[發明專利]一種燃燒火焰中氣相堿金屬質量濃度三維分布的檢測方法

有效

• 申請號: 201910943244.6
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110567910B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 婁春;蒲旸
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01N21/71
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳;曹葆青

本發明涉公開了一種燃燒火焰中氣相堿金屬質量濃度三維分布的檢測方法，屬于燃燒檢測領域。利用光譜采集設備獲取高堿燃料燃燒火焰的堿金屬原子發射光譜強度圖像，建立發射光譜強度圖像與火焰三維空間中氣相堿金屬源項輻射強度三維分布的堿金屬原子光譜成像模型，再結合反問題求解方法重建出火焰三維空間中氣相堿金屬源項輻射強度的三維分布，最后根據氣相堿金屬源項輻射強度與氣相堿金屬質量濃度的定量關系獲得火焰三維空間中氣相堿金屬質量濃度的三維分布。本發明為非接觸式測量方法，易于實施，可實現燃燒火焰中氣相堿金屬質量濃度三維分布的在線檢測。

技術領域

本發明屬于燃燒檢測領域，更具體地，涉及一種燃燒火焰中氣相堿金屬質量濃度三維分布的檢測方法。

背景技術

準東煤、生物質、城市固體廢棄物、化工廢醇廢油等燃料中含有較多的堿金屬，主要是鈉(Na)和鉀(K)。這些高堿燃料中的堿金屬在燃燒火焰中會揮發成氣相，而氣相堿金屬會造成受熱面沾污、積灰甚至腐蝕等問題，從而影響燃燒裝置的換熱效率和使用壽命，也給燃燒裝置的維護帶來較大的困難。因此，開展高堿燃料燃燒火焰中氣相堿金屬的定量檢測，能深入理解堿金屬釋放及遷移轉化規律，也能幫助燃燒裝置運行人員更好的優化調整燃燒，減少堿金屬給燃燒帶來的問題。

高堿燃料燃燒過程中的堿金屬測量方法主要分三類：第一類是對燃燒前的高堿燃料或燃燒后的灰渣中堿金屬含量的取樣檢測，第二類是對燃燒后的煙氣中氣相堿金屬的取樣檢測，這兩類方法都無法直接得到高堿燃料燃燒火焰中氣相堿金屬的含量，第三類是利用光譜技術對燃燒火焰中氣相堿金屬進行檢測，這類方法是非接觸式的測量方法，對被測對象基本沒有干擾，可以實現原位測量，無需取樣，主要包括激光誘導擊穿光譜技術(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)和自發射光譜分析技術。

LIBS技術已用于實驗室火焰中氣相堿金屬的定量分析，該技術屬于點測量，而且激光設備成本較高，對使用環境也有諸多要求，在鍋爐、窯爐等工業現場還難以大規模推廣應用。自發射光譜分析技術是通過分析高溫下鈉、鉀等堿金屬的原子發射光譜來定量獲得火焰中氣相堿金屬濃度，專利號為201510253375.3的授權的專利“一種鍋爐燃燒火焰中的氣相堿金屬濃度的在線檢測方法”、專利號為201610602713.4的授權專利“一種碳氫燃燒火焰中氣相堿金屬濃度的檢測方法”，以及公開號為CN201810551426.4的專利申請“用于測量鍋爐二維氣相Na濃度場和溫度場的裝置和方法”中，均是采用這種技術。自發射光譜分析技術不需要激光光源，易于在工業現場實施。但現有的自發射光譜分析技術得到的氣相堿金屬濃度是沿“視線”方向的累積值，并不能反映出火焰中在“視線”方向上每個位置的堿金屬濃度；而且，由于火焰中氣體和固體介質對沿“視線”方向的堿金屬原子發射光譜具有自吸收作用，在不做自吸收修正的情況下，獲得結果往往要低于真實值。

此外，在燃燒火焰三維空間中，高堿燃料燃燒釋放出的氣相堿金屬具有三維非均勻分布特征，即燃燒火焰中各個位置的氣相堿金屬濃度各不相同，迫切需要一種能實現燃燒火焰中氣相堿金屬質量濃度三維分布的檢測方法，但LIBS技術和現有的自發射光譜分析技術均無法得到燃燒火焰三維空間中氣相堿金屬質量濃度的三維分布。

發明內容

針對現有技術無法得到燃燒火焰三維空間中氣相堿金屬質量濃度的三維分布。利用光譜采集設備獲取高堿燃料燃燒火焰的堿金屬原子發射光譜強度圖像，建立發射光譜強度圖像與火焰三維空間中氣相堿金屬源項輻射強度三維分布的堿金屬原子光譜成像模型，再結合反問題求解方法重建出火焰三維空間中氣相堿金屬源項輻射強度的三維分布，最后根據氣相堿金屬源項輻射強度與氣相堿金屬質量濃度的定量關系獲得火焰三維空間中氣相堿金屬質量濃度的三維分布。

根據本發明的目的，提供了一種燃燒火焰中氣相堿金屬質量濃度三維分布的檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)獲取燃料燃燒火焰在可見光和近紅外光波段內的火焰發射光譜圖像，根據堿金屬原子發射光譜的特征波長得到堿金屬原子發射光譜強度圖像；