[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

摘要

本发明公开了一种直接采用火焰发射光谱分析来在线检测锅炉火焰中气相碱金属浓度的方法，首先选择要测量碱金属的特征谱线，然后构建特征谱线辐射强度关于火焰温度、气相碱金属浓度的拟合模型，再次通过实验标定确定拟合系数，最后由便携式光纤光谱仪测量火焰对象的辐射光谱，得到火焰温度和碱金属特征谱线辐射强度，代入建立的已知拟合系数的拟合模型计算得到火焰中气相碱金属的浓度。本发明能够简便、准确的在线检测炉内燃烧火焰中气相碱金属的浓度，并可以同时检测多种碱金属含量，设备简单、成本低廉，便于工业现场测量。

主权项

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IAlkali关于气相碱金属浓度CAlkali与火焰温度T之间的拟合模型：其中，amn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Ni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：Ni=gig0·N0·e-EikT0---(1);]]>其中，gi、g0分别表示激发态与基态的统计权重，Ei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Iij与激发态原子数目的关系表示如下：Iij＝Ni·Aij·h·vij  (2)；其中，Aij为两个能级间的跃迁几率，h为普朗克常数，vij为发射谱线的频率；将上述式(1)带入该式(2)中得到下式：Iij=gig0·Aij·h·vij·N0·e-EikT0---(3);]]>(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IAlkali被表示为碱金属浓度CAlkali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amn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amn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。