随着我国国民经济和社会的不断发展,我国对于能源的需求量也逐年增加。煤炭作为我国的能源消费结构中的重要组成部分,其燃烧发电是我国的主要电力来源之一。燃烧过程作为传统一次能源向二次能源转化的主要方式,是一个极其复杂的过程。对燃烧场中温度、气体浓度等参数进行二维分布重建,不仅可以揭示相关污染物的生成机理,实现污染物的源头控制,还可以将流场信息作为反馈信号来调整燃烧条件,提高能源转化效率,实现燃料的高效利用,保证设备安全运行。此外,选择性催化还原技术是目前大型燃煤电厂应用最广泛的烟气脱硝技术,还原剂氨气与烟气混合的均匀程度是影响烟气中的氮氧化物脱除效率的关键参数之一。可调谐半导体激光吸收光谱技术,作为一种非侵入式激光测量手段,与层析技术结合非常适合于燃煤行业涉及的燃烧场、气体浓度场等流场的二维空间分布测量。本文对可调谐半导体激光吸收层析技术实现二维分布重建进行了算法、光束分布等基础研究,并将其应用到燃烧场、氨气浓度场的测量,为该技术在燃煤领域的实际应用奠定了理论和试验基础。本文首先阐述了分子吸收光谱学的相关基本理论,详述了可调谐半导体激光吸收光谱技术的各重要参数、多种吸收谱线线型和谱线加宽机制。并且,对直接吸收光谱技术实现参数平均值测量和直接吸收光谱技术与代数迭代重建技术相结合的方法实现二维测量的原理进行了详细的介绍。针对燃烧场,选取了适合温度场、H2O浓度场同时二维重建的吸收谱线。然后通过数值模拟的方法,在温度重建过程采用自适应代数迭代层析重建时,比较了直接气体浓度层析重建、代数迭代气体浓度层析重建和自适应代数迭代气体浓度层析重建等多种气体浓度层析重建方法。结果发现自适应代数迭代气体浓度层析重建在多种不同燃烧模型中的重建质量最好,抗噪音干扰能力最强。最后采用二次自适应代数迭代层析方法,在Mc Kenna燃烧器上进行了试验验证,得到了不同燃烧当量比下的二维温度分布和H2O浓度分布。构建了改进的投影系数矩阵算法,可以直接求得投影系数矩阵,平均计算时间仅为0.0288s。然后将此算法应用到扇形光束构成的投影系数矩阵的计算中,并且对比了多种不同的扇形光束布置的重建结果。对于8×8网格来说,在投影光线数目超过70以后,增多投影数目所带来的重建质量的提高就不再明显。同时,数值模拟了对平行光束分布引入虚拟光束后的重建结果,总的重建误差略高于真实光束投影的误差。最后,提出光束相关度、光束相关度向量的概念,分析了光束对整个重建区域和重建结果的影响。开发了集成度高、信号放大效果好的光电探测系统,空间分辨率达到35mm×35mm。光电探测系统主要由无偏压的锗二极管和包括跨阻放大器、二级放大器的信号放大器系统组成,信号放大器系统易于根据测量需要进行灵活扩展,仅需外配一个电源,适合现场测量。将该光电探测系统应用于高温管式炉内的温度测量试验,验证了光电探测系统的可靠性。同时在385mm×385mm范围的空间区域,搭建了平行光束点对点布置的二维测量系统,进行了二维温度场、H2O浓度场的重建试验研究。采用列文伯格-马夸尔特迭代方法进行吸收谱线的在线拟合,可以很好地保证算法收敛且收敛速度较快。通过原始数据处理、多项式拟合、计算-ln?(/0)值、时域频域转换、吸收谱线拟合、计算吸光度曲线积分面积等过程实现吸光度的在线计算。针对所选6612.7cm-1附近NH3吸收谱线存在的重叠现象,通过标准气体的测量试验对吸光度进行了校正。最后数值模拟了不同噪音条件对NH3的二维重建的影响,并且进行了二维NH3浓度场的重建试验研究。