利用co-传感器红外激光吸收高温实时燃烧控制

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1、利用CO-传感器红外激光吸收高温实时燃烧控制摘要：为了更好地控制燃烧过程，例如工业玻璃熔炉，精确的现场CO-气体传感器是必需的。借助可靠的现场气体传感器，可以优化燃烧器控制。由更好的燃烧器控制，可以减少氮氧化物的散发和从燃烧室的玻璃熔体的辐射传热，从而提高玻璃熔炉的能源效率。目前，为了连续检测玻璃熔化炉中的燃烧过程，偶尔使用固态氧（ZrO2/Pt）传感器。为了避免燃烧后玻璃炉排出的废气，应该有足够的氧化剂，空气或氧气，以保证完全燃烧。然而，太多的空气过剩导致熔炉的热效率降低和促进氮氧化物的形成。在排出废气部分中的氧气浓度表明燃烧过程的完全性。然而，特

2、别是在接近或在化学计算的燃烧条件下，氧气测量在风道气下游是不太适合的精确燃烧器控制。在燃烧器端口的现场CO检测在1400-1500℃，可以结合氮氧化物检测是一个更好和更灵敏的方法优化燃烧过程。为了这个目的可以考虑以下测量技术：•固态CO-特殊传感器技术；•在线紫外发射光谱；•红外二极管激光吸收光谱没有CO-特殊固态传感器能够承受高温的火焰附近约1400-1500℃。紫外发射光谱火焰提供的可能性，检测火焰是否存在自由基氢和甲烷，然而在燃烧氛围中相关的CO-和氮氧化物含量是不确定的。在热风道气体中连续CO-检测联合红外激光吸收技术的原则已证明是可行性研究

3、，在过去被TNO证实。在这项研究中，实际执行技术的一个主要障碍是在技术上的复杂和非常昂贵的红外设备（氮激光器和探测器的设备之间的4.5和5微米）。因此，有可能CO-检测其他（弱）吸收线在近红外（1.55至1.6微米）现在正在研究。在此谱区相对廉价的光学元件是可买到的，这些元件被用于光通信（二极管激光器，光纤元件，探测器）。使用著名的HITRAN数据库，几个CO-吸收带在1.55到1.6微米之间已经被确定。目前，实现这种方法的准确性和来自其他高温吸收带（H2O、CO2）的干扰正在审查。本文将最近的实验结果提出了。简介：为了连续检测玻璃熔炉的燃烧过程，偶

4、尔使用氧（ZrO2/Pt）传感器。为了避免燃烧后玻璃熔炉排出的废气，应该有足够的氧化剂，空气或氧气，以保证完全燃烧。然而，太多的空气过剩导致降低熔炉的热效率和促进氮氧化物的形成。在排出的废气中残余氧气浓度显示燃烧过程的完全性。然而，特别是在接近或在化学计算的燃烧条件下，氧气测量在风道气下游是不太适合的精确燃烧器控制。现场CO检测，可以结合氮氧化物检测是一个更好和更灵敏的方法优化燃烧过程。在本文中，可能的CO/氮氧化物检测方法和这些方法的优点和缺点将被检查。在TNO最近进行研究的结果将呈现。现场CO检测技术的检查：鉴于改善燃烧控制的CO的现场检测，可以

5、考虑以下的检测技术：•固态CO-特殊传感器；•在线紫外发射光谱；•红外二极管激光吸收光谱1.固态CO特殊传感器一种可能的燃烧气体的现场检测方法是基于CO电-化学传感器，类似于ZrO2/Pt氧气传感器。然而，这类传感器在玻璃工业的应用是被在熔化炉的燃料气中的高温环境（1400-1500℃）所限制的。现有的为CO检测的电极材料（钙钛矿和钙的氧化物）不能经受长期的暴露在高于800℃。Hemmann(1998)提出获得浓度为近化学计算的燃烧和从毫伏信号ZrO2-氧传感器减少燃烧条件,假定在CO和O2之间热力平衡。这种方法的缺点是，氧传感器将只在风道气通道下游

6、提供一个局部的风道气氧化还原状态的测量值。当风道气没有完全混合或气体温度变化时，将发生局部的氧化还原平衡，防止在氧传感器信号和燃烧器计量之间有直接联系。1.在线紫外火焰发射测量一种检测和控制燃烧器光谱方法是利用火焰的光谱发射。尤其是火焰中自由基形成的辐射，如OH-，CH-，CN和C2自由基。这些组成部分的发射光谱出现在紫外范围，尤其在波长<500nm。在图1中的氧燃料火焰发射光谱显示不同的化学计量条件下。在这个图中不同供氧强度对CH-发射带（460nm～510nm）的影响可以清楚地观察。原则上，这些发射带可以被用于燃烧过程的检测。光谱发射的连续测量可

7、以由一个纤维连接的燃烧器和一个电脑光谱仪实现，这是由VonDrasek(1998)提出的。结合一个控制单元，该系统可用于调整燃烧器设置。然而，它仍然不确定火焰发射光谱与在变化的燃烧条件下形成的氮氧化物含量的关系。2.红外二极管吸收光谱在热风道气体中，连续性原则与红外吸收CO-检测技术已证明是可行性研究，在过去被TNO证实（Faber,1999）。图2呈现的是用此方法绘制的设备，安装在一个玻璃炉内。在实验室和工业规模得出了测量结果进行比较，并对提取的废气用红外光谱仪进行CO-分析。图3展示了这两种方法的比较结果。在这项研究中，实际执行技术的一个主要障碍

8、是在技术上的复杂和非常昂贵的红外设备（氮激光器和探测器的设备之间的4.5和5微米）。因此，有可能CO-检测其