發(fā)布時間：2019-07-13 18:25

【摘要】：基于傅里葉變換紅外光譜技術(shù)對高溫窯爐內(nèi)氣體紅外輻射信號進行了遙測研究。根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場條件,利用大氣輻射原理建立被動輻射模型,計算了爐膛內(nèi)高溫氣體透射率。針對湍流噪聲對信噪比的影響,研究了紅外干涉信號光譜轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理方法,以零光程差為基準對齊干涉信號,以實現(xiàn)多次掃描干涉信號的平均,減小了噪聲和計算量,并提高了光譜數(shù)據(jù)率。利用HITRAN數(shù)據(jù)庫和高溫參考譜模型法,對譜線線強、線寬修正合成的校準光譜與透射譜進行非線性最小二乘擬合,反演了爐膛內(nèi)不同吸收波段的高溫氣體濃度。結(jié)果表明該技術(shù)在窯爐內(nèi)及其他工業(yè)燃燒過程中對高溫氣體的在線檢測是可行、可靠的。
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圖片說明： 描干涉信號的平均，從而達到降噪目的，對高溫下ＦＴＩＲ的線強、線寬溫度進行了修正，并通過高溫參考譜模型合成校準光譜，應(yīng)用非線性最小二乘法［２］實現(xiàn)了在線氣體濃度反演。２被動遙測輻射原理及模型對工業(yè)氣體的被動遙測主要基于對氣體紅外輻射和吸收的分析。通常情況下，紅外探測器前的傳輸介質(zhì)可分為多勻質(zhì)層，每一勻質(zhì)層都吸收到前一層的輻射并對下一層輸出輻射，，高溫ＣＯ的被動遙測正是基于這一原理。由于爐膛的尺寸有限，爐膛內(nèi)的氣體一方面吸收來自于爐壁的背景輻射，另一方面產(chǎn)生高溫特征輻射，如圖１所示。圖１工業(yè)爐膛輻射模型Ｆｉｇ．１Ｒａｄｉａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｃｅｍｅｎｔ－ｋｉｌｎ爐膛內(nèi)的背景輻射強度Ｉ０為高溫爐壁的輻射，Ｉ１包括Ｉ０透過爐膛內(nèi)并被氣體吸收后的紅外輻射和爐膛內(nèi)氣體自身的能量輻射，Ｉ為被動ＦＴＩＲ測量系統(tǒng)最終探測到的相對輻射強度譜，即Ｉ１透過爐膛外空氣并被氣體吸收后的輻射。爐膛外空氣中含有ＣＯ２，所以將整個模型分為爐膛外和爐膛內(nèi)２個部分，按照從外到里的順序進行分析研究，以獲得氣體透射譜的理論表達式。０８０１００２－２
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圖片說明： 光學(xué)學(xué)報２．１爐膛外部模型爐膛外部模型主要是從測量光譜（圖２）中扣除空氣中ＣＯ２的吸收，根據(jù)儀器測得的Ｉ（λ）和空氣中ＣＯ２的透射率τ１（λ）計算Ｉ１（λ）。由于爐膛外空氣溫度與爐膛內(nèi)空氣溫度相差很大，忽略空氣中ＣＯ２自身的輻射能量（儀器自身輻射也可忽略），則有Ｉ１（λ）＝Ｉ（λ）τ１（λ）。（１）圖２平均光譜Ｆｉｇ．２Ａｖｅｒａｇｅｄｓｐｅｃｔｒｕｍ根據(jù)朗伯－比爾定律，有τ１（λ）＝ｅｘｐ［－α（λ）ｃｌ］，（２）式中α（λ）為ＣＯ２的吸收系數(shù)，ｃ為空氣中ＣＯ２的濃度，ｌ為爐膛到探測器的距離（實際測量距離為１．５ｍ）。２．２爐膛內(nèi)部模型爐膛內(nèi)ＣＯ２等氣體溫度與爐壁溫度接近，氣體自身的輻射能量ＩＣＯ２（λ）不能忽略，即Ｉ１（λ）包含了Ｉ０（λ）被爐膛內(nèi)ＣＯ２等氣體吸收后的紅外輻射和爐膛內(nèi)ＣＯ２自身的輻射能量，可表示為Ｉ１（λ）＝τ２（λ）Ｉ０（λ）＋［１－τ２（λ）］ＩＣＯ２（λ），（３）式中Ｉ０（λ）為爐壁背景輻射，即Ｉ１（λ）扣除ＣＯ２吸收后的相對輻射強度譜。轉(zhuǎn)換（３）式得到爐膛內(nèi)ＣＯ２的透射率為τ２（λ）＝Ｉ１（λ）－ＩＣＯ２（λ）Ｉ０（λ）－ＩＣＯ２（λ）。（４）ＣＯ２等氣體自身的輻射能量ＩＣＯ２（λ）與其輻射亮度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)輻射亮度變化與相對輻射
【作者單位】： 中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機械研究所中國科學(xué)院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點實驗室;中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);安徽省環(huán)境光學(xué)監(jiān)測技術(shù)重點實驗室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(41375027)
【分類號】：TN21


本文編號：2514193