基于10.4μm量子级联激光器及波长调制光谱技术的高温痕量氨检测OA

氨作为典型的零碳富氢燃料,其规模化应用有助于实现高温工业的源头脱碳。然而,氨燃料反应活性低、稳燃范围窄,在高通量来流条件下易发生脱火,导致显著的氨逃逸。此外,在选择性催化还原过程中,过量喷氨也是氨逃逸的主要来源。本文利用中心波长为10.4μm(962.15 cm^(-1))的量子级联激光器和自研紧凑型单程高温气体池(T=120℃,P=30 kPa),开发了一套面向高温痕量氨逃逸检测的中红外光谱系统。首先,基于直接吸收光谱技术测量了不同体积分数的氨气(NH_(3))标气在四种典型伴随气(N_(2)、air、Ar、20%H_(2)O)中的吸收特征,并采用Voigt函数线型拟合获取目标气体吸收特征,验证了光谱参数的可靠性。随后,采用波长调制光谱技术测量低体积分数的NH_(3),利用一次谐波归一化二次谐波(2f/1f)的方法抑制非吸收因素及背景噪声引起的信号波动,通过建立谐波信号峰值与气体体积分数的关系,确定了系统的线性响应特性。实验结果表明,通过直接吸收光谱技术测量体积分数为100 cm^(3)/m^(3)的NH_(3)的测试误差≤2.1%;波长调制光谱技术可实现最低体积分数为1 cm^(3)/m^(3)的NH_(3)检测;艾伦偏差分析显示,在13 s积分时间下,该系统对NH_(3)的检测下限为0.02 cm^(3)/m^(3)。