飞灰颗粒流的等离子体光谱稳定性优化方法研究

发布时间：2021-08-13 18:37

　　飞灰含碳量作为燃煤锅炉运行的一项重要经济技术指标,直接反映了锅炉的燃烧效率。实时监测飞灰含碳量,有助于及时调整风粉比和煤粉细度,有效平衡燃烧效率和炉内NOx生成浓度,进而保障锅炉的高效清洁燃烧。然而,传统飞灰含碳量分析采用离线的实验室分析,导致分析结果实时性差,难以为锅炉实时调节提供指导。而现有的在线检测方法又存在测量腔易堵灰、煤种适应性差等问题。本世纪初,激光诱导击穿技术（Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS）作为一种颇具前景的在线测量方法被提出用于飞灰含碳量的测量。LIBS检测飞灰等粉状样品时,通常选择将样品压成片、堆积平铺或者以颗粒流形式直接测量。相比于前两者,将LIBS直接用于颗粒流测量无需额外的预处理过程,还能够实现飞灰含碳量原位在线检测。然而,飞灰颗粒分布和粒径的不均匀性会引起颗粒激发不完全和等离子位置不稳定的情况,进而导致光谱强度波动和无效光谱出现,对后续定量分析造成显著干扰。因此,本文针对LIBS技术测量飞灰颗粒流过程中存在的光谱稳定性问题,致力于飞灰颗粒流的等离子体光谱稳定性优化方法研究。本文搭建了颗粒流等离子体光谱测量的... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

颗粒流LIBS实验系统示意图

第二章LIBS检测飞灰颗粒流的光谱稳定性研究13图2-2等离子体光谱对比:(a)击穿飞灰颗粒流样品；(b)击穿空气2.3.2石英砂颗粒流的光谱稳定性分析考虑到燃煤飞灰中最主要的成分是SiO2，因此首先选用纯石英砂样品（纯度≥99.999%）作为飞灰的简单替代样品进行初步实验。本实验一共选取五种不同粒径的石英砂样品，分别为180μm、150μm、106μm、75μm和48μm。分别调节其给粉频率使不同颗粒粒径样品下落时的质量流速一致。频率标定完成后，对所列5组不同粒径的样品进行LIBS测量，分别获取2000个光谱数据观察特征谱线强度的波动情况。在应用LIBS技术进行定量分析时，光谱数据的可重复性是测量的重要指标之一。可重复性指在相同的实验参数下，连续多次测量所得的数据之间的一致性。可重复性越好则光谱仪获取的光谱信号越稳定，说明在测量过程中系统参数波动越小，谱线强度受

华南理工大学硕士学位论文14待测元素浓度以外的因素影响的程度也就越校因此光谱测量的可重复性越高时，建立的定标曲线也就越可靠。为了评价光谱数据的可重复性，引入指标相对标准偏差(Relativestandarddeviation,RSD)来描述光谱数据的可重复性。在相同实验参数下，对同一测量对象进行N次连续测量获得的光谱数据的RSD可以用式(2-1)进行计算[41]：%1001112XX-XNRSDNii（2-1）式中，X是N次测量所得数据光谱强度的算术平均值，Xi是第i次测量所得数据光谱强度。图2-3不同颗粒粒径石英砂样品特征谱线强度及RSD值从图2-3可以看出，对于不同粒径的石英砂样品而言，其Si288.16nm特征谱线强度的RSD值在62.34%至107.71%范围内波动，并随着颗粒粒径的上升呈上升趋势，在106μm至180μm粒径区间内Si元素谱线强度RSD达到了110%上下，其单次测量强度波动程度显然远超压片样品的平均水平[41]。通过观察LIBS测量石英砂颗粒流原始光谱数据发现了大量不包含Si元素特征谱线的无效光谱，且粒径越大，无效光谱越多，这是因为LIBS直接测量气溶胶和颗粒流等离散样品时，由于激发区域较小（约为1mm3量级），通常当颗粒粒径大于10μm时即无法被完全解离和激发，从而影响定量分析的精确度[74][75]。显而易见，对于粒径为普遍大于10μm量级的石英砂颗粒而言，大多数颗


本文编号：3340939