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基于激光诱导击穿光谱的燃煤热值定量分析

李雄威,  王哲,  刘汉强,  郭桦

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李雄威, 王哲, 刘汉强, 郭桦. 基于激光诱导击穿光谱的燃煤热值定量分析[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(7): 734001-0734001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0734001
引用本文: 李雄威, 王哲, 刘汉强, 郭桦. 基于激光诱导击穿光谱的燃煤热值定量分析[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(7): 734001-0734001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0734001
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Li Xiongwei, Wang Zhe, Liu Hanqiang, Guo Hua. Quantitative analysis of heat value of coal by laser-induced breakdown spectroscopy[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(7): 734001-0734001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0734001
Citation: Li Xiongwei, Wang Zhe, Liu Hanqiang, Guo Hua. Quantitative analysis of heat value of coal by laser-induced breakdown spectroscopy[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(7): 734001-0734001(5). doi: 10.3788/IRLA201746.0734001
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基于激光诱导击穿光谱的燃煤热值定量分析

doi: 10.3788/IRLA201746.0734001
  • 1.

    国电新能源技术研究院,北京 102209;

  • 2.

    发电系统功能材料北京市重点实验室,北京 102209;

  • 3.

    清华大学 热能工程系 电力系统国家重点实验室 清华-BP 清洁能源研究中心,北京 100084

基金项目: 

国家自然科学基金（51276100）;国家973计划（2013CB228501）

详细信息
    作者简介:

    李雄威(1985-),男,工程师,博士,主要从事光谱检测方面的研究。Email:lixiongwei@cgdc.com.cn

  • 中图分类号: O433.54

Quantitative analysis of heat value of coal by laser-induced breakdown spectroscopy

  • 1.

    Guodian New Energy Technology Research Institute,Beijing 102209,China;

  • 2.

    Beijing Key Laboratory of Power Generation System Functional Material,Beijing 102209,China;

  • 3.

    Tsinghua-BP Clean Energy Research and Education Center,State Key Lab of Power Systems,Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China

  • 摘要: 煤的热值是影响燃煤锅炉运行最重要的煤质特性之一。燃煤热值在线分析能够为实时优化调整锅炉运行提供重要依据。采用激光诱导击穿光谱技术对烟煤样品热值进行了定量分析。实验用Nd：YAG固体激光器1 064 nm激光脉冲在空气环境下烧蚀烟煤样品表面而形成等离子体。采用偏最小二乘法和基于主导因素的偏最小二乘法提高煤热值定量分析的准确性。对于基于主导因素的偏最小二乘法，利用碳双原子分子（C2）和碳氮双原子分子（CN）的谱线强度建立主导因素模型。采用偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.94和1.46 MJ/kg；采用基于主导因素的偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.99和1.18 MJ/kg。结果表明：激光诱导击穿光谱技术对燃煤热值在线分析具有很大的应用潜力。
    Abstract: The heat value of coal is one of the most important coal properties that affects the operation of coal -fired boilers. The on -line analysis of heat value of coal can provide important reference for optimizing and adjusting the boiler operation in real time. The heat values of bituminous coal samples were quantitatively analyzed by laser -induced breakdown spectroscopy (LIBS). The 1 064 nm laser radiation emitted by a Q-switched Nd:YAG laser was utilized for laser ablation and plasma generation in air. The partial least square (PLS) method and the dominant factor based PLS method were used to improve the measurement accuracy of heat value of coal. In the dominant factor based PLS model, the molecular emissions of C2 and CN were utilized to build the dominant factor model. The coefficient of determination and the root-mean-square error of prediction of the PLS model were 0.94 and 1.46 MJ/kg, respectively; and those values for the dominant factor based PLS model were 0.99 and 1.18 MJ/kg, respectively. The results show that LIBS has great potential for the on-line analysis of heat value of coal.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-10
  • 修回日期:  2016-12-20
  • 刊出日期:  2017-07-25

基于激光诱导击穿光谱的燃煤热值定量分析

doi: 10.3788/IRLA201746.0734001
  • 1. 国电新能源技术研究院,北京 102209;
  • 2. 发电系统功能材料北京市重点实验室,北京 102209;
  • 3. 清华大学 热能工程系 电力系统国家重点实验室 清华-BP 清洁能源研究中心,北京 100084
    • 作者简介:

    李雄威(1985-),男,工程师,博士,主要从事光谱检测方面的研究。Email:lixiongwei@cgdc.com.cn

  • 收稿日期: 2016-11-10
  • 修回日期: 2016-12-20
  • 刊出日期: 2017-07-25
基金项目:

国家自然科学基金（51276100）;国家973计划（2013CB228501）

  • 中图分类号: O433.54

摘要: 煤的热值是影响燃煤锅炉运行最重要的煤质特性之一。燃煤热值在线分析能够为实时优化调整锅炉运行提供重要依据。采用激光诱导击穿光谱技术对烟煤样品热值进行了定量分析。实验用Nd：YAG固体激光器1 064 nm激光脉冲在空气环境下烧蚀烟煤样品表面而形成等离子体。采用偏最小二乘法和基于主导因素的偏最小二乘法提高煤热值定量分析的准确性。对于基于主导因素的偏最小二乘法，利用碳双原子分子（C2）和碳氮双原子分子（CN）的谱线强度建立主导因素模型。采用偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.94和1.46 MJ/kg；采用基于主导因素的偏最小二乘法建立的定标曲线拟合优度和预测均方根误差分别为0.99和1.18 MJ/kg。结果表明：激光诱导击穿光谱技术对燃煤热值在线分析具有很大的应用潜力。

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