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红外测硫技术及在煤炭行业中的应用

2014/11/13 20:21:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  1 引 言

  由于煤中所含硫的原因,在燃烧过程中会产生二氧化硫等硫的氧化物,如与空气中的水汽结合会形成硫酸蒸汽,并会在低温界面上凝结,严重污染和腐蚀设备,而且二氧化硫排放到大气中,不仅影响人的健康而且会形成光学烟雾和酸雨,严重影响和损害生态环境。因此燃煤含硫量的高低是电厂进煤的依据,也是国家监控SO2排放的基本参数。

  2 原理简介

  红外测硫主要是根据红外光谱分析的原理,对煤样中的含硫量进行测试,该系统由三大部分组成:高温燃烧系统、红外检测系统、计算机采集与控制系统。

  红外检测器是根据比耳定律(式1)将二氧化硫浓度的变化转化为电讯号的变化。

式中:I———透射光强度

  I0———入射光强度

  K———红外吸收常数(为定值)

  C———被测物质浓度

  L———光路长度

  电讯号经过整形、放大、滤波、V/F转换,再由单片机进行数据处理,最后将测量结果准确地显示、打印出来。

  3 高温燃烧系统

  为了使煤中可燃硫燃烧充分,需要加入足够氧气。通过大量实验,炉温在1300℃最佳。经过对多种加热元件进行实验比较,发现硅钼棒加热快、使用寿命长,作为高温炉的加热元件最合适,但硅钼棒在常温下电阻极小,约0.06Ω,这样就需要采用恒电流加热。

  4 红外检测系统

  红外检测系统:它是由光源、滤光元件、探测头等部分组成。探测头是由热释电及前置放大组成,而热释电中的主要成份是钽酸铝,它对光强度反应灵敏且稳定。当光线强弱变化时,它的两端即产生电荷,再经阻抗变换及放大后送后级放大器处理.

  由于热释电只在光线强弱变化时产生电荷,因此要求光源是交变的,由于二氧化硫的特定波长7.35μm,因此对光源要进行聚焦、滤波,只能让7.35μm的红外光通过。

  5 V/F转换与单片机的接口

  从红外检测单元至单片机的前向通道中,V/F转换信号频率输入通道如下图所示。

  从红外探测系统输出的电信号只有几十毫伏的低频交流信号且有谐波及波形的失真,不足以供给V/F芯片转换的要求。首先要通过整形电路把谐波滤去,使信号成为较好的正弦波,然后再经放大器放大并转换成平滑的直流电压以便进行V/F转换后送入计算机进行数据处理,在电路设计中应采用超低漂温、高稳定性的运算放大集成电路。

  5.1 V/F转换器

  采用V/F转换器,其独特的优点是:V/F转换器具有良好的精度、线性和积分输入等特性,而且外围元件较少,常能提供其它类型转换器无法达到的性能。

  5.2 V/F转换集成芯片及单片机接口

  采用V/F转换与单片机接口具有以下优点:

  (1)接口简单,占用单片机资源少。对与一路模拟讯号只要占用一个输入通道。

  (2)频率讯号输入灵活,可以输入单片机和微机处理器的任何一根I/O接口线作为中断源输入、计数输入。

  (3)抗干扰性能好。V/F转换过程是对输入信号的不断积分,能对噪声或变化的输入信号进行滤波。此外,接口很容易采用光电隔离。

  根据单片机的输出信号形式和本仪器控制对象的特点,后向通道结构如下图所示:

  单片机在完成控制处理后,总是以数字信号通过I/O口或数据总线送给控制对象。

  6 结 论

  红外测硫技术与库仑滴定法相比较,该方法结果更准确、检测速度更快。我国虽有红外碳硫分析仪,但尚未发现专用于煤中全硫含量测定的定硫仪。应用该技术开发的红外测硫仪具有分析时间短、精度高、操作简单等优点。主要技术指标为:测量范围0.33~5%,测定时间120s,最高温度1350℃±5℃,测量误差0.05~0.2% ,该产品达到国内领先水平。

  本文作者:谭 鹰

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