工业燃烧高温气体红外辐射光谱检测技术研究

发布时间：2017-12-19 19:27

  本文关键词：工业燃烧高温气体红外辐射光谱检测技术研究　出处：《中国科学技术大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：工业高温窑炉内燃烧过程是一个复杂的多相反应过程,通过对燃烧过程参数的精确检测,结合科学地系统建模,可深入揭示燃烧过程机理,优化控制系统,以期达到优化燃烧的目的。被动傅里叶变换红外(FTIR)光谱遥测技术是近年来迅速发展的一种综合性探测技术,可实现对工业燃烧过程和区域非接触连续在线监测。本论文开展基于FTIR被动遥测等关键技术及其工业炉膛燃烧环境在线监测应用研究。论文研究了高温气体分子光谱特征和傅里叶变换红外光谱测量数据处理方法,针对工业现场红外辐射光谱被动遥测面临的问题,提出了一种改进的基于零光程差干涉数据对齐与平均的光谱数据获取算法,提高了光谱信噪比;通过采用复数窗函数与光谱数据卷积的光谱频域切趾方法,降低了光谱旁瓣引起的光谱混叠;结合Spearman相关系数建立了光谱相关性模型,以叠加湍流的一氧化碳遥测实验为例,分析了采用不同数据处理方法的光谱信噪比、光谱相关性和浓度反演结果,表明研究的数据处理方法在受湍流噪声干扰的在线检测中优于传统数据处理方法,减小了计算量,提高了反演精度。开展了基于红外辐射光谱反演高温气体温度的算法研究,根据谱线精细结构与温度的关系,结合谱带拟合法与双谱线法,研究了一种基于红外光谱双谱线拟合对比的气体温度测量方法,建立了气体温度反演算法模型,搭建了傅立叶变换光谱仪高温一氧化碳气体测量实验平台,开展了高温气体温度测量实验。结果表明,该方法能够测量高温气体温度。研究了基于被动遥测红外辐射光谱反演高温气体浓度的相关理论,建立了工业高温炉膛辐射光谱、测量区域内气体透过率谱重建的算法模型;依据HITRAN数据库建立了高温参考谱模型,模拟分析了高温气体红外辐射光谱特性;开展了高温气体测量实验,利用高温气体温度反演结果对测量光谱进行了温度修正,获得了不同温度下气体浓度。结果表明,修正算法提高了气体浓度的反演精度,并对系统的检测限进行了研究,获取了 NECL的理论表达式,据此分析了检测限随探测环境温度的变化规律。开展了水泥煅烧窑炉和石化火炬燃烧高温气体被动遥测实验,采用本文研究的反演算法对辐射光谱数据进行了分析,获得了实际生产过程的高温气体温度和浓度数据,测量结果能够反映窑炉和火炬燃烧高温气体特性的变化趋势。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN219

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本文编号：1309166