CN207730662U

CN207730662U - 一种两点分布式scr氨逃逸率光学测量装置

Info

Publication number: CN207730662U
Application number: CN201820069087.1U
Authority: CN
Inventors: 雷志伟; 张剑; 陈涛; 张兴; 曲晓荷; 江溢洋; 宋涛; 李达; 韩虹飞; 庄义飞; 宋毓楠; 高雪莹
Original assignee: Datang Boiler Pressure Vessel Examination Center Co Ltd; China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd East China Branch
Current assignee: Datang Boiler Pressure Vessel Examination Center Co Ltd; China Datang Corp Science and Technology Research Institute Co Ltd East China Branch
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2018-08-14
Anticipated expiration: 2028-01-16

Abstract

本实用新型涉及一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，该光学测量装置具有两组分布在不同检测区域的检测点，且该装置的检测系统和样气检测区域分别位于同一壳体的外腔和内腔中，克服了现有氨逃逸率测量系统中光学信息采集装置抗干扰能力差、单测点分布等缺陷，具有较强的抗干扰能力、可维护性和较长的使用寿命，实现多测量区域氨逃逸率分布式测量，提高火力发电厂SCR出口烟道氨逃逸率的测量准确度。

Description

一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置

技术领域

本实用新型属于氨逃逸率测量装置，具体为一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置。

背景技术

燃煤电站中煤粉经过炉膛高温燃烧后，产生大量的氮氧化物，极大地污染了环境。因此，目前的燃煤发电机组大都采用了SCR脱硝技术去除烟气中的NO_X。在催化剂的作用下，还原剂NH₃和烟气中的NO_X发生还原反应。但是，由于实际生产受环境因素的变化、脱硝控制不佳等的影响，导致一部分氨不能完全与NO_X进行反应，称为氨逃逸现象。一旦氨逃逸率过大，往往会造成空预器堵塞，严重影响机组安全稳定运行，甚至造成机组非计划停运。因此，氨逃逸率作为机组运行的一项重要指标，其测量的准确性稳定性十分重要。

目前测量NH₃的方法很多，例如：色谱分析法、电化学法、质谱分析测量法和光学法。光学法能够实时在线分析和现场快速检测，越来越得到广泛地应用。其中，可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)利用可调谐激光的窄线宽获得较高分辨率的吸收光谱，同时具有较高的信噪比，是目前比较受欢迎的在线测量手段。

现有的氨逃逸率测量方法采用的是可调谐激光吸收光谱法，测量系统如图1所示，信号发生器1生成一定频率的调制信号给激光控制器2，同时输出N倍的频率至锁相放大器7，经激光控制器2控制，使激光器3发射出特定波长的激光束，激光束进入测量区域4后，光电传感器5接受到光强信息并转化为电信号，经过前置信号放大器6处理后至锁相放大器7，锁相放大器7输出波长调制光谱N次谐波信号，经A/D转换器8转换后CPU9反演计算氨逃逸率。

这种氨逃逸率测量装置中激光器3和光电传感器5分布在测量区域4的两侧，由于烟道跨度大，且测量环境压力、温度变化以及高粉尘的测量环境都会导致一定的测量误差，因此对环境因素、安装角度、安装位置要求较高，激光器3发射出的激光束与光电传感器5的几何中心必须在一条直线上，才能保证测量的精度，这就增加了光电传感器5的安装、维护的工作难度，若发射端与接收端的光学中心无法完全对准，会造成极大的测量偏差。而且，光电传感器5灵敏度不高，系统测量精度低，易受现场振动的影响较大，必须定期对其进行校准和维护。随着环保要求的日益严格，这种氨逃逸率测量系统越来越难以满足工业现场实时性、稳定性、可维护性、高精度等测量要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供了一种分布有两组检测点的高准确度SCR氨逃逸率光学测量装置。

本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，包括壳体和检测系统，其特征在于，所述的壳体包括内腔、外腔，所述的内腔设置有进样口，所述的外腔设置有进气口，所述的内腔和外腔通过第一检测口和第二检测口贯通，所述的第一检测口和第二检测口分别为贯穿相互平行的两个内腔壁的一组通孔组成；

