CN112577924A - 发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，包括发电锅炉、用于采集发电锅炉燃烧气体的气体采样单元、用于对采集的气体进行分析的气体分析单元，以及用于控制气体分析单元的控制单元；气体采样单元连接气体分析单元，气体分析单元包括带有光学窗口的第一气室、第二气室和第三气室，第一气室、第二气室和第三气室前均设有激光器，激光器发射激光的光路穿过光学窗口经相应气室至全反镜，全反镜反射被相应气室的气体吸收后的激光并经光学窗口被相应信号检测模块接收，相应的信号检测模块将光信号转换为电信号传送给控制单元。本申请能够实时监测发电锅炉的气体浓度，减少污染物排放，提高燃烧效率和火焰品质，优化锅炉燃烧过程。

Description

发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统

技术领域

本申请涉及气体浓度监测技术领域，尤其是涉及一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统。

背景技术

发电锅炉是原煤经筛选、破碎和研磨成大部分粒径小于0.1 mm的煤粉后，经燃烧器喷入炉膛作悬浮状燃烧。发电锅炉内燃烧是一个复杂的物理化学过程，燃烧过程中，氧气作为燃烧过程中最重要的助燃气体，其浓度对优化燃烧过程至关重要；硫化氢作为腐蚀性.有毒易爆产物,持续监测这种有毒有害化合物对于避免燃烧锅炉的腐蚀、爆炸、减少排放和确保工作人员安全至关重要；发电锅炉为了提高燃烧效果,燃烧过程中为保证燃烧充分，必须有充足的补风量，但增大过剩空气系数，将使燃烧后烟气量及排烟热损失增加，影响燃烧效率，大量一氧化碳没有来得及反应随着烟气排放，大大超出国家环保标准要求，日益严重的环境污染不仅造成重大的经济损失，还对人类的身体健康产生了很大影响。

因此，实时监测发电锅炉中一氧化碳、硫化氢及氧气中的浓度具有重大的意义。但现有的测量方法或精度不高，或操作复杂，运行维护费用高。

发明内容

为了监测发电锅炉的气体浓度，减少污染物排放，提高燃烧效率和火焰品质，优化锅炉燃烧过程，本申请提供一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统。

本申请提供的一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，采用如下的技术方案：

一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，包括发电锅炉，还包括用于采集发电锅炉燃烧气体的气体采样单元，用于对采集的气体进行分析的气体分析单元，以及用于控制气体分析单元的控制单元；所述气体采样单元连接气体分析单元，所述气体分析单元包括带有光学窗口的第一气室、第二气室和第三气室，所述第一气室、第二气室和第三气室前均设有激光器，所述激光器发射激光的光路穿过光学窗口经相应气室至全反镜，所述全反镜反射被相应气室的气体吸收后的激光并经光学窗口被相应信号检测模块接收，相应的所述信号检测模块将光信号转换为电信号传送给控制单元，所述控制单元分析处理接收的数据并控制相应的激光器发射激光。

通过采用上述技术，激光器发射的激光经过气室时，激光被相应气室内的气体吸收部分能量后，被全反镜反射至信号检测模块，信号检测模块将光信号转换为电信号传送给控制单元，控制单元经分析处理到相应气室内气体的浓度。该系统监测气体浓度精度高，操作简便，运行维护费用低。

优选的，经过第一气室激光的中心波长为4660nm，经过第二气室激光的中心波长为1578nm，经过第三气室激光的中心波长为760nm。

通过采用上述技术，中心波长为4660nm的激光其一氧化碳吸收强度大，中心波长为1578nm的激光其硫化氢的吸收强度大，中心波长为760nm的激光其氧气的吸收强度大。通过信号检测模块接收相应气体吸收后的反射激光，并经过控制单元的分析处理后得到相应气体的浓度值，可以监测发电锅炉中相应气体的浓度值。

