第36卷，第12期 2016年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36, No. 12· pp4058-4062
December, 2016
不同来源煤灰激光诱导击穿光谱测量特性对比研究
沈跃良1，陆继东2*，张博2
1.广东电网公司电力科学研究院，广东广州510080 2.华南理工大学电力学院，广东广州510640
摘要飞灰含碳量的定量分析需要不同含碳量梯度的飞灰样品作为定标之用，通常做法是用煤粉按照快速灰化法的要求灼烧得到不同含碳量的灰样，用于定标分析。但是这与实际锅炉飞灰的成分存在一定差异，需要对光谱特性的差异进行研究来指导实际定标工作。因此，对比了快速灰化法制备的不同含碳量的煤灰样品与锅炉飞灰在特征谱线强度、等离子温度等等离子光谱特征方面的差异，实验证明快速灰化法制备的煤灰样品的Fe，Mg和Al谱线强度强于锅炉飞灰样品，飞灰等离子温度低于所制备的煤灰样品的等离子体温度，这可能是不同处理过程的物理化学特性差异造成的，用主成分分析法考察了导致光谱差异的主要原因，认为Fe，Mg，AI和Si等元素是导致二者在光谱特性差异的主要因素，这可能因为实验室内按照快速灰化法进行制样的飞灰相应矿物质组成不同所导致的。在用灼烧后的煤灰定标未燃碳时，应注意由于成灰过
程不同所造成的Fe，Mg，A1和Si等元素含量和形态不同所带来的影响，关键词激光诱导击穿光谱；煤灰；主成分分析
3文献标识码：A
中图分类号：0657.3
引言
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2016)124058-05
Stankova等对比了不同粘合剂和测量参数对测量的影响，并采用内标法以提高测量灵敏度和精确度[3]。Ctvrtnickova等应用LIBS技术对比分析了在单脉冲和双脉冲激光测试模式
飞灰含碳量是锅炉优化控制、计算锅炉燃烧效率和考核
发电厂运行经济性的重要指标，通过实时监测飞灰含碳量指标可以选用最优的磨煤机出力、一、二次风风速和风量比，提高锅炉运行的经济性，因此在线测量飞灰含碳量对于实时优化锅炉运行状况是十分必要的。传统实验室测量方法采用烧失法1，但是这种方法存在较大的滞后性，无法满足实时控制的需求。目前，飞灰含碳量的在线测量主要方式为微波吸收法、红外激光测量法、在线烧失法，这些方式在现场测量中存在煤种适应性不强、机械部件可靠性不高等问题，限制了在现场环境中的应用[2-汀。激光诱导击穿光谱方法（la-ser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)是一种原子发射光谱技术，具有原位分析、连续测量等优点，可以用于飞灰含碳量的在线检测。Noda等将LIBS应用于高压和高温条件下飞灰、焦炭和煤粉中的碳成分的检测，得到了实际环境下的测量参数4；Kurihara等将LIBS测量设备应用于百万机组火电厂的飞灰含碳量测量，测量标准偏差达到0.27%； Corunia等对比了不同粘合剂与飞灰混合时的测量效果6)；
收稿日期：2015-09-30，修订日期：2016-01-24
基金项目：国家自然科学基金项目(51476061)资助
下燃煤锅炉的飞灰和底渣的测量特性"，Zhang等将LIBS 应用于电厂飞灰含碳量的测量，测量精度达到0.26%，平均相对误差达到3.81%[9]，
飞灰含碳量的定量分析需要不同含碳量梯度的飞灰样品，由于现代大型火电机组运行的限制，直接从炉膛中取样难以获得不同碳含量梯度的飞灰样品，一种常用做法是用煤纷按照快速灰化法的要求灼烧得到不同含碳量的灰样10，用于定标分析。姚顺春等按照快速灰化法制得不同含碳量的灰样，分别研究了深紫外区的未燃碳测量和煤种适应性对未燃碳测量的影响问题[11-12]。由于快速灰化法的灼烧温度在（815土10）℃，而一般电站锅炉炉膛内高温火焰中心的温度高达1500～1600℃，快速灰化法的操作温度明显低于实际炉整温度。有研究表明，不同温度下煤中矿物质成分的分解温度不同，二者的成分存在差异[13]，需要讨论二者在LIBS 光谱特性上的差异，以指导实际飞灰残碳和其他元素的测量。本文对比了快速灰化法制得的煤灰和电厂辆炉飞灰 LIBS测量特性的差异，为修正飞灰碳元素回归曲线提供实
作者简介：沈跃良，1971年生，广东电网公司电力科学研究院教授级高级工程师
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