所述的检测系统集成在外腔中，包括信号发生器、激光发射模块、分布式光学检测模块、光学图像采集模块、图像处理模块和信号控制处理模块；

所述的信号发生器同时连接信号控制处理模块、激光发射模块和图像处理模块；

所述的分布式光学检测模块包括第一分光镜、角锥透镜、第二分光镜、反射镜、光学窗口、采集光纤和光纤集成器，所述的第一分光镜设置在激光发射模块出射光路上，所述的角锥透镜设置在第一分光镜的任一分光路上，所述的第二分光镜设置在角锥透镜出射光路上，所述的反射镜设置在第二分光镜的任一分光路上，所述的光学窗口分别设置在第一检测口和第二检测口的两端，所述的采集光纤的一端分别设置在第一分光镜的另一分光路上以及第一检测口和第二检测口的出射光路上，所述的光纤集成器连接采集光纤的另一端；

所述的第一检测口或第二检测口分别设置在第二分光镜的另一分光路上或反射镜的反射光路上；

所述的光学图像采集模块连接分布式光学检测模块中的光纤集成器；

所述的图像处理模块连接光学图像采集模块；

所述的信号控制处理模块同时连接图像处理模块和信号发生器。

进一步地，所述的壳体为焊接不锈钢。

进一步地，所述的外腔中还包括准直透镜，所述的准直透镜设置在激光发射模块和第一分光镜之间的光路上。

进一步地，所述的激光发射模块包括依次连接的激光控制器和可调谐激光器，所述的激光控制器连接信号发生器。

进一步地，所述的采集光纤为三支路光纤。

进一步地，所述的光学图像采集模块为CCD相机。

进一步地，所述的图像处理模块为DSP芯片。

进一步地，所述的信号控制处理模块为CPU。

进一步地，所述的光学测量装置还包括一个液晶显示器，所述的液晶显示器连接信号控制处理模块。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：

(1)本实用新型通过在进样区的测量区域内同时设置不同的检测点，对氨逃逸率光强原始数据进行分布式测量，提高了测量系统的准确性，提升氨逃逸率测点的代表性；

(2)本实用新型中检测系统测量的发射端与接收端均集成在一起，解决了原有测量装置光学对中、受振动干扰严重、烟道粉尘干扰大等问题，极大地简化测量系统的安装、调试和维护工作，具备一定的抗振动能力，提高测量系统的使用寿命；

(3)本实用新型采用洁净的空气为检测系统营造一个恒温恒压洁净的测量环境，减少外界环境温度压力变化和烟气粉尘对测量系统的干扰，提高了各个元器件的测量精度；

(4)本实用新型采用高精度的CCD相机和高运行速率的DSP芯片，实现氨逃逸率光学信息高精度高灵敏度采集。

附图说明

图1为现有氨逃逸率测量系统的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的光学测量装置的结构示意图。

图中：1、信号发生器；2、激光控制器；3、激光器；4、测量区域；5、光电传感器；6、前置信号放大器；7、锁相放大器；8、A/D转换器；9、CPU；10、焊接不锈钢壳体；11、外腔；12、内腔；13、信号发生器；14、激光控制器；15、波长可调谐激光器；16、准直透镜；17、第一分光镜；18、角锥透镜；19、第二分光镜；20、反射镜；21、光学窗口；22、第一检测口；23、第二检测口；24、三支路光纤第一支路；25、三支路光纤第二支路；26、三支路光纤第三支路；27、光纤集成器；28、CCD相机；29、DSP芯片；30、CPU；31、进气口；32、进样口；33、液晶显示器。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

参见图2，本实施例的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置包括由外腔11和内腔12组成的焊接不锈钢壳体10、设置在外腔11外表面的液晶显示器33、集成在外腔11中的信号发生器13、激光控制器14、波长可调谐激光器15、准直透镜16、第一分光镜17、角锥透镜18、第二分光镜19、反射镜20、光学窗口21、三支路光纤第一支路24、三支路光纤第二支路25、三支路光纤第三支路26、光纤集成器27、CCD相机28和DSP芯片29、CPU30以及内腔3相平行的两侧内腔壁上贯穿两侧内腔壁的通孔组成第一检测口22和第二检测口23，其中第一检测口22和第二检测口23的两端均设置有光学窗口21；此外，外腔11对应的壳体10的底部上设置有一个进气口31，内腔12对应的壳体10的底部设置有一个进样口32。

