中紅外激光光譜燃燒場CO和NO污染物濃度測量.pdf

1、燃燒場組分濃度是燃燒效率和污染物排放的重要指示標志，其測量對于燃燒過程分析有重要的研究意義。CO和NO作為燃燒的主要污染物，對人類健康和自然環(huán)境產(chǎn)生嚴重的危害，同時也是燃燒爐和發(fā)動機限定排放污染物。因此，對燃燒場CO和NO等污染氣體進行快速、實時檢測對安全生產(chǎn)、環(huán)境保護和燃燒診斷都具有重要價值。
　　中紅外波段對應(yīng)于大量分子物質(zhì)的基頻吸收，具有很強的吸收譜線，適合于燃燒場組分的測量。可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)因其具

2、有非侵入測量、抗干擾能力強、快速響應(yīng)、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，并且能夠同時測量溫度、組份濃度、流速等氣體參數(shù)，廣泛應(yīng)用于燃燒流場診斷。
　　本文針對燃燒場中CO和NO污染物濃度測量問題，開展了基于TDLAS技術(shù)燃燒場濃度測量研究。根據(jù)HITEMP數(shù)據(jù)庫對燃燒環(huán)境的模擬與分析，選擇燃燒產(chǎn)物H2O7154.35cm-1和7467.77cm-1兩條吸收譜線線強之比測溫，以CO2060cm-1和NO1900cm-1兩條中紅外強吸收基頻譜線用于濃度

3、測量。系統(tǒng)采用近紅外、中紅外多波長復(fù)用同光路探測方法，實現(xiàn)了燃燒場溫度和組分濃度的同時測量。
　　首先，搭建了基于TDLAS技術(shù)的燃燒場溫度濃度測量系統(tǒng)，并詳細分析測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理流程。其次，在高溫管式爐上開展溫度測量驗證試驗，TDLAS系統(tǒng)測量溫度值與設(shè)定值偏差均小于45K，溫度測量具有可靠性;同時分別進行CO和NO濃度測量標定實驗，反演濃度誤差分別在3.0％和3.5％以內(nèi)，線性度達到0.999以上。最后，將系統(tǒng)置于可升降

4、光學(xué)平臺上，針對實驗室直徑60mm的McKenna CH4/AIR預(yù)混平焰爐，開展了CO和NO污染物濃度測量實驗，實現(xiàn)了對不同當(dāng)量比和爐面高度的CO和NO濃度測量，測量誤差分別在5.7％和5.9％以內(nèi)，并分析討論測量結(jié)果。由此驗證了TDLAS技術(shù)對燃燒診斷分析的可行性和可靠性。
　　通過光譜選線，系統(tǒng)設(shè)計，溫度和濃度測量等工作，研究了基于中紅外TDLAS技術(shù)的燃燒流場溫度和CO、NO組分濃度的測量技術(shù)，實現(xiàn)了燃燒場污染物濃度的非侵