一种化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法及系统

本发明涉及遥感探测，具体涉及一种化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法及系统。

背景技术：

1、化学品燃烧不仅会消耗大量能源，而且会产生各种有害物质，如co2、so2、no2等污染气体，严重影响环境和人类健康,因此需要对化学品燃烧污染物排放量进行监测。

2、传统的污染物监测技术往往需要采集样品，通过实验室分析确定污染物的种类和浓度，这种方法不仅耗时耗力，而且难以实现实时监测。并且，当突发化学品燃烧时，传统的污染物监测技术无法有效及时的对燃烧污染物进行监测反馈。

3、因此急需一种能够实时、远程、无损、高效的对化学品燃烧污染物排放量监测的方法。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法及系统。

2、为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，包括以下步骤：

3、采集化学品燃烧火焰红外光谱，基于所述红外光谱得到化学品燃烧火焰平均辐射流qave，以及各燃烧产物的占比；

4、基于所述平均辐射流qave计算化学品燃烧的放热率q；

5、基于所述放热率q、各燃烧产物的占比以及各燃烧产物的键能计算单位面积的质量燃烧率mf；

6、基于单位面积的质量燃烧率mf求得燃烧质量损失速率mp；

7、根据质量损失速率mp以及各燃烧产物的占比计算得到各污染物的排放量。

8、本方法通过光谱遥感技术获取物质信息，以及燃烧火焰红外光谱与化学品的燃烧速率的关系对化学品燃烧产生的火焰进行实时监测，得到各污染物的排放量。

9、在该化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法的可选方案中，记录化学品燃烧火焰红外光谱上各燃烧产物对应的特征峰值，将各特征峰值进行归一化处理，得到各燃烧产物的归一化百分比，即得到各燃烧产物的占比。

10、在该化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法的可选方案中，计算化学品燃烧的放热率q的步骤为：

11、基于所述平均辐射流qave得到辐射发射功率ef；

12、基于该辐射发射功率ef得到化学品燃烧的放热率q。

13、在该化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法的可选方案中，化学品燃烧的放热率q＝ef*af，其中，辐射发射功率τ是大气透过率，f是视角系数；r是积分面积，af是火焰表面积。

14、在该化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法的可选方案中，单位面积的质量燃烧率mf的计算步骤为：

15、将各燃烧产物的占比与各燃烧产物的键能乘积相加得到燃烧热δhc；

16、将所述燃烧热δhc代入公式q＝xmfafδhc中，其中，x为修正系数，af为火焰表面积，求解得到单位面积的质量燃烧率mf。

17、在该化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法的可选方案中，获取火焰直径d，计算燃烧质量损失速率mp，计算公式为

18、在该化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法的可选方案中，获取火焰到光谱检测模块的距离l、火焰高度h、火焰直径d，计算视角系数f，计算公式为：其中，

19、

20、

21、

22、在该化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法的可选方案中，采集火焰高度h及火焰直径d，计算火焰表面积af，计算公式为

23、本发明还提出了一种化学品燃烧特征污染物排放量监测系统，包括：

24、光谱检测模块，设置于化学品燃烧火焰上方，用于检测化学品燃烧火焰光谱；

25、火焰高度测量模块，用于检测火焰高度；

26、火焰直径测量模块，用于检测火焰直径；

27、所述光谱检测仪、火焰高度测量模块、火焰直径测量模块的输出端分别连接控制模块，所述控制模块根据上述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法对化学品燃烧特征污染物排放量进行监测。

28、在该化学品燃烧特征污染物排放量监测系统的可选方案中，所述光谱检测模块、火焰高度测量模块、火焰直径测量模块设置于无人机上或搭载于卫星上；

29、当设置于无人机上时，所述控制模块与无人机连接，控制无人机的飞行高度及飞行方向；

30、当搭载于卫星上时，所述控制模块与卫星通信，获取所述化学品燃烧火焰光谱、火焰高度和火焰直径。

31、该化学品燃烧特征污染物排放量监测系统能够实时、远程、无损、高效的对燃烧污染物进行监测。

32、本发明的有益效果是：本发明计算过程简单，快速，通过光谱遥感技术获取物质信息，通过构建出燃烧火焰红外光谱与化学品的燃烧速率的关系对化学品燃烧产生的火焰进行实时监测，得到各污染物的排放量，可了解化学品的化学性质和燃烧过程，能对燃烧污染物进行实时监控，能够实时、远程、近程、无损、高效的对燃烧污染物进行监测，可为空天遥感检测火灾污染奠定基础。

33、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，记录化学品燃烧火焰红外光谱上各燃烧产物对应的特征峰值，将各特征峰值进行归一化处理，得到各燃烧产物的归一化百分比，即得到各燃烧产物的占比。

3.根据权利要求1所述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，计算化学品燃烧的放热率q的步骤为：

4.根据权利要求3所述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，化学品燃烧的放热率q＝ef*af，其中，辐射发射功率τ是大气透过率，f是视角系数；r是积分面积，af是火焰表面积。

5.根据权利要求1所述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，单位面积的质量燃烧率mf的计算步骤为：

6.根据权利要求1所述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，获取火焰直径d，计算燃烧质量损失速率mp，计算公式为

7.根据权利要求4所述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，获取火焰到光谱检测模块的距离l、火焰高度h、火焰直径d，计算视角系数f，计算公式为：其中，

8.根据权利要求4所述的化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法，其特征在于，采集火焰高度h及火焰直径d，计算火焰表面积af，计算公式为

9.一种化学品燃烧特征污染物排放量监测系统，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的化学品燃烧特征污染物排放量监测系统，其特征在于，所述光谱检测模块、火焰高度测量模块、火焰直径测量模块设置于无人机上或搭载于卫星上；

技术总结
本发明提出了一种化学品燃烧特征污染物排放量光谱监测方法及系统。该方法为：采集化学品燃烧火焰红外光谱，基于所述红外光谱得到化学品燃烧火焰平均辐射流，以及各燃烧产物的占比；基于所述平均辐射流计算化学品燃烧的放热率；基于所述放热率、各燃烧产物的占比以及各燃烧产物的键能计算单位面积的质量燃烧率；基于单位面积的质量燃烧率求得燃烧质量损失速率；根据质量损失速率以及各燃烧产物的占比计算得到各污染物的排放量。本方法通过光谱遥感技术获取物质信息，以及燃烧火焰红外光谱与化学品的燃烧速率的关系对化学品燃烧产生的火焰进行实时监测，得到各污染物的排放量。

技术研发人员：郑董,陈志莉
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15