优选的，所述激光器与相应气室之间均设有透镜，所述全反镜设置在相应气室内并与光学窗口相对，所述激光器发射的激光经相应透镜后的焦点汇集在相应全反镜上。

通过采用上述技术，可以激光器发射的激光经过透镜进入到相应气室内，并将激光光束的焦点汇集到全反镜上，实现全反镜对进入相应气室内激光被气体吸收后的反射。

优选的，所述气体采样单元包括与发电锅炉依次连通的截止阀、冷却装置、过滤器、流量计、减压阀和连通器，所述连通器分别连通第一气室、第二气室和第三气室，所述连通第一气室、第二气室和第三气室还分别连接出气管。

通过采用上述技术，冷却装置可以将高温气体冷却；过滤器可以滤除气体中的微小颗粒，保证气体的纯度，提高检测精度；流量计可以限制气体的流量，减小气体对气室的冲击；减压阀可以控制气室的气体压力，避免气室内的压力过大；连通器将采集的气体分为三个气室，可以对三个不同气室内的一氧化碳、硫化氢和氧气同时监测。

优选的，所述流量计为浮子流量计，所述流量计为1.2-1.5L/min；所述减压阀的压力范围为1-1.4atm。

通过采用上述技术，控制流量计和减压阀的范围，可以保证气室内气体的稳定，为激光器发射的激光在气室内稳定的传播创造良好条件，提高检测气体浓度的精度。

优选的，每个所述激光器均贴敷热电制冷片，每个所述热电制冷片均电连接控制单元。

通过采用上述技术，设置与激光器贴敷的热电制冷片，可以为激光器进行有效散热，保证激光器能够安全稳定的工作。

优选的，所述第一气室、第二气室和第三气室内均设有温度传感器，每个所述温度传感器电连接控制单元。

通过采用上述技术，气室内设置温度传感器，可以感知气室内的温度变化，相应气室的温度大于控制单元预设的温度阈值，控制单元控制相应激光器停止工作，保证检测气体浓度的精度。

优选的，所述第一气室、第二气室和第三气室内均设有压力传感器，每个所述压力传感器均电连接控制单元。

通过采用上述技术，气室内设置压力传感器，可以感知气室内的压力变化，相应气室的压力大于控制单元预设的压力阈值，控制单元控制相应激光器停止工作，保证检测气体浓度的精度。

优选的，还包括报警模块，所述报警模块电连接控制单元；相应气体浓度值超过控制单元预设的阈值时，控制单元发送报警指令给报警模块，所述报警模块接收报警指令进行报警提示。

通过采用上述技术，气体分析单元检测到相应气体浓度值超过控制单元预设的浓度阈值时，控制单元控制报警模块进行报警提示，提示相关人员作相应处理。

优选的，还包括显示模块，所述显示模块电连接控制单元。

通过采用上述技术，气体分析单元将相应气体的数据进行处理后传送给控制单元，控制单元经过分析处理得到将相应的气体浓度并经显示模块进行显示，使相应气体的浓度更直观的显示给相关工作人员，方便对发电锅炉中相应气体浓度的监测。

综上所述，本申请包括以下有益技术效果：

本申请通过设置气体采样单元单元将气体分为三个不同的气室便于对一氧化碳、硫化氢和氧气同时进行监测。通过设置气体分析单元，激光器发射的激光经过相应气室时，激光被相应气室内的气体吸收部分能量后，被全反镜反射至信号检测模块，信号检测模块将光信号转换为电信号传送给控制单元，控制单元经分析处理到相应气室内气体的浓度。

通过检测上述气体的浓度不仅能为脱硫、脱硝系统提供数据依据，还能作为反馈信号来调节发电锅炉一次、二次风量灯燃烧参数，为优化发电锅炉的燃烧过程，有效控制了锅炉内结渣和超温现象的发生，提高锅炉燃烧效率，降低污染物排放具有重要作用；该系统能够实时在线进行监控，操作简便，反应快速，精度高。

