1 华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640
2 威凯检测技术有限公司，广东 广州 510663
3 广东省能源高效低污染转化工程技术研究中心，广东 广州 510640
4 广东省能源高效清洁利用重点实验室，广东 广州 510640
燃煤飞灰碳含量是影响锅炉工作效率的重要特性指标之一，文中开展激光诱导击穿光谱技术（LIBS）实现飞灰未燃碳的定量分析方法研究，为LIBS应用于飞灰含碳量的快速/在线检测奠定基础。根据所探测的LIBS特征光谱，将线性和非线性化学计量学方法，包括多元线性回归（MLR）和偏最小二乘回归（PLSR）线性分析分析方法，以及非线性的极限学习机（ELM）和支持向量机回归（SVR）模型应用于飞灰未燃碳的预测分析中，结合交叉验证法对模型进行验证。对比线性和非线性模型的结果可以看出，非线性模型的预测结果明显优于线性模型，其中采用基于K-CV参数优化的非线性SVR模型具有比较理想的分析结果，有助于提高飞灰碳含量分析的精确度和准确度，采用三折叠交叉验证法对模型进行验证，得到模型的决定系数R2均为0.99，相对偏差的平均值ARD分别为1.54%、3.45%、3.51%，相对标准误差RSD的平均值分别为7.53%、2.89%、7.18%。
光谱分析 激光诱导击穿光谱 燃煤飞灰 未燃碳 化学计量学方法 spectroscopy laser-induced breakdown spectroscopy fly ash unburned carbon chemometrics method 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200441
1 西安交通大学能源与动力工程学院, 陕西 西安 710049
2 Graduate School of Advanced Technology and Science, Tokushima University, Tokushima 770-8501, Japan
3 华陆工程科技有限责任公司, 陕西 西安 710065
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。
激光诱导击穿光谱 飞灰颗粒 未燃碳 二级旋风分离系统 Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) Fly ash particle Unburned carbon Two-stage cyclone system
1 华南理工大学 电力学院,广东 广州 510640
2 华中科技大学 煤燃烧国家重点实验室,湖北 武汉 430074
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)。
光谱学 激光诱导击穿光谱 粉煤灰未燃碳 深紫外 定标曲线
1 华南理工大学电力学院， 广东 广州510640
2 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室， 湖北 武汉430074
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。
激光诱导击穿光谱 激光能量 煤灰未燃碳 谱线强度 电子密度 空气击穿 Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) Laser energy Unburned carbon Line intensity Electronic density Air breakdown 光谱学与光谱分析
2009, 29(8): 2025
