燃烧煤和生物质释放碱金属含量的光谱研究

煤和生物质燃烧过程中产生许多有害物质，如碱金属化合物能引起锅炉的热传递表面结渣、腐蚀及灰沉积等，严重危害设备的安全运行，因此对煤和生物质燃烧过程中释放的碱金属进行实时、定量的光谱研究尤为重要。一般光谱方法，如发射光谱不能得到样品所含元素信息，所以对煤及生物质燃烧过程中释放碱金属的定量测量缺乏相应的实验依据。本项目利用激光诱导等离子体光谱（LIBS）方法，首次对煤和生物质在燃烧过程中的碱金属钾和钠的释放规律进行光谱研究，从而探索钠、钾释放特性及控制机理。通过燃烧煤和生物质释放的碱金属的研究对其它有害物质的排放控制具有重要的理论价值，能够为实际工程应用提供充实而有价值的实验数据和理论研究结论，具有重要的现实意义。

从理论和实验上选取了合适当量比的甲烷和空气,获得了实验所需的稳定火焰，确定了注入硫酸钾和亚硫酸钠混合溶液进入火焰所需要的空气流速。利用激光诱导等离子体光谱技术（LIBS）测量了钠、钾元素的时间分辨光谱，确定探测钾和钠元素的最佳门宽和延迟时间分别是5μs和45μs。通过改变火焰中的硫酸钾和亚硫酸钠混合溶液的浓度，获得了碱金属元素浓度和其光谱强度的定标曲线。在相同的火焰条件下，燃烧煤和生物质，得到不同燃烧阶段下煤和生物质所释放的钾和钠元素的光谱强度，从而建立了碱金属元素光谱强度和燃烧时间的关系曲线，再结合浓度和光谱强度的定标曲线，最后获得煤和生物质在不同燃烧阶段释放的钾和钠元素浓度。在不同火焰温度下，讨论了两种物质释放的钾和钠元素含量的变化。在燃烧初始阶段,煤和生物质释放的钾、钠元素浓度不同；在整个燃烧阶段，煤释放的钠元素浓度大于释放的钾元素浓度，生物质与其结果相反。由于容纳更高含量钾的生物质燃烧时释放高浓度的碱金属，和煤燃烧相比，生物质燃烧时间更长，释放的原子钾更持久，因此，生物质燃烧比煤燃烧导致更严重的问题。利用激光诱导等离子体光谱技术，实现了对煤和生物质燃烧过程中释放的碱金属元素进行实时、在线的光谱研究，为实际工程应用提供充实而有价值的实验数据和理论研究结论。同时在理论上和实验上完善激光诱导等离子体光谱技术以拓展其在燃烧及等离子体分析中的应用。