其中：信号发生器13同时连接CPU30、激光控制器14和DSP芯片29，所述的信号发生器13根据CPU30的指令生成现有的调制信号，并输出调制信号到激光控制器14，激光控制器14连接波长可调谐激光器15，控制波长可调谐激光器15发出一定波长的激光，所述的准直透镜16设置在波长可调谐激光器15的出射光路上，用于滤除波长可调谐激光器发出的激光中的噪声，所述的第一分光镜17设置在准直透镜16的出射光路上，用于将激光分为光强比为1:1的透射光和反射光，所述的角锥透镜18设置在第一分光镜17的透射光路上，用于将入射光折射到第二分光镜19，所述的第二分光镜19设置在角锥透镜18的反射光路上，用于将入射光再次分为光强比为1:1的透射光和反射光，所述的反射镜20设置在第二分光镜19的反射光路上，用于将入射光反射到第二检测口23，所述的光学窗口21分别设置在第一检测口22和第二检测口23的两端，所述的三支路光纤第一支路24设置在第一分光镜17的反射光路上，所述的三支路光纤第二支路25设置在第二检测口23的出射光路上，所述的三支路光纤第三支路26设置在第一检测口22的出射光路上，所述的三支路光纤第二支路25、三支路光纤第三支路26与三支路光纤第一支路24连接到光纤集成器27，光纤集成器27连接到CCD相机28的一端，CCD相机28另一端连接DSP芯片29的一端，DSP芯片29的另一端连接到CPU30，液晶显示器33连接CPU30。

进行测量时，恒温恒压的洁净空气持续通过进气口31进入充满外腔11，并由第一检测口22和第二检测口23排除外腔11，烟气则经进样口32进入内腔12，然后CPU30发出指令给信号发生器13，信号发生器13生成一定频率的调制信号给激光控制器14和DSP芯片29，激光控制器14接收到信号后控制波长可调谐激光器15发射出特定波长的激光束，激光束经过准直透镜16后滤除了原始光束中的噪声，获得一束均匀平行的高质量激光束后经过第一分光镜17以光强1:1比例分成透射光和反射光，其中反射光被三支路光纤第一支路24采集作为背景光信号，透射光到达角锥透镜18，激光束经过角锥透镜18折射后进入第二分光镜19，第二分光镜19将入射光以光强1:1比例分成反射光和透射光，其中反射光经反射镜20反射后进入第二检测口23，经过第二检测口23两端的光学窗口21后被三支路光纤第二支路25采集，另一束激光则进入第一检测口22，经过第一检测口22两端的光学窗口后被三支路光纤第三支路26采集，各支路光纤将采集到的光强信息经光纤集成器27耦合后形成光学信息图像，并被CCD相机28捕捉到，生成氨逃逸原始图像信息，氨逃逸原始图像信息经过DSP芯片29高速处理后传输至CPU30中计算出SCR氨逃逸率，并经过液晶显示器33显示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，包括壳体和检测系统，其特征在于，所述的壳体包括内腔、外腔，所述的内腔设置有进样口，所述的外腔设置有进气口，所述的内腔和外腔通过第一检测口和第二检测口贯通，所述的第一检测口和第二检测口分别为贯穿相互平行的两个内腔壁的一组通孔组成；

所述的图像处理模块连接光学图像采集模块；

2.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的壳体为焊接不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的外腔中还包括准直透镜，所述的准直透镜设置在激光发射模块和第一分光镜之间的光路上。

4.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的激光发射模块包括依次连接的激光控制器和可调谐激光器，所述的激光控制器连接信号发生器。

5.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的采集光纤为三支路光纤。

6.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的光学图像采集模块为CCD相机。

7.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的图像处理模块为DSP芯片。

8.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的信号控制处理模块为CPU。

9.根据权利要求1所述的一种两点分布式SCR氨逃逸率光学测量装置，其特征在于，所述的光学测量装置还包括一个液晶显示器，所述的液晶显示器连接信号控制处理模块。