[发明专利]一种激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置及方法，属于煤粉颗粒质量浓度的测量技术领域，包括煤粉发射单元、对煤粉颗粒进行加热的激光器、用于捕获煤粉中激光诱导炽光信号的捕获单元、显示并记录所捕获的激光诱导炽光信号强度的示波器以及与示波器通讯连接的处理单元；捕获单元包括放置在煤粉射流路径上的光电倍增管以及放置在光电倍增管前的滤光片；处理单元包括存储器和处理器，存储器存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时能实现以下步骤：建立煤粉质量浓度与激光诱导炽光信号峰值强度之间的关系；基于包含煤粉浓度与激光诱导炽光信号峰值强度关系的煤粉质量浓度计算模型得到煤粉的质量浓度。

技术领域

本发明涉及煤粉颗粒质量浓度的测量技术领域，具体地说，涉及一种激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置及方法。

背景技术

现阶段在我国的电力结构当中，火电燃煤机组依旧占绝对的主导地位，火电厂燃煤锅炉机组的装机容量超过200GW。煤粉是火电燃煤机组的主要燃料。煤粉的浓度是燃煤电厂中锅炉燃烧状况的一项重要指标，在线测量煤粉颗粒浓度能够实时指导锅炉进行优化运行，对于提高电厂效率，节能减排有比较广泛的工程应用价值。

煤粉浓度分配不均导致的燃烧不稳，燃烧效率下降是电厂亟待解决的问题，然而由于电厂内复杂的设备，煤粉浓度的在线测量具有较高难度。煤粉的浓度会影响到锅炉热燃烧效率以及环境污染，也关系到煤粉的气流着火温度。煤粉是一种含碳量较高的物质，与碳烟相似，对于激光也具有较强的吸收性。对于煤粉等粗颗粒的激光诱导炽光测量有很高的应用价值。

目前针对煤粉浓度测量一般采用热平衡法，热平衡法进行测量时需要保证煤粉与气流混合时需要使系统处于绝热状态，需要的测量条件较为苛刻，精度受外界影响较大。而激光诱导炽光技术具有比较高的时间和空间分辨率，对于微米级的煤粉浓度测试是一种很有发展潜力的技术。

激光诱导炽光法测量煤粉浓度通过结合试验结果与理论模型，建立完善关于微米级含碳颗粒激光作用的传热传质模型，从而得到激光激发的激光诱导炽光信号与煤粉浓度之间的关系，通过实时测得的激光诱导炽光信号强度得到煤粉浓度。

针对煤粉等粗颗粒的激光诱导炽光测量的研究还比较少，因此，通过激光诱导炽光的方法对煤粉浓度进行测量具有比较高的应用价值和发展前景。

发明内容

本发明的目的为提供一种激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置，以及激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量方法，该测量装置和测量方法能够将激光诊断技术引入煤粉质量浓度的测量，快速测量出煤粉质量浓度。

为了实现上述目的，本发明提供的激光诱导炽光微米级含碳微粒质量浓度测量装置包括煤粉发射单元、对煤粉颗粒进行加热的激光器、用于捕获煤粉中激光诱导炽光信号的捕获单元、显示并记录所捕获的激光诱导炽光信号强度的示波器以及与示波器通讯连接的处理单元；

捕获单元包括放置在煤粉射流路径上的光电倍增管以及放置在光电倍增管前且用于除去煤粉射流中除激光诱导炽光信号之外的光信号的滤光片；

处理单元包括存储器和处理器，存储器存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时能实现以下步骤：

建立煤粉质量浓度与激光诱导炽光信号峰值强度之间的关系；基于包含煤粉浓度与激光诱导炽光信号峰值强度关系的煤粉质量浓度计算模型得到煤粉的质量浓度。

上述技术方案中，通过获得激光加热煤粉颗粒升温，捕获煤粉发射出的激光诱导炽光信号峰值，获取不同浓度下的煤粉浓度与激光诱导炽光信号峰值折线图，能够有效简化测量过程，提升测量效率。

为了提高数据获取效率，作为优选，煤粉射流路径通过分光镜分为两束，且两束射流路径上均设有捕获单元。