附图说明

图1是本申请的结构示意图。

图示：1、发电锅炉；2、气体采样单元；21、截止阀；22、冷却装置；23、过滤器；24、流量计；25、减压阀；26、连通器；27、出气管；3、气体分析单元；31、光学窗口；32、第一气室；33、第二气室；34、第三气室；35、激光器；36、全反镜；37、信号检测模块；38、透镜；39、热电制冷片；4、控制单元；5、温度传感器电；6、压力传感器；7、报警模块；8、显示模块。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

本申请提供的一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，采用如下的技术方案：

如图1所示，一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，包括发电锅炉1，还包括用于采集发电锅炉1燃烧气体的气体采样单元2，用于对采集的气体进行分析的气体分析单元3，以及用于控制气体分析单元3的控制单元4。

气体采样单元2连接气体分析单元3，气体分析单元3包括带有光学窗口31的第一气室32、第二气室33和第三气室34，第一气室32、第二气室33和第三气室34前均设有激光器35。

如图1所示，本申请的气体分析单元3分为结构相同的三组，在该三组结构中，只是每个气室对应的激光器35发射的激光波长各不相同。图中虚线为激光器35发射的激光光路。

气体分子的内在结构决定其特有的自然震动频率，如果入射光束满足被测分子的自然震动频率，该气体分子会吸收入射光束能量。当选定频率的一定强度的光束通过气体分子时，由于被测气体的吸收作用，光束的强度会衰减。

本申请通过快速调制激光频率使其扫过被测气体吸收谱线，然后测量被测气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。激光器35穿过被测气体的光强衰减基于朗伯-比尔定律，即被测组分对特定波长的光具有吸收特性，且吸收强度与组分浓度成正比，通过测量气体对激光的衰减来测量气体浓度。

第一气室32前的激光器35，其发射激光的光路穿过第一气室32的光学窗口31并经第一气室32腔体汇集到第一气室32内的全反镜36，第一气室32内的全反镜36与第一气室32的光学窗口31相对设置，第一气室32前的激光器35与第一气室32上的光学窗口31之间设有透镜38，第一气室32前的激光器35发射的激光经过透镜38进入到第一气室32内，并将激光光束的焦点汇集到第一气室32内的全反镜36上，第一气室32前的激光器35发射的激光中心波长为4660nm，第一气室32前的激光器35发射的激光经透镜38后从第一气室32的光学窗口31经过第一气室32内腔汇集在第一气室32的全反镜36上，全反镜36反射被第一气室32的一氧化碳吸收后的激光经第一气室32的光学窗口31被第一气室32前的信号检测模块37接收，第一气室32前的信号检测模块37将光信号转换为电信号传送给控制单元4。控制单元4分析处理接收的数据得到一氧化碳的浓度值。

第二气室33前的激光器35，其发射激光的光路穿过第二气室33的光学窗口31并经第二气室33腔体汇集到第二气室33内的全反镜36，第二气室33内的全反镜36与第二气室33的光学窗口31相对设置，第二气室33前的激光器35与第二气室33上的光学窗口31之间设有透镜38，第二气室33前的激光器35发射的激光经过透镜38进入到第二气室33内，并将激光光束的焦点汇集到第二气室33内的全反镜36上，第一气室32前的激光器35发射的激光中心波长为1578nm，第二气室33前的激光器35发射的激光经透镜38后从第二气室33的光学窗口31经过第二气室33内腔汇集在第二气室33内的全反镜36上，第二气室33内的全反镜36反射被第二气室33的硫化氢吸收后的激光经第二气室33的光学窗口31被第二气室33前的信号检测模块37接收，第二气室33前的信号检测模块37将光信号转换为电信号传送给控制单元4。控制单元4分析处理接收的数据，得到硫化氢的浓度值。

