《表3 国内外在燃煤电厂锅炉内燃烧诊断的研究现状》

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《调谐激光吸收光谱技术在燃煤电厂中的应用及展望》

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将TDLAS技术与计算机断层成像技术（CT）结合起来（称为Tunable Diode Laser Absorption Tomography，TDLAT技术），通过来自不同方向的离散激光束获得的投影成功获取燃烧参数的空间分辨分布，使得TDLAT技术用于发电厂的现场燃烧诊断成为可能。在实际的燃烧场景中，如火力发电厂和焚烧炉设施等。现场实时测量温度和气体摩尔分数分布，可以为锅炉控制系统提供重要的反馈，可以实时观察燃烧过程，以研究燃烧不稳定性的机理，从而提高燃烧稳定性和效率。因此，XU等人[59]开发了一种基于TD-LAS在线层析成像系统，用于监测火焰中温度和H2O摩尔分数的二维分布测量，通过实验得出系统的时间分辨率为12 ms，并对不对称预混火焰进行实验，实验结果得出固定当量比为0.749，时变当量比为0.69～1，实验结果表明该系统能够捕获静态和动态燃烧过程，并具有良好的火焰监测和燃烧诊断潜力。SAP-PEY等人[60]介绍了利用ZoloBOSS燃烧传感器分别对650兆瓦和1300兆瓦的燃煤电厂进行测量，使用多路径TDLAS测量，利用波长多路复用功能和层析成像算法相结合得出锅炉的温度、O2，CO和H2O浓度的二维分布，并利用手动调节的优化方式提高燃烧效率，实验结果表明经过优化后燃烧更均匀，并且该装置的加热率已降低0.88%，NOx排放浓度减少了5%，CO2排放浓度减少了1.88%，在1 300兆瓦的锅炉中，这种适度的燃烧优化每年将节省约210万美元的燃烧成本。SUN等人[61]基于TDLAS技术，使用代数重建技术（ART）实现气体浓度和温度的二维（2D）分布重建，研究了光束分布和网格尺寸对燃烧场重建的影响，以获得有限数量光束的最佳重建结果。在实验中，利用1 395 nmDFB-LD设计了一种结构方案，在室温下，在不同的燃料空气当量比下，用1和2个平面火焰炉进行了16束路径的燃烧实验，实验结果表明其时间分辨率小于1 s。WANG等人[62]提出通过CT方法重建二维温度和气体浓度分布，重建结果的准确性取决于吸收数据库的准确度和激光路径的数量（空间分辨率）。通过利用近红外二极管激光的双物种原位光谱仪在600兆瓦的全尺寸燃煤发电厂（吸收路径，13和20米）中成功测试了120个小时。实验结果得出其吸收分辨率低于10-3且时间分辨率为30秒。为了更好地应用于燃煤电厂现场燃烧诊断，近几年，许多研究人员在实验室环境下模拟燃煤电厂的燃烧过程，对多种气体混合的燃烧火焰进行二维分布测量。如WANG等人[63]发展了一种利用TD-LAS和ART的层析成像方法，用于检测预混火焰中H2O浓度和温度的二维分布。通过实验测量了三种不同当量比下甲烷/空气预混火焰中的温度和H2O浓度，并将重建结果与模型计算进行了比较。数值评估表明，TDLAS断层扫描系统能够测量温度和H2O浓度分布，甚至可以检测噪声强度达到吸收信号的3%。LIU等人[64]开发了一种基于TDLAS的层析成像系统，重建了想要的某个横截面上的二维温度分布，为了获得稀薄预混燃烧状态，通过设置甲烷和空气的流量在8 L/min和371 L/min，选取2 cm处的旋转火焰的横截面作为吸收目标，可测的三个温度断层图像，分别为t=0，t=12 ms和t=24 ms的重建温度分布。该系统被证明能够以12 ms的时间间隔重建温度分布。屈东胜等人[65]提出利用WMS技术实现非均匀燃烧场气体温度和H2O组分浓度二维重建的方法，选择H2O位于7 185.60 cm-1和7 454.45 cm-1的吸收谱线作为测温谱线对，采用频分复用的方法对燃烧火焰进行了实验研究，结果表明基于WMS方法的二维重建测量精度较高，但对温度阶跃变化流场不敏感。总结近年来国内外在燃煤电厂锅炉燃烧诊断的应用研究现状，如表3所示。