【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于气体浓度测量，特别涉及一种基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法。
技术介绍
1、工业领域因为生产加工的需求，经常使用各种燃烧炉、加热炉等高温设备，其排放的废气浓度需要满足环境空气质量标准，已经是该领域中必须关注的一个问题。同时，气体成分也作为燃烧效率的重要评估项目，成为工业过程控制的主要因素。因此，高温燃烧炉气体浓度的监测十分必要。火电机组尾部烟道(如scr烟气脱硝出入口、烟囱总排口)烟气中co测量通常采用非分散红外吸收光谱(ndir)；但ndir技术采用宽谱测量容易受烟气中h2o分子吸收谱线干扰，因此该技术对预处理尤其是冷凝除水要求较高，而复杂的取样过程容易造成气体组分失真、管线腐蚀和堵塞等问题。傅里叶变换红外光谱(ftir)技术是首先探测出光的干涉图之后，再通过傅里叶变换对干涉图进行数学处理得出包含分子吸收信息的探测信号的红外光谱图，进而测定气体浓度的方法。ftir技术具有很高的信噪比，并且可以同时探测多种气体，但一般体积较大，外部的干扰振动对系统的测量精度有较大影响。光声光谱(pas)是利用吸收物质与特定频率光的共振光声效应，在光声探测器收集经过气体吸收后的共振光声信号进行浓度测量。该方法可探测气体的动态范围较大，但外场应用容易受温湿度和其他气体的干扰。
2、可调谐二极管激光吸收光谱技术(tdlas)以其响应速度快、灵敏度高、非接触、系统简单等优点，广泛应用在燃烧诊断、气体检测等领域，可实现复杂环境下气体组分浓度、温度、速度、压强等的实时测量。该方法进行气体检测时能实现较高的光谱分辨
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，能够用于可调谐激光吸收光谱技术在燃烧场、高温场等温度分布不均匀情况下对目标气体浓度进行检测；通过高温环境场内温度传感器获得的场内温度信息，将测量光束穿过非均匀温度场，根据测量光束中具有不同低态能的吸收谱线参数和路径温度分布特征，建立气体浓度检测方程组，通过迭代逼近获得高温区段目标检测气体浓度，解决对于非均匀温度场中气体浓度的准确测量问题。
2、为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：一种基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其包括：
3、s1：确定待测气体所处高温燃烧炉的非均匀温度分布参数；
4、确定待测气体所处高温燃烧炉的高温段与低温段分界点，获得第一非均匀温度场的低温段长度l1，第二非均匀温度场的低温段长度l2和第三非均匀温度场的高温段长度l3；
5、检测待测气体所处高温燃烧炉非均匀温度场的高温段和低温段的温度分布及对应的温度值，获得非均匀温度场的低温段温度t1和非均匀温度场的高温段温度t2；
6、s2：确定高温燃烧炉中的待测气体吸收谱线光束路径上的吸收强度；
7、根据所处高温燃烧炉中的温度检测结果拟合吸收谱线光束路径上温度分布曲线，构建吸收谱线的吸收强度为：
8、
9、其中，s(t)为参考温度t下的吸收强度；s(t0)为初始参考温度t0下的吸收强度；t0为初始参考温度；t为参考温度；q(t0)为吸收分子在初始参考温度t0的配分函数；q(t)为吸收分子在参考温度t的配分函数；h为普朗克常量；c为光速；e”i为跃迁的低能态能量；υ0,i为吸收线中心频率；k为波尔兹曼常数；
10、s3：使用可调谐激光吸收光谱系统确定高温燃烧炉中的待测气体吸收谱线的吸光度积分面积；
11、使用可调谐激光吸收光谱系统获得高温燃烧炉中的待测气体的j条吸收谱线的吸光度积分面积aj为：
12、aj＝sj(t1)l1pc1+sj(t1)l2pc1+sj(t2)l3pc2(j＝1,2....,j；j≥2)；
13、其中，aj为第j条吸收谱线的吸光度；sj为第j条吸收谱线的吸收强度；t1为非均匀温度场的低温段温度；l1为第一非均匀温度场的低温段长度；p为测量区域的压强；c1为低温段的气体浓度；l2为第二非均匀温度场的低温段长度；l3为非均匀温度场的高温段长度；t2为非均匀温度场的高温段温度；c2为高温段的气体浓度；j为待测气体的吸收谱线数，属于1到j；j为待测气体的吸收谱线总数；
14、s4：使用迭代法求解气体浓度检测方程组，完成高温燃烧炉中的待测气体浓度的检测；
