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摘要
火焰光谱检测技术应用于气化炉有效监控,能实时反映气化炉工况,保障气化炉稳定运行。采用实验室规模的气流床撞击水煤浆气化装置,利用光纤光谱仪通过对气化炉不同部位进行探测,研究了水煤浆气化火焰在距离撞击平面不同轴向位置L处的光谱辐射特性,并利用不同自由基强度及分布对气化炉内各反应区进行表征,为气化炉运行工况提供依据。结果表明:在300～800 nm范围内可检测到明显的OH*(306.7和309.8 nm), H*2(382 nm), CH*(314.5和387 nm), Na*(589 nm), Ar(671 nm)和K*(404, 768和770 nm)特征峰,而各种粒子激发方式及分布方式不同,可用于实现火焰宏观特征的表征。从紫外至可见光区域。水煤浆气化火焰中存在强烈的背景辐射,主要包括颗粒在高温下产生的黑体辐射及CO*2受热激发产生的350～600 nm的连续旋转辐射,强烈的背景辐射对自由基强度辐射测定形成干扰,需通过计算扣除背景辐射。利用检测到的各自由基强度分布可对气化火焰进行表征, OH*分布可表征火焰反应区域,而CH*存在范围相对较窄,仅存在于-10 cm<L<10 cm反应剧烈区域。在0.9≤O/C≤1.1时, OH*与CH*峰值强度最大值出现在撞击平面附近,随O/C增加, CH*峰值强度最大值分布范围向向上流股中偏移。不同平面处OHCH*强度比值随O/C的变化不同, OHCH*强度反映了自由基激发路径的变化, OHCH*强度在撞击平面处最低,化学激发占主导。化学激发主要发生区域在-10 cm≤L≤10 cm范围内。撞击平面附近Na*强度较大,而随着|L|增大, Na*强度有所减小,其中向上流股中Na*强度高于向下流股中强度,而K*在-20 cm≤L≤20 cm范围内强度变化比较无序。由于碱金属粒子激发方式为热激发,因此可利用其分布判断火焰高温区域。由于煤中Na和K粒子含量较少,且存在形式多样,利用Na*和K*表征O/C会出现较大误差。由于碱金属强度受到背景辐射影响较小,可用于表征火焰频率,并可反映气化效果。Na*自发辐射强度随火焰撞击过程中可产生脉动而呈现峰谷分布。随着O/C增加Na*峰谷频率越高,说明随着氧气气速逐渐增加,火焰脉动剧烈。且Na*强度逐渐增加,说明剧烈的撞击有助于反应的进行。煤中挥发分在撞击区内析出,而挥发分中大部分的H反应并产生H*2辐射, H*2强度可表征煤中挥发分的反应程度。
