Оптический измеритель двуокиси азота в выбросах промышленных предприятий Борисов, Юрий Александрович

Введение к работе

Проблема охраны окружающей среды от негативного антропогенного воздействия имеет несколько направлений, одним из которых является уменьшение выбросов промышленных предприятий. В настоящее время решение этой актуальной задачи зависит от соотношения интересов различных слоев общества, в которые входят производители, потребители, население и государство. Наиболее радикальное решение состоит в усовершенствовании технологии производства, что не всегда совпадает с экономическими интересами производителей. С другой стороны необходимо усиление системы ведомственного и государственного инспекционного контроля. Ведомственный контроль по своему назначению должен обеспечивать непрерывность измерений выбросов, для этого необходимы автоматические газоанализаторы; инспекционный контроль осуществляется периодически и требует оснащения мобильными приборами с высоким быстродействием.

Используемые методы контроля обладают достаточно высокой чувствительностью, но вследствие недостатков, присущих ручным химическим методам и связанных с доставкой проб в лабораторию для анализа, не обеспечивают необходимого объёма и достоверности информации. В связи с этим, к важнейшим направлениям работ в области охраны атмосферного воздуха следует отнести разработку новых методов анализа и создание на их основе портативных автоматических газоанализаторов, отвечающих требованиям ведомственного и инспекционного контроля, а также работы по метрологическому обеспечению средств измерений на всех этапах их создания.

Среди загрязнителей атмосферы большую опасность представляет высокотоксичная двуокись азота. Измерение содержания двуокиси азота в выбросах промышленных предприятий предъявляет высокие требования к измерительной аппаратуре из-за сложного состава анализируемой смеси.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка портативного оптического измерителя, предназначенного для контроля содержания двуокиси азота в выбросах промышленных предприятий и потенциально пригодного для серийного производства.

Научная новизна

1. Разработан метод измерения содержания двуокиси азота в выбросах промышленных предприятий, основанный на выделении фурье-компоненты спектра поглощения анализируемого газа.

2. Создан электрически перестраиваемый интерференционно-поляризационный светофильтр (ПИПС), выделяющий фурье-компоненту спектра поглощения газа N0₂ и исследованы спектральные характеристики этого светофильтра.

3. Создана термооптически компенсированная фазовая ступень светофильтра, основанная на комбинации пластин кристаллического кварца и двуфтористого магния.

4. Создан экспериментальный образец газоанализатора двуокиси азота, основу которого составляет ПИПС, в спектральных приборах подобного типа ранее не применявшийся.

5. Разработан физический эквивалент оптической плотности двуокиси азота, предназначенный для настройки и градуировки созданного газоанализатора.

6. Предложенный метод измерений носит общий характер и разработанный электрически перестраиваемый интерференционно-поляризационный светофильтр может быть использован при создании оптических газоанализаторов для газов, имеющих квазипериодическую структуру спектра поглощения (двуокись азота, двуокись серы, пары йода и т.д.).

Научная и практическая значимость работы.

. Разработан метод и средство измерения содержания двуокиси азота, в диапазоне от 2 до 1000 мг/м³, в выбросах промышленных предприятий. Метод позволяет увеличить верхний предел измерения и использовать газоанализатор в системе автоматического контроля технологических процессов с целью их оптимизации и снижения абсолютных выбросов двуокиси азота.

. На основании выполненных исследований в СКБ средств аналитической техники Минприбора изготовлены и прошли Государственные приёмочные испытания опытные образцы портативного оптического газоанализатора двуокиси азота ФГТОЗ-2. Изготовлена опытно-промышленная партия прибора ФГТОЗ-2, предназначенная для контроля выбросов промышленных предприятий.

. Материалы исследования использованы при создании методов и аппаратуры для определения содержания двуокиси азота в атмосфере при проведении наземных, самолетных и спутниковых наблюдений.

Результаты диссертационной работы внедрены

в организациях СКБ средств аналитической техники Минприбора, Центральной аэрологической обсерватории, Государственном научно-исследовательском институте азотной промышленности и продуктов органического синтеза.

На защиту выносятся:

. Результаты исследования спектральных характеристик электрически перестраиваемого интерференционно-поляризационного светофильтра (ПИПС) и метод измерения NO2 с использованием ПИПС, выделяющего фурье-компо-ненту спектра поглощения этого газа.

. Экспериментальный и опытно промышленные образцы газоанализатора двуокиси азота, основанного на использовании электрически перестраиваемого интерференционно-поляризационного светофильтра, и прошедшего государственные приемочные испытания.

. Физический эквивалент оптической плотности двуокиси азота, предназначенный для настройки и градуировки разработанного газоанализатора.

Апробация работы.

Проведена государственная метрологическая аттестация опытных образцов и экспериментального образца газоанализатора. В СКБ средств аналитической техники Минприбора изготовлена опытно-промышленная партия газоанализатора ФГТОЗ-2, которая успешно прошла государственные приёмочные испытания.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные методы и средства автоматического контроля атмосферного воздуха и перспективы их развития" (г. Москва, 1987 г.), Всесоюзном симпозиуме общества "Знание" "Автоматизация контроля загрязнения окружающей среды" (г. Москва, 1988 г.).

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах и получено два авторских свидетельства.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, списка литературы (библиография содержит 70 наименований), приложения. Работа содержит 35 рисунков, 12 таблиц.