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锅炉炉内烟气成分浓度场在线检测系统的设计与开发

陈雪雨  
【摘要】:电站锅炉炉膛内部燃烧状态的有效检测是实现燃烧优化控制、提高燃烧效率和降低污染物排放的重要措施。可调谐半导体激光吸收光谱技术是近年来迅速发展起来的一种基于光谱吸收的新型光学非接触式气体检测技术,具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点,对于实现电站锅炉炉内燃烧空间这种恶劣工况条件下的气体参数实时测量具有良好的适应性。对于电站锅炉炉膛内部燃烧工况复杂多变且空间较大的实际测量环境,需要基于密集布置测量光路的吸收数据才能得到较好的气体浓度场分布重建结果,而现有的TDLAS气体检测系统中激光器和探测器多采用固定的布置方式,限制了光路数量,导致有效吸收数据不足,严重影响了浓度分布图像重建质量,难以普及应用。针对以上问题,在本文的研究中结合机械传动机构实现激光信号的自动扫描接收,通过对四个光源位置的单束激光进行旋转,得到四组扇形布置的测量光路,搭建了包含80束激光信号的场参数测量系统,有效地突破了传统布置方式对于激光测量光路数的限制,降低了测量系统综合成本。为了充分模拟电站现场测量工况,参考电站四角切圆锅炉炉膛,对其实际尺寸按比例缩小,在实验室搭建了大型模拟电站锅炉炉膛试验台,通过控制模拟炉膛内部负压条件及气源装置的布置方式实现了对于炉膛内部燃烧过程气体浓度场分布情况的模拟。根据测量系统在试验台上所测数据,利用基于代数迭代重建算法(ART)编写的浓度反演重建程序,重建出CO2气体浓度场的二维分布。针对不同浓度气体的测量和气体不同区域分布的测量进行了多组重复实验,将实验结果与标准配比实验气体浓度进行比较,误差分析表明,重建结果较真实得反映了锅炉炉膛内部气体浓度场的二维分布状态,为实现优化燃烧控制提供了重要数据支持。


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