通常热力发电厂将飞灰中未燃碳的含量作为评价锅炉燃烧效率的重要指标, 通过测量飞灰中未燃碳的含量来评价煤粉燃烧的充分程度, 进而实现优化燃烧、 提高机组效率。 基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)无接触、 快速响应、 高灵敏度、 可以在线测量等特点, 备用来测量飞灰中未燃碳的含量。 由于烟气中CO2气体的存在, 碳谱线强度会随CO2浓度的变化而改变。 为了减少CO2气体对飞灰未燃碳测量结果的影响, 提出并设计了具有二级旋风分离器的LIBS测量飞灰未燃碳含量实验系统, 飞灰从给粉机流出后通过二级旋风分离器进入测量腔体, 脉冲激光经过透镜作用于飞灰样品进而产生等离子体。 LIBS系统采用双中心波长光谱仪, 可测得飞灰中C, Si, Mg, Fe, Ca和Al等主要元素谱线, 同时高分辨率通道可分辨出相邻C和Fe的元素谱线, 可以在获得充分的飞灰光谱信息的同时保证了测量的精度。 实验结果表明该系统可有效分离和收集飞灰颗粒, 减少CO2气体对测量结果的干扰, 为LIBS技术的工程应用提供了更准确的依据。

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术进行飞灰含碳量分析时常用的C I 247.86 nm 谱线附近存在强烈的谱线干扰。位于深紫外区无干扰的C I 193.09 nm 常用作分析谱线以避免谱线干扰，但该谱线在空气中会被氧气吸收而影响定量分析的准确性。为了进一步提高利用该谱线定量分析飞灰含碳量效果，在光谱仪中充入氩气并在等离子体区域用氩气吹扫，对比分析了两种气氛下采用C I 193.09 nm 谱线定量分析飞灰含碳量的效果。研究结果表明，在氩气气氛下获得的谱线强度及其信噪比、重复测量精度和含碳量的检测限均有显著改善，两个检验样品的含碳量预测绝对误差分别降至0.02%和0.42%(质量分数)，含碳量的检测限也降至0.37%(质量分数)。

在燃煤电厂, 飞灰含碳量是直接反映锅炉燃烧效率的重要指标, 控制含碳量水平和低氮燃烧之间的平衡要求实现含碳量的在线(或快速)检测。 将激光诱导击穿光谱技术应用于飞灰含碳量的快速测量, 针对测量中248 nm附近的C和Fe谱线干扰问题, 提出了利用Fe谱线修正的方法以提取重叠峰中C谱线的积分强度, 对比分析了Fe 248.33 nm, Fe 254.60 nm和 Fe 272.36 nm谱线分别作为Fe 247.98 nm的修正谱线时提取的C修正积分强度对飞灰含碳量定标曲线和未知样品重复测量精确度的影响。 研究结果表明, 对C和Fe谱线干扰进行强度修正可以提高含碳量定标曲线的拟合度, 并且可以显著改善低含碳量样品重复测量的精确度。 但同时需要注意用于修正的Fe谱线的合理选取, 防止在对低含碳量样品中C谱线强度的过度修正。 从定标曲线和重复测量精确度总体评价而言, Fe 254.60 nm谱线最适用于LIBS测量飞灰含碳量时的C和Fe谱线干扰的修正。

介绍了自主研发的激光诱导击穿光谱技术(LIBS)煤质在线检测设备,可完成自动取样并带有自清洁系统,能实时对电厂输煤管道中 煤粉的C、Ca、Mg、Ti、Si、H、Al、Fe、S等元素进行自动定量分析并转化为工业分析(发热量和灰分)结 果。提出了飞灰含碳量在线检测成套方案并研制了自动采样及LIBS检测装置,建立了去除C线中Fe线的数 学方法,利用二阶多元非线性逆回归模型建立了定标方程来校正基底效应,获得了0.26%的C元素测量精 度。开发了便携式LIBS设备用于土壤污染物的现场检测,可对土壤中的重金属污染物进行快速的定性分析。

利用激光诱导击穿光谱技术,分析由快速灰化法制得的粉煤灰样品中的未燃碳。实验中发现,常用的C元素分析谱线C 247.86 nm附近存在明显的Fe 247. 95 nm谱线干扰,严重影响未燃碳的激光诱导击穿光谱分析。选用处于深紫外区不存在其他光谱干扰的C 193.03 nm谱线作为分析线,建立未燃碳的定量分析曲线。研究结果表明,在大气常压环境下,通过对光谱探测系统进行深紫外增强镀膜处理,选用短焦距准直透镜和抗紫外光纤,可以探测到明显的C 193.03 nm谱线,由此分析未燃碳可以得到良好的定标曲线,拟合度为0.99,检测限为0.74%(质量分数)。

搭建了基于激光诱导击穿光谱技术的成分分析应用研究台架， 应用于粉煤灰未燃碳的检测， 考察不同能量的脉冲激光烧蚀粉煤灰样品时的等离子体特性。 使用多通道光纤光谱仪和CCD探测器对激光烧蚀形成的等离子体发射信号进行分光和探测。 分析碳谱线强度、 等离子体温度和电子密度随激光能量变化的趋势， 掌握激光能量对粉煤灰未燃碳测量的影响规律。 研究结果显示， 随着激光能量的增大， 碳谱线强度、 等离子体温度和电子密度均先增大后减小， 空气击穿明显增强。 随后碳谱线强度的变化趋于平缓并开始下降。 合适的激光能量可以增强等离子体发射信号， 并避免强烈空气击穿的不利影响， 有助于提高测量精度。