第三气室34前的激光器35，其发射激光的光路穿过第三气室34的光学窗口31并经第三气室34腔体汇集到第三气室34内的全反镜36，第三气室34内的全反镜36与第三气室34的光学窗口31相对设置，第三气室34前的激光器35与第三气室34上的光学窗口31之间设有透镜38，第三气室34前的激光器35发射的激光经过透镜38进入到第三气室34内，并将激光光束的焦点汇集到第三气室34的全反镜36上，第一气室32前的激光器35发射的激光中心波长为760nm，第三气室34前的激光器35发射的激光经透镜38后从第三气室34的光学窗口31经过第三气室34内腔汇集在第三气室34内的全反镜36上，第三气室34内的全反镜36反射被第三气室34的氧气吸收后的激光经第三气室34的光学窗口31被第三气室34前的信号检测模块37接收，第三气室34前的信号检测模块37将光信号转换为电信号传送给控制单元4。控制单元4分析处理接收的数据，得到氧气的浓度值。

控制单元4驱动激光器35发出波长被调制的光激，波长被调制的激光光束经气室内气体时，气体分子在波长被调制的激光波长范围内，对特定波长的光束进行选择性吸收，信号检测模块37接收全反镜36反射的被气室内气体分子吸收后的激光信号，信号检测模块37将检测到的经气室内气体分子吸收后的激光信号转化为电信号，该电信号传送给控制单元4，控制单元4分析处理后，输出相应气体的浓度信息。

一氧化碳气体在4660nm波长处的吸收强度较强，存在光谱吸收峰,所以选择中心波长为4660nm的激光作为监测一氧化碳的输入光波的波长。硫化氢气体在1578nm波长处的吸收强度较强, 存在光谱吸收峰，所以选择中心波长为1578nm的激光作为监测硫化氢的输入光波的波长。氧气体在760nm波长处的吸收强度较强, 存在光谱吸收峰，所以选择中心波长为760nm的激光作为监测氧气的输入光波的波长。

如图1所示，本实施例的气体采样单元2包括与发电锅炉1依次连通的截止阀21、冷却装置22、过滤器23、流量计24、减压阀25和连通器26。从发电锅炉1引出的气体由于是高温气体，所以需要先通过冷却装置22进行冷却，冷却后的气体经过过滤器23过滤掉煤粉等微小颗粒，保证气体的纯度，提高测量气体浓度的准确性。流量计24采用浮子流量计24，流量计24为1.2-1.5L/min，时气室内的检测气体能够平稳，保证检测气体的准确性；减压阀25的压力范围为1-1.4atm，避免压力过大，保证气室的安全，同时还可以保证气体的稳定，便于气体的检测。

连通器26分别连通第一气室32、第二气室33和第三气室34，气体采样单元2将采样气体分成三个气室，可以通过气体分析单元3和控制单元4分别对三个气室内一氧化碳、硫化氢及氧气的实时监测，避免检测三种气体的相互干涉。第一气室32、第二气室33和第三气室34还分别连接出气管27，出气管27还可以连接气体处理装置，对排出的气体经气体处理装置处理后排放。

在一实施例中，第一气室32、第二气室33和第三气室34内均设有温度传感器，每个温度传感器电5连接控制单元4。温度传感器将气室内的温度信息传送给控制单元4，气室的温度大于控制单元4预设的温度阈值时，控制单元4控制相应激光器35停止工作，保证检测气体浓度的精度。

在一实施例中，第一气室32、第二气室33和第三气室34内均设有压力传感器6，每个压力传感器6均电连接控制单元4。压力传感器6将气室内的压力信息传送给控制单元4，气室的压力大于控制单元4预设的压力阈值，控制单元4控制相应激光器35停止工作，保证检测气体浓度的精度。

为了保证激光器35的安全运行，避免激光器35长期运行产生的过热，在一实施例中，每个激光器35均贴敷热电制冷片39，每个热电制冷片39均电连接控制单元4。通过控制单元4控制热电制冷片39的工作状态。

