液为还原剂的SCR技术是唯一能够满足国IV甚至未来国V要求的排气后处理方法。其原理是利用柴油汽车

2、排气管排气的热量使得还原剂（尿素+水，比例32.5%）热解生成NH3，在催化剂的作用下与排气中NOx进行还原反应生成氮气和水。尿素剂量由SCR电控系统控制，实际工作中喷出的尿素量应略多于化学反应所需要的量，以确保还原完全，剩余的NH3排放到大气中。这一部分排放的NH3又造成了新的大气[1]环境污染。NH3是一种碱性、无色而又有强烈刺激性臭味的气体，会腐蚀和刺激人体粘膜组织，造成粘膜上皮组织损害，使病原微生物易于侵入，减弱身体对疾病的抵抗力。大量吸入会严重伤害人体的心血管、内脏、神经和免疫系统，严重时导致死亡。同时，已有大量研究表明，一定

3、浓度的NH3会对植物产生严重的伤害，[4]致使叶子出现伤斑，叶片枯焦，甚至死亡。此外，NH3很容易和大气中的一些酸性气体发生中和反应生成铵盐，促进大气细颗粒物（PM2.5）的形成，排放到空气中会产生严重的环境效应，对空气质量、大气能见度及酸性沉降有重要影响。（1）空气质量：NH3很容易和大气中的一些酸性气体发生中和反应生成铵盐，促进大气PM2.5的形成。当今人类面临的许多环境问题如光化学烟雾、酸[4]雨、霾和气候变化等直接或间接与大气气溶胶相关。由于PM2.5体积小、重量轻和数量多，输送距离远，它可以通过呼吸作用进入人体肺部并累积下来，

4、对人[5]体健康构成直接威胁。（2）大气能见度：在城市大气中，PM2.5对可见光的消光作用最强，是影响能见度的主要因子。1第一章绪论（3）酸性沉降：NH3在空气中的寿命较短，形成的铵盐在排放源附近会沉降到地面，寿命可达数天。同时可远距离输运并沉积在远离排放源的地方，引起土壤酸化、森林退化和水域富营养化，对周围环境造成严重的威胁。因此，对基于SCR净化路线技术的柴油汽车进行NH3排放浓度实时、高精度检测成为了一项新的课题。1.2氨气检测方法及国内外现状化学分析法作为一种传统的检测方法，广泛应用于NH3检测，近年来，又出现了一些新的方法，如

5、光谱方法，包括傅里叶变换红外光谱法、激光诱导荧光[13]法、光声光谱学法、可调谐半导体激光吸收光谱法，以及化学离子质谱法等。1、化学分析法：化学分析法主要是利用待测物与其他试剂发生化学反应中的颜色变化测定NH3浓度，主要有pH试纸法、比色法、气体检测管、化学发光法。化学分析法的缺点是必须对氨气进行人工采样，人为操作对分析的精度有很大影响；分析费时费力，响应速度慢，效率低，难以实时检测NH3浓度等。2、光谱法：（1）差分吸收光谱法：该方法利用各种气体在不同波段的光具有明显的差分吸收特点，来区分并测量不同气体浓度。优点是测量的是光程中的气体

6、平均浓度更具代表性，非接触测量有较高的检测精度，可实现实时、连续的大气检测。但该技术是根据吸收光谱[11][12]快慢对光谱进行分解，只适用于窄带吸收结构的气体，因此对环境要求高。（2）傅里叶变换红外光谱法（FTIR）利用该方法的傅里叶变换红外光谱仪，通过分束器将输入光分成两束，分别射向两面镜子，通过改变动镜，使两束光产生光程差。通过动镜的周期性运动，两束光的光程差随动镜移动距离成周期性变化。两束光最终都进入样品池，样品对某些谱带的吸收，使得探测器检测到含有样品吸收信息的干涉图，对其进行傅里叶变换即得红外吸收光谱。基于该方法的光谱分析仪

7、具有高通光量、低噪声、高精度等特点。但其扫描速度较慢，测量容易受到水和二氧化碳等干扰，因此不适宜现场环境检测。（3）激光诱导荧光法（LIF）当紫外光或波长较短的可见光照射到某些物质时，这些物质会发射出不同颜色和强度的可见光，而停止照射，光随之消失，这种光称为荧光。该方法有很好的选择性，有较高的灵敏度，但需要采样并进行消解，因此不适合实时在线检测。2第一章绪论（4）光声光谱法（PAS）：气体分子吸收特定波长的光子，通过跃迁将光能转化成热能，导致局部温变化，引起气压变化。光被调制时，会产生周期性的气压，出现声波，利用声传感器探测光声信号可得

8、光声光谱，得到其与气体浓度的关系。开放式光声腔有利于现场连续采样和检测，但必须采取声共振工作模式，而这种模式很难维持；该方[16]法容易受到其他气体干扰，影响检测精度；系统相对复杂，价格也比较昂贵。（5）可