15、将步骤s1中的非均匀温度分布参数和步骤s2中的吸收谱线的吸收强度s(t)代入步骤s3中得到的j条吸收谱线的吸光度积分面积方程构建气体浓度检测方程组；通过迭代法求解气体浓度检测方程组，获得低温段的气体浓度c1和高温段的气体浓度c2的检测结果。
16、可优选的是，步骤s1中的高温段与低温段具有分界点；所述高温段为非均匀温度场中间的高温区域；所述低温度为非均匀温度场周围边界层的低温区域；所述非均匀温度场为燃烧炉内的温度场分布和燃烧尾部烟道内温度分布。
17、可优选的是，步骤s1非均匀温度分布参数包括：第一非均匀温度场的低温段长度l1，第二非均匀温度场的低温段长度l2、第三非均匀温度场的高温段长度l3、非均匀温度场的低温段温度t1和非均匀温度场的高温段温度t2。
18、可优选的是，步骤s1非均匀温度场的低温段和高温段数值通过热电偶预先获得。
19、可优选的是，步骤s3中的可调谐激光吸收光谱系统包括发射端和接收端，发射出的吸收谱线光束依次穿过低温度段、高温段和低温段；所述吸收谱线为测试的可调谐激光扫描范围包括两条具有不同低态能的吸收谱线；所述发射端的激光器输出的吸收谱线波长范围能覆盖两条及以上目标气体吸收谱线。
20、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
21、(1)本专利技术能够用于可调谐激光吸收光谱技术在燃烧场、高温场等温度分布不均匀情况下对目标气体浓度进行检测，根据分子光谱吸收原理，检测光路中气体温度的变化会直接影响分子的吸收谱线强度变化，进而影响气体浓度反演的准确性。
22、(2)本专利技术通过高温环境场内温度传感器获得的场内温度信息，将测量光束穿过非均匀温度场，根据测量光束中具有不同低态能的吸收谱线参数和路径温度分布特征，建立气体浓度检测方程组，通过迭代逼近获得高温本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于：步骤S1中的高温段与低温段具有分界点；所述高温段为非均匀温度场中间的高温区域；所述低温度为非均匀温度场周围边界层的低温区域；所述非均匀温度场为燃烧炉内的温度场分布和燃烧尾部烟道内温度分布。
3.根据权利要求1所述的基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于：步骤S1非均匀温度分布参数包括：第一非均匀温度场的低温段长度L1，第二非均匀温度场的低温段长度L2、第三非均匀温度场的高温段长度L3、非均匀温度场的低温段温度T1和非均匀温度场的高温段温度T2。
4.根据权利要求1所述的基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于：步骤S1非均匀温度场的低温段和高温段数值通过热电偶预先获得。
5.根据权利要求1所述的基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于：步骤S3中的可调谐激光吸收光谱系统包括发射端和接收端，发射出的吸
...【技术特征摘要】
1.一种基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于，其包括：
2.根据权利要求1所述的基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于：步骤s1中的高温段与低温段具有分界点；所述高温段为非均匀温度场中间的高温区域；所述低温度为非均匀温度场周围边界层的低温区域；所述非均匀温度场为燃烧炉内的温度场分布和燃烧尾部烟道内温度分布。
3.根据权利要求1所述的基于高温燃烧炉非均匀温度分布路径的气体浓度检测方法，其特征在于：步骤s1非均匀温度分布参数包括：第一非均匀温度场的低温段长度l1，第二非均匀温度场的低温段长度l2、第三非均匀温度场的高温...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄漫国，李欣，李蔚，闫瑜，马庆，马彬彬，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城航空测控技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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