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《华中科技大学》 2010年
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应用激光诱导击穿光谱进行煤质测量的机理研究

李捷  
【摘要】: 煤的元素组成是锅炉热力计算和燃烧调整等诸多方面都必不可少的依据之一。传统的煤质分析方法通常是进行离线测量,不能及时提供入炉煤质的分析数据,无法满足锅炉燃烧调整和事故分析的需要,具有很大的局限性。因此,有必要发展新技术以实现煤质的快速检测。激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS)是一种新的元素分析技术,具有快速、多元素同时测量等优点,因而能够将其应用于煤质分析,以开发一种新型的煤质分析技术。本文采用理论分析和实验研究相结合的方法开展研究,为该技术应用于煤质分析提供实验基础和理论依据。 本文分析了激光诱导击穿光谱技术在燃煤领域应用的国内外研究现状,并总结了煤样LIBS研究的一些关键性问题:煤样等离子体的产生和演化机制十分重要;煤中待测的主要元素共有十几种,多元素同时测量存在困难;C、H和O等元素很难激发和电离,但这些元素的定标和定量分析至关重要。这些内容均与激光诱导击穿光谱技术在煤质测量上的实际应用密切相关。本文是针对这些关键性问题开展了一系列研究,其主要内容如下: 搭建了一套LIBS煤质检测实验系统。选用典型的神华煤为对象,通过对连续背景谱线和原子谱线C I 247.9nm时间演化过程的分析,探讨了煤样等离子体从产生到湮灭过程各阶段中谱线的形成机制。将煤样和金属铜的等离子体演化过程进行比较,讨论了煤样挥发分对等离子体的影响。该研究为开发LIBS煤质分析仪提供了实验平台和理论基础。 分析了元素激发、电离特性对等离子体的影响,并对不同谱线的时间演化过程开展一系列实验研究,从中选择了合适的延迟时间和采样门宽进行煤样的多元素同时测量。通过改变激光能量、透镜焦平面位置和光谱平均次数等相关参数对煤样进行实验,分析它们对谱线强度及其重复性的影响。在此基础上确定了较优的技术参数,并选择这些参数对四种不同产地的煤样开展了验证性实验,结果表明谱线较明显且重复性较好。这些研究为LIBS煤质分析仪的开发提供了实验依据和技术参数。 煤中C、H和0元素与煤的燃烧状况密切相关,但通过分析得知它们的谱线灵敏度低且定标曲线的效果较差。针对这些问题,本文选用原子谱线Si I 288.2nm作为内标谱线,对谱线C I 247.9nm、H I 656.3nm和O I 777.4nm建立内标曲线,得到了较好的定标结果。此外,为了避免环境大气对煤中O元素测量的干扰,本文采用直吹氩气的方法,结果表明氩气环境对O元素不存在干扰且能够增大煤中元素谱线的强度,并发现氩气环境下C、H和O元素的定标结果比大气环境下C、H和O元素的定标结果有所改善。这些研究为煤中C、H和O元素的测量提供了合适的定标方案。 对煤中元素进行定量分析是LIBS技术应用于燃煤领域的最终目的。对目前常用的定量分析方法进行了归纳。采用定标曲线法对煤中的次量元素进行了定量分析,结果表明测量的准确度较高。采用内标法对煤中的C、H和O元素进行了定量分析,分析结果具有了一定的准确度。采用内标法对煤灰中未燃碳进行了研究,结果表明该技术应用于煤灰中含碳量的测量具有较好的煤种适用性。这些研究为开发LIBS煤质分析仪提供了数据库。 最后对全文的研究工作进行了总结,并对进一步的研究工作提出了一些建议。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TK227.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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10 赵丽莉;李爱华;辛国省;何立荣;赵万余;;微波密闭消解ICP-AES法测定宁夏枸杞中矿物元素[J];安徽农业科学;2012年05期
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10 贾嘉;展秀丽;周志杰;王辅臣;;几种金属催化石油焦CO_2气化的实验研究[A];上海市化学化工学会2010年度学术年会论文集[C];2010年
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10 许慎启;煤气化反应动力学及渣中残碳反应活性研究[D];华东理工大学;2011年
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1 郑西强;利用焦化废水中水洗煤对煤的可浮性影响研究[D];安徽工程大学;2010年
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3 陈攀;水分对构造煤瓦斯解吸规律影响的实验研究[D];河南理工大学;2010年
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5 谷小虎;义马煤气化反应性研究[D];河南理工大学;2010年
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7 任红英;纳米Si-HAP分离富集—原子吸收法测定痕量铅、铬、镉的研究与应用[D];湘潭大学;2010年
8 李改云;纳米SiO_2分离富集—原子吸收法测定环境水样中痕量银和钯的研究[D];湘潭大学;2010年
9 刘玲娜;超声波辅助萃取菜籽磷脂酰胆碱的研究[D];河南工业大学;2010年
10 张晓萍;马油中生物活性成分的研究[D];新疆农业大学;2010年
【同被引文献】
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1 姚顺春;激光诱导击穿光谱技术在电站运行诊断中的应用研究[D];华南理工大学;2011年
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【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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10 吴涛;王新兵;饶志明;唐建;;脉冲CO_2激光诱导锡等离子体光谱观测[A];第十三届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2011年
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4 李莉 梁祖栋;马头发电总厂有了滚筒式煤样粉碎机[N];华北电力报;2000年
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6 黄其渊;松藻煤电:“网”出来的金点子[N];经理日报;2008年
7 李宛玲魏晓敏;王庄煤矿实现煤质检测自动化[N];山西日报;2008年
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9 刘多明王静;让节约理念在员工心中生根[N];中国现代企业报;2008年
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9 潘圣华;激光诱导击穿光谱应用于金属特性分析研究[D];华南理工大学;2010年
10 陈巧玲;基于自由定标的激光诱导击穿光谱技术的研究[D];浙江师范大学;2010年
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