煤的激光诱导等离子体特性及其基体效应研究

发布时间：2020-06-04 04:16

【摘要】：研发煤质快速分析装置,实现煤质数据在线检测对推进燃煤电厂燃料管理和智能化改造,促进煤炭清洁高效发电有重要意义。激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)具有无需/简单样品预处理、快速、多元素同时测量等优点,在燃煤电厂煤质在线检测领域具有很大的应用潜力。然而对于煤质分析来说,由于煤种之间物理化学性质不同引起的复杂基体效应会导致激光和煤相互作用过程中烧蚀、蒸发和等离子体形成存在强烈的非线性特征,这是影响LIBS测量煤质结果准确性和精确度的主要因素。本文以改善LIBS检测煤质的性能为目标,通过等离子光谱和空间演化特性深入研究了不同煤种及其成分对激光烧蚀样品过程和基体效应的的影响。本文通过搭建一套可以进行等离子体时空演化规律的LIBS实验装置。首先,以不同挥发分含量的煤及其煤焦作为研究对象,对比分析了由于挥发分的差异所导致的煤粉及其煤焦的等离子体特征光谱的谱线强度差别。同时研究了不同挥发分含量的煤等离子体空间特性的差异,证明随着煤中挥发分含量增加,更多的挥发性物质受热汽化、蒸发,并随着等离子体膨胀过程到达等离子体羽的上层区域。最后以样品表面各区域之间的元素浓度差异评价了激光热效应的影响。其次,深入研究了LIBS检测煤质中的基体效应的关键影响因素和修正方法。研究了粘结剂在改善煤质检测基体效应的效果,通过样品烧蚀坑形态特征和等离子体的温度波动等对比分析了粘结剂(KBr)混合比例对基体效应的影响。进一步利用等离子体温的标准偏差确定了最优的粘结剂混合比例,有效提高了碳元素定量分析模型的准确性和精度,为LIBS煤质检测的复杂基体匹配提供了一种思路。最后,针对同一批训练样本建立的BP神经网络热值预测模型受燃煤物质组成复杂引起的基体效应的影响,对不同类别的煤样有不同的效果。通过引入聚类分析算法,对建立模型的样本进行分类,初步评价了所建立的燃煤热值定量分析模型对不同煤种的适应性。可针对不同的样本种类分别建立不同的预测模型,从数据处理方面减弱由于基体效应带来的对定量分析结果的不利影响。
【图文】：

激光诱导等离子体,产生过程,测量原理

图 1-1 激光诱导等离子体产生过程和测量原理[20]煤的等离子体特性及其基体效应的研究现状IBS 技术作为一种典型的原子发射光谱技术，，自从 1962 年 Brech 和 Cross激光诱导等离子体的发现和次年Debras-Guédon等[22]发表有关等离子体技

系统图,等离子体,系统图,实验装置

图 2-1 LIBS 检测煤等离子体时间—空间分布的实验装置系统图用的获得等离子体空间分布的方法主要分为 2 种：一种是采用传光纤通过光纤束中不同光纤对应的空间高度来观察不同位置种方式存在一定的误差很大，且分辨率不高；另外一种通过成像
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ533;TM621

【参考文献】