等离子体

等离子体点火技术是利用直流电流在介质一定气压的条 件下接触引弧，并在专业设计的燃烧器中心燃烧筒中形成温 度大于5000 开尔文、温度梯度极大的局部高温区，煤粉气流 通过该等离子体 “火核”受到高温作用，迅速吸热并释放出 挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，迅速燃烧。从而节约锅炉启 动及低负荷稳燃所需的燃油。

近日，南方电网贵州电力科学研究院研制、属全球首创的“低温等离子体降解强温室效应六氟化硫气体装置”在贵州、湖北、重庆、安徽等地投入使用，目前已完成降解的六氟化硫气体当量相当于减少二氧化碳排放77万余吨，环保效益显著。

温度是影响材料力学性能的重要因素之一，准确测量器件温度是认识材料在应力作用下其力学性能演变以及评估设备健康状态和寿命的重要方式。面向功率器件开关过程中焊接界面快速温变测量的需求，传统方法存在时间分辨能力不足、难以测量瞬态温度的问题。文中基于激光诱导元素特征谱线强度与温度的密切相关性，提出了一种微秒量级时间分辨能力的表面温度测量方法，并建立了样品表面温度与光谱特性之间的定量关系。研究结果表明，物质表面温度提升导致激光诱导等离子体光谱强度和信噪比增强，且增强效果受到光谱采集延时和门宽影响。采用反向传播-人工神经网络(back propagation-artificial neural network,BP-ANN)和偏最小二乘(partial least squares,PLS)法对表面温度与光谱特性关系定量拟合并校准，拟合模型线性相关性拟合度指标均大于0.99。BP-ANN拟合模型的拟合偏差更小，其均方根误差(root mean squared error，RMSE)为2.582，正确率为98.3%。该方法为物体瞬态温度测量提供了一种有效手段，对功率器件焊接界面健康状态的评估给予了有力支撑。

数字化、智能化是发电行业发展大势所趋。智慧电站的发展急需各种快速检测技术提供数据支持。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术具有实时、多元素同时测量、可远程检测等优点，是智慧电站发展的重大需求。例如基于 LIBS 的煤质快速分析可为混配煤、燃烧优化、污染控制等提供支撑，提高电厂运行的经济性和安全性；而基于 LIBS 的钢材管道原位检测对保障电厂安全运行意义重大。项目组在之前的研究中，揭示了 LIBS 测量不确定性和误差的产生机理，提出了光谱标准化、主导因素偏最小二乘（PLS）模型、基于自适应光谱数据库的光谱辨识等一整套方法，实现了 LIBS 精确定量化，获得 2017 中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖、第九届国际发明展览会金奖。然而，在煤质分析中，面临煤炭种类多样、成分复杂且分布不均匀、挥发分和灰分导致的基体效应严重，环境粉尘震动和温度大幅度变化对 LIBS 测量影响大等严重挑战；而金属原位测量面临设备小型化要求、元素谱线自吸收和互干扰严重等难题。 本项目在 LIBS 定量化方法的基础上，分别针对煤质分析和金属检测的难点，进一步提出了以下关键创新技术：1）对煤质分析：提出了光束整形和空间限制方法，解决了煤质不均匀和挥发分灰分导致的等离子不均匀、不稳定的问题；光谱分析算法方面，提出了基体匹配定标模型降低灰分、挥发分变化对测量的影响，多维度光谱辨识方法提高煤炭光谱辨识准确率，考虑煤等离子体中 CN、C2 的存在对含碳量测量的影响，显著降低了基体效应；开发了自稳定同轴激发和光谱收集系统、洁净气体保护系统、恒温控制系统等技术降低环境粉尘震动和温度变化的影响。2）对金属原位检测：采用高重频低能量的激光器，满足仪器小型化要求同时保证较高的光谱信号质量；提出了以黑体辐射为参考的自吸收效应修正方法以及基于综合铁线强度的内定标和互干扰算法，解决了谱线自吸收和互干扰的难点。本项目研制分析仪操作简单、维护方便，检测指标全面，具有较强的可推广性，已应用于火电行业多家单位。项目技术成果的应用可为电厂煤质快速检测、燃烧优化、污染物控制、钢材质检提供数据支撑，推动煤炭清洁高效利用及智慧 电厂建设。