准东煤燃烧火焰发射光谱检测与分析

发布时间：2020-06-22 23:59

【摘要】：准东煤燃烧会释放大量的碱金属钠(Na)。释放的碱金属会引起结渣、腐蚀等问题,降低换热器的使用效率和减少锅炉的使用寿命。对准东煤燃烧过程中的碱金属释放进行在线检测,对准东煤的清洁利用,提高锅炉换热效率,保证设备安全运行具有重要意义。本文利用对准东煤的燃烧进行了在线检测分析。首先,设计并搭建了一个基于火焰发射光谱法的碱金属标定及煤颗粒燃烧实验检测台。对采集的光谱进行分析可以同时得到碱金属Na的特征谱线辐射强度、温度以及波段辐射能的变化规律。在589.04nm和589.64nm处,光谱出现两个明显的峰值,为碱金属Na的特征谱线;温度采用多波长法计算,计算的波长范围为700-850nm。波段辐射强度则为计算温度的波长范围内的单色辐射能对波长的积分。其次,利用已知浓度的含Na标准液进行标定实验,得到碱金属Na的谱线辐射强度与气相碱金属浓度之间的关系。在气相浓度为3ppm时,出现自吸收效应,通过对自吸收的修正,修正后数据拟合优度为0.98,检测极限为0.043ppm。最后,对两种高钠准东煤和一种低钠煤的燃烧开展了发射光谱实验检测,研究了不同煤种中碱金属Na的释放。结果表明:根据碱金属气相浓度和波段辐射能的变化规律,可以判断出准东煤中碱金属Na的释放存在着三个阶段:挥发分阶段、焦炭阶段和灰分阶段;利用FES可以定量分析出燃烧环境中Na的气相浓度,且准东煤中释放碱金属的量远高于低钠煤;准东煤中的五彩湾煤的释放浓度要高于天池能源煤的,五彩湾煤在焦炭阶段的持续时间要大于天池能源煤的,五彩湾煤和天池能源煤在焦炭阶段的释放比例均超45%;改变空气流量可以改变准东煤燃烧的环境,可以影响燃烧环境的温度、空气组分,从而影响碱金属Na的释放。增加空气流量后,燃烧温度降低,灰分阶段释放比例增加,但碱金属总的释放量变小,灰中残余的Na增多。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ534;O657.3;TK227.1
【图文】：

谱线,实验装置图

利用简单的设备就可以对碱金属进行在线应用前景。为了实现碱金属的定量检测，线辐射强度与不同浓度的碱金属之间的关行检测。因此，本文搭建了一套基于火焰金属标定实验和准东煤燃烧实验均在此实包括光谱检测系统、图像采集系统、气体。光谱检测系统负责对碱金属的谱线和准采集系统负责对燃烧过程中火焰形状及煤控制系统负责对燃气、伴流气及雾化气的的标准液雾化成小雾滴，并带入燃烧器中发提供一个稳定的热环境。光谱采集系统装置，下文就这几部分进行详细介绍。

结构图,雾化器,玻璃,结构图

图 2-2 光谱仪实物图碱金属雾化系统化系统负责将碱金属标准溶液雾化，形成气溶胶，然后由载气将气溶激发。碱金属雾化系统是标定实验的进样系统，是标定实验必不可少化系统通常由雾化器、雾室和气路组成。雾化器的种类有许多，主要雾化器、交叉雾化器、高盐雾化器、双铂栅网雾化器和超声波雾化器同心雾化器是应用最普遍的雾化器，其结构如图 2-3 所示。其工作原理效应，当载气通入气管时，会在进样毛细管的尾部形成负压，在外部下，将样品引入雾室中进行雾化。载气具有两个作用：一是形成负压二是作为动力，使样品溶液雾化和运输雾室中的气溶胶至火焰中。

【参考文献】