光谱法火焰检测技术研究

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１ 火焰 光谱测 量装置和 实验 系统
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测量火焰光谱的装置系统简图，如图 １所示。
我们利用光纤光谱仪对火焰光谱进行采集 ，光谱 测 量 范 围从 ２００～１ １００ ｎｍ。火焰 辐 射 光 经 探 头 中的 聚光透 镜会 聚后 投 射 到 一 根 石 英 光纤 上 ，通 过光纤将火焰辐射信号传送到光谱仪 。光辐射信 号 经 ＣＣＤ 阵列 转 化 为 电信 号 ，再 经 模／数 转 换 后 输 入计 算机 进行 处理 。通 过调 节 聚光透 镜 与光纤 的距 离 可 以调整 探头 的测 量距 离 和范 围 。 由于透 镜 和光纤 不 能承 受过 高 的温度 ，所 以 ，整 个探 头采 取 了双层 风 冷结 构进 行保 护 。
ｃｏｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｎａ ｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｊｕｄｇｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｄｉａｇｎｏｓｉｎｇ
ｔｈｅ ｃｏｍ ｂｕｓｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌａｍ ｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｆｌａｍｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；Ｓｐｅｃｔｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｂｌａｃｋｎｅｓｓ
（Ｓｈｅｎｈｕａ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００２１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｌａｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌａｍｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｅａｓｕｒ ｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌａｍｅ ｗｉｔｈ ａ ＣＣＤ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ． Ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｂｉｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ａｎａｌ ｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｈｅｒｍ ｏｃｏｕｐｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｆｌａｍｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，Ａｈｈｏｕｇｈ ｔｈｅｒｅ ｉｓ ａ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ， ｉｔ ｉｓ ｎｏｔ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｔｏ ｃｏｍ ｐａｒｅ ｔｈｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｂｙ ｍ ｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｌａｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌａｍ ｅ，ｗｅ ｃａｎ ｍ ａｋｅ
关键词 ：火焰检 测 ；光谱 法 ；温度 ；黑度 中 图分 类 号 ：０６５７．３１ 文献标 志 码 ：Ａ 文章 编号 ：１００９—３２３０（２０１８）０５—０００８—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ ｅｔｒｙ Ｆｌａｍ ｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＪＩ Ｍｉｎｇ—ｂｉｎ
收 稿 日期 ：２０１８—０３—１１ 修 订 日期 ：２０１８—０３—３０ 作者简介 ：季 明彬 （１９７３一），男 ，本科 ，高级工程 师 ，长期从
事 火 电 厂生 产 技 术 管 理 工 作 。
闭环控 制 的关 键 是必 须有 可靠有 效 的燃烧 测 量手 段 和控 制标 准 。然 而 ，目前 工 业 上 使用 的燃 烧 检 测器 只 能提供 一 个反 映火 焰有 、无 的开关 量信 号 ， 无 法满 足锅 炉燃 烧 闭环控 制 的要求 。既 能从 理论 上 较全 面反 映火 焰 燃 烧 特 征 ，又 能 满 足工 业 应 用 要 求 的测量 方法 还未 见诸 文献 。国 内外 常用 的燃 烧 检测 装置 和途 径 主要 有 ：基 于 火 焰 亮 度 和 闪烁 频 率 的红 外 、可 见 光 、紫 外 火检 、高频 闪烁 火 检 和 交 叉相 关法 火焰 检测 器 ，基 于 ＣＣＤ技 术 的火 焰 图 像 处理 和火 焰 （炉膛 ）温 度 场 重建 ，基 于光 学 分 层 分 析技 术 的火焰 （炉 膛 ）温 度 场重 建 ，基 于 傅 立 叶 红外光 谱 仪 的火焰 检测 器 ，多波 长法 测 量 火 焰 温 度 ｊ，人 炉能 量检 测 ，和火 焰辐 射 能测 量 等 。通 过 这 些方 法科 技工 作者 在燃 烧检 测领 域取 得 了公
０ 引 言
随着 经济 的快速 发展 和 和 国际能源 供 给环境 的变 化 ，我 国政 府 已经 把 能 源 的清 洁 高 效 利用 作 为 了一项 基 本 国策 。近 期 ，中央 政 府 又 提 出单 位 ＧＤＰ产 值 能 耗 进 一 步 下 降 的 节 能 目标 。火 电 厂 作为 能耗 大 户在 全 国 的节 能 降 耗 工作 中 ，占据 着 十分 重要 的位 置 。 目前 ，大 型火 电厂 都 基 本 实 现 了闭环 控制 ，有些 电厂 已经实 现 了远程 负荷 调整 。 如何 进 一步 对锅 炉 的燃烧 过程 进 行优化 成 为提 高 发 电机 组整 体 效 率 的关 键 环 节 。实 现 可 靠 、有 效
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认 的成就 。本 课题 组 利用 ＣＣＤ光纤 光 谱 仪 ，通过
对 火 焰辐 射光 谱 进 行 分 析 ，获 得 了煤 粉 火焰 的温
度 和 黑度 ，在 寻找 火 焰 燃 烧 诊 断 判 据 方 面 的研 究
工 作 中取得 了一些 进展 。
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应用 能源 技术
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—３２３０．２０１８．０５．００３
２０１８年第 ５期 （总第 ２４５期 ）
光 谱 法 火 焰 检 测 技 术 研 究
季 明彬
（神 华四川 能 源有 限公 司 ，成都 ６１００２１）
摘 要 ：利 用 ＣＣＤ光 纤光 谱 仪 测 量 和 分 析 火 焰 的辐 射 光谱 可 以得 到 火 焰 的温 度 和 黑度 。 光谱 法 获得 的 火焰温度 和传 统热 电偶 方 法获得 火焰 温 度 存在 较 大的 差异 ，两 者存 在 关联 性 ，但 不 宜将 两者 的数值 大 小直接进 行 比较 。通 过 测量 火焰 的温度 和 黑度 ，我们 可 以对燃 烧 的过 程进 行相 应 的分析 判 断 ，为诊 断火焰 的燃 烧状 态提供 判 断依 据 。