在一实施例中，还包括报警模块7，报警模块7电连接控制单元4；相应气体浓度值超过控制单元4预设的阈值时，，控制单元4发送报警指令给报警模块7，所述报警模块7接收报警指令进行报警提示，提示相关人员作相应处理。

报警模块7包括声音报警器和灯光报警器。声音报警器具有三种不同声音的报警提示，三种声音对应三种气体的报警提示。灯光报警器包括与三种气体对应的三者不同灯光显示，具体的，灯光报警器有红色、绿色、黄色三种报警颜色，分别对应一氧化碳、硫化氢和氧气。

为了能够更直观的得到三种气体浓度的具体数值，在一实施例中还设置显示模块8，显示模块8电连接控制单元4。控制单元4接收到气体分析单元3发送的数据，经分析处理后得到气体浓度数值传送给显示模块8，通过显示模块8将气体的浓度数值进行实时显示。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发电锅炉的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，包括发电锅炉(1)，其特征在于，还包括用于采集发电锅炉(1)燃烧气体的气体采样单元(2)，用于对采集的气体进行分析的气体分析单元(3)，以及用于控制气体分析单元(3)的控制单元(4)；所述气体采样单元(2)连接气体分析单元(3)，所述气体分析单元(3)包括带有光学窗口(31)的第一气室(32)、第二气室(33)和第三气室(34)，所述第一气室(32)、第二气室(33)和第三气室(34)前均设有激光器(35)，所述激光器(35)发射激光的光路穿过光学窗口(31)经相应气室至全反镜(36)，所述全反镜(36)反射被相应气室的气体吸收后的激光并经光学窗口(31)被相应信号检测模块(37)接收，相应的所述信号检测模块(37)将光信号转换为电信号传送给控制单元(4)，所述控制单元(4)分析处理接收的数据并控制相应的激光器(35)发射激光。

2.如权利要求1所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，经过第一气室(32)激光的中心波长为4660nm，经过第二气室(33)激光的中心波长为1578nm，经过第三气室(34)激光的中心波长为760nm。

3.如权利要求1所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，所述激光器(35)与相应气室之间均设有透镜(38)，所述全反镜(36)设置在相应气室内并与光学窗口(31)相对，所述激光器(35)发射的激光经相应透镜(38)后的焦点汇集在相应全反镜(36)上。

4.如权利要求1所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，所述气体采样单元(2)包括与发电锅炉(1)依次连通的截止阀(21)、冷却装置(22)、过滤器(23)、流量计(24)、减压阀(25)和连通器(26)，所述连通器(26)分别连通第一气室(32)、第二气室(33)和第三气室(34)，所述连通第一气室(32)、第二气室(33)和第三气室(34)还分别连接出气管(27)。

5.如权利要求4所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，所述流量计(24)为浮子流量计(24)，所述流量计(24)为1.2-1.5L/min；所述减压阀(25)的压力范围为1-1.4atm。

6.如权利要求1所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，每个所述激光器(35)均贴敷热电制冷片(39)，每个所述热电制冷片(39)均电连接控制单元(4)。

7.如权利要求1所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，所述第一气室(32)、第二气室(33)和第三气室(34)内均设有温度传感器，每个所述温度传感器电(5)连接控制单元(4)。

8.如权利要求1所述的发电锅炉(1)的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，所述第一气室(32)、第二气室(33)和第三气室(34)内均设有压力传感器(6)，每个所述压力传感器(6)均电连接控制单元(4)。

9.如权利要求1所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，还包括报警模块(7)，所述报警模块(7)电连接控制单元(4)；相应气体浓度值超过控制单元(4)预设的阈值时，控制单元(4)发送报警指令给报警模块(7)，所述报警模块(7)接收报警指令进行报警提示。

10.如权利要求1所述的一氧化碳、硫化氢及氧气监测系统，其特性在于，还包括显示模块(8)，所述显示模块(8)电连接控制单元(4)。

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