论文部分内容阅读
燃烧场组分浓度是燃烧效率和污染物排放的重要指示标志,其测量对于燃烧过程分析有重要的研究意义。CO和NO作为燃烧的主要污染物,对人类健康和自然环境产生严重的危害,同时也是燃烧炉和发动机限定排放污染物。因此,对燃烧场CO和NO等污染气体进行快速、实时检测对安全生产、环境保护和燃烧诊断都具有重要价值。中红外波段对应于大量分子物质的基频吸收,具有很强的吸收谱线,适合于燃烧场组分的测量。可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)因其具有非侵入测量、抗干扰能力强、快速响应、结构简单等优点,并且能够同时测量温度、组份浓度、流速等气体参数,广泛应用于燃烧流场诊断。本文针对燃烧场中CO和NO污染物浓度测量问题,开展了基于TDLAS技术燃烧场浓度测量研究。根据HITEMP数据库对燃烧环境的模拟与分析,选择燃烧产物H20 7154.35cm-1和7467.77cm-1两条吸收谱线线强之比测温,以CO 2060 cm-1和NO 1900cm-1两条中红外强吸收基频谱线用于浓度测量。系统采用近红外、中红外多波长复用同光路探测方法,实现了燃烧场温度和组分浓度的同时测量。首先,搭建了基于TDLAS技术的燃烧场温度浓度测量系统,并详细分析测量系统结构和数据处理流程。其次,在高温管式炉上开展温度测量验证试验,TDLAS系统测量温度值与设定值偏差均小于45K,温度测量具有可靠性;同时分别进行CO和NO浓度测量标定实验,反演浓度误差分别在3.0%和3.5%以内,线性度达到0.999以上。最后,将系统置于可升降光学平台上,针对实验室直径60 mm的McKenna CH4/AIR预混平焰炉,开展了 CO和NO污染物浓度测量实验,实现了对不同当量比和炉面高度的CO和NO浓度测量,测量误差分别在5.7%和5.9%以内,并分析讨论测量结果。由此验证了 TDLAS技术对燃烧诊断分析的可行性和可靠性。通过光谱选线,系统设计,温度和浓度测量等工作,研究了基于中红外TDLAS技术的燃烧流场温度和CO、NO组分浓度的测量技术,实现了燃烧场污染物浓度的非侵入式快速准确测量,有利于燃烧过程分析的研究,具有一定的工程应用价值。