[发明专利]一种锅炉燃烧火焰中的气相碱金属浓度的在线检测方法

权利要求书

1.一种锅炉燃烧火焰中的气相碱金属浓度的在线检测方法，其特征在于，该在线检测方法包括如下步骤：

(a)基于特征谱线构建拟合模型

选取要测量的碱金属特征谱线，并基于该选取的碱金属特征谱线，构建燃烧火焰中碱金属特征谱线辐射强度I_Alkali关于气相碱金属浓度C_Alkali与火焰温度T之间的拟合模型：其中，a_mn是多项式拟合系数，阶数m、n为正整数，T表示作为测量对象的火焰温度且其单位为开氏温度；

此外，上述拟合模型的构建过程如下：

(a1)根据火焰光谱分析，在热力学平衡时，元素的原子或离子吸收高温火焰中的能量由基态变为激发态，单位体积的基态原子数N₀与激发态原子数N_i之间的分布满足统计力学中麦克斯韦—玻尔兹曼分布定律，即：

$N_i=\frac{g_i}{g_0}\·N_0\·e^{-\frac{E_i}{{\mathrm{kT}}_0}}---\left(1\right);$

其中，g_i、g₀分别表示激发态与基态的统计权重，E_i为激发能，k为玻尔兹曼常数，T₀为激发温度；

(a2)将两能级i、j之间跃迁所产生的谱线强度I_ij与激发态原子数目的关系表示如下：

I_ij＝N_i·A_ij·h·v_ij(2)；

其中，A_ij为两个能级间的跃迁几率，h为普朗克常数，v_ij为发射谱线的频率；将上述式(1)带入该式(2)中得到下式：

$I_{ij}=\frac{g_i}{g_0}\·A_{ij}\·h\·v_{ij}\·N_0\·e^{-\frac{E_i}{{\mathrm{kT}}_0}}---\left(3\right);$

(a3)根据式(3)可知，原子特征谱线辐射强度与基态原子数N₀、激发温度T₀有关，而基态原子数N₀又与浓度有关，因此碱金属特征谱线辐射强度I_Alkali被表示为碱金属浓度C_Alkali与作为测量对象的火焰温度T的函数，并采用最小二乘法拟合得到上述拟合模型；

(b)执行标定处理

将检测光谱仪进行绝对辐射强度标定，然后用该标定后的检测光谱仪测量已知碱金属浓度的火焰对象，得到其碱金属特征谱线辐射强度和火焰温度，把测量的一系列不同碱金属浓度下对应的特征谱线辐射强度和火焰温度带入所述拟合模型中，得到模型的多项式拟合系数a_mn的具体数值；

(c)在线检测

采用上述标定后的检测光谱仪实时测量锅炉燃烧火焰辐射光谱，获得相对应的碱金属特征谱线辐射强度，同时获得火焰温度；将所述碱金属特征谱线辐射强度、所述火焰温度以及步骤(b)所获得的多项式拟合系数a_mn的具体数值代入步骤(a)中所构建的拟合模型中，计算获得锅炉燃烧火焰中气相碱金属的实际浓度，由此实现锅炉燃烧火焰中气相碱金属浓度的在线检测。

2.如权利要求1所述的一种锅炉燃烧火焰中的气相碱金属浓度的在线检测方法，其特征在于，所述检测光谱仪在黑体炉上进行标定。