【摘 要】
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随着“双碳”目标的提出,面对更加严峻的碳减排形势,可再生能源的开发和高效利用迫在眉睫。生物质能作为一种重要的可再生能源,通过其与煤混烧耦合发电的方式可以有效提高生物质能源的利用效率,降低碳排放。但是目前对于生物质/煤掺混样品的燃料侧检测还比较欠缺,本文结合LIBS技术,开展了对生物质/煤混合燃料的元素检测分析研究。首先,本文搭建了一套LIBS测量系统,对不同物质的测量参数进行了优化。因先前的研究缺
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随着“双碳”目标的提出,面对更加严峻的碳减排形势,可再生能源的开发和高效利用迫在眉睫。生物质能作为一种重要的可再生能源,通过其与煤混烧耦合发电的方式可以有效提高生物质能源的利用效率,降低碳排放。但是目前对于生物质/煤掺混样品的燃料侧检测还比较欠缺,本文结合LIBS技术,开展了对生物质/煤混合燃料的元素检测分析研究。首先,本文搭建了一套LIBS测量系统,对不同物质的测量参数进行了优化。因先前的研究缺少对生物质固体样品的LIBS检测分析研究,本文研究了制样参数和激光脉冲特性对四种典型生物质LIBS测量的影响,发现双脉冲的激光配置可以有效提高未经过精细研磨处理的生物质样品的LIBS分析能力,并给出了本文实验条件下不同生物质样品LIBS测量的建议参数。在开展生物质/煤掺混燃料的LIBS测量研究之前,考虑到煤质成分复杂,在LIBS检测中测量信号极易受到基体效应的影响,因此本文首先选用了成分相对简单且元素含量单一的石墨作为同生物质样品掺混的对象,研究了掺混颗粒大小和掺混比例对LIBS光谱的影响。实验选用100目、325目、2000目三种石墨材料,分别与四种生物质掺混制备出混合样品,从定性和定量角度研究了掺混特性对元素检测分析的影响。在建立多变量定标模型时,对多变量PLS、BP神经网络、SVM模型的定量分析结果进行了对比。通过实验发现,生物质样品与颗粒大小相近的100目石墨掺混样品的LIBS定性和定量分析结果较好,其中采用多变量PLS定量分析拟合的整体效果最好,对于C元素定量分析的RC＆P和RMSEC＆P可以达到0.922和3.09;对于H元素定量分析的RC＆P和RMSEC＆P可以达到0.970和0.184;对于O元素定量分析的RC＆P和RMSEC＆P可以达到0.931和2.23。基于上述分析结果,进一步制备了40种不同掺混比例的生物质/煤混合样品,对其C、H、O、Na、K元素的定量分析进行了研究。研究结果显示,C、H两种元素的定量分析效果较好,相关系数R超过0.95,且相对标准偏差较低;O元素的定量分析效果相较于生物质/石墨掺混样品的结果稍差;Na、K两种元素在使用引入Si元素定标的多变量模型修正后,预测效果相较于单变量模型有较大的提高,Na元素和K元素的BP神经网络模型定量分析效果较好,Na元素的RC＆P和RMSEC＆P分别达到0.967和176.246,K元素的RC＆P和RMSEC＆P分别达到0.971和265.699。综上所述,激光诱导击穿光谱技术可以对生物质/煤混烧耦合发电的应用场景进行燃料元素的定量分析和检测,检测过程中可通过引入更多与元素浓度相关的变量实现更好的拟合效果,因此该技术可以有效补充目前对生物质/煤混合燃料的实时监测需求,在未来有较大的发展潜力。
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