CN208109692U - 一种多组分原位激光气体分析系统及分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多组分原位激光气体分析系统及分析仪，包括在烟道中设置的N个测量单元，每个测量单元均包括测量气室；还包括M个激光发射模块，各激光发射模块发射的光波长不相同，每种波长的光用于测量设定类型的气体；每个激光发射模块通过对应的光分路器形成N条发射光路，每条发射光路连接一个测量单元，且一个测量单元连接每个激光发射模块对应的发射光路；每个测量单元还连接有M个计算模块，每个计算模块用于检测设定类型的气体浓度；M大于1，N大于1。即本实用新型能够准确地实现分布式测量，增加测量的代表性，通过测量出电厂烟道内气体浓度的分布情况，为脱硝调控提供更客观依据。
Description
技术领域
本实用新型属于燃煤烟道工况监测领域，具体涉及一种多组分原位激光气体分析系统及分析仪。
背景技术
燃煤电厂烟气在排放前进行脱硝处理是一种必要的环保措施。目前燃煤电厂普遍采用 SCR和SNCR脱硝装置，其原理都是利用NH3和NOX发生还原反应生成无污染的N2和 H2O，使排放达到环保标准。
但在实际应用过程中，存在一个最佳NH3/NOX摩尔比，当接近最佳比时，脱硝效率达到最高，NH3逃逸率达到最少。而当没有足够的还原剂NH3与NOX反应，脱硝效率低，排放超标，过多的氮氧化物(NOX)排放到空气中，与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，而硝酸正是酸雨的成分之一，它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染；而当NH3过多，会发生NH3氧化等一系列副反应，还原剂消耗量增大，氨逃逸率升高，继而在空预器发成NH4HSO4沉淀，这些沉淀物能够腐蚀和堵塞空气预热器等设备，大大增加运行维护成本。
由于在高温燃烧条件下，NOX主要以NO的形式存在，最初排放的NOX中NO约占 95％。但是，NO在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成NO2，故大气中NOX普遍以 NO2的形式存在。因此在高温状态监测烟气中的NO含量，将能直接反映烟气的NOX排放量。而NH3在低温状态极易溶于水，并被传输监测管路所吸附，导致测量误差巨大，无法真实反映烟道实际NH3逃逸浓度值。
因此，如何更准确地监测烟气中的NH3逃逸浓度值和NO排放含量以及其他气体成分的浓度是尤为重要的。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种多组分原位激光气体分析系统，用以解决现有技术中不能够准确地监测烟气气体浓度的问题；同时，还提供了一种多组分原位激光气体分析仪。
为了实现上述目的，本实用新型提供的一种多组分原位激光气体分析系统，包括以下方案：
系统方案一：包括在烟道中设置的N个测量单元，每个测量单元均包括测量气室；
还包括M个激光发射模块，各激光发射模块发射的光波长不相同，每种波长的光用于测量设定类型的气体；
每个激光发射模块通过对应的光分路器形成N条发射光路，每条发射光路连接一个测量单元，且一个测量单元连接每个激光发射模块对应的发射光路；
每个测量单元还连接有M个计算模块，每个计算模块用于检测设定类型的气体的浓度；M大于1，N大于1。
系统方案二：在系统方案一的基础上，所述激光发射模块包括激光器、激光驱动控制电路，所述激光驱动控制电路控制连接激光器。
系统方案三：在系统方案一的基础上，所述测量单元为反射吸收池。
系统方案四：在系统方案三的基础上，所述反射吸收池的光束出射端口处还设置有用于将光信号转换为电信号的光电探测器。
系统方案五：在系统方案一的基础上，还包括控制单元，控制单元与激光发射模块、计算模块通过CAN总线进行通讯连接。
系统方案六：在系统方案五的基础上，所述设定类型的气体为NH3和NO。
同时，还提供了一种多组分原位激光气体分析仪，包括以下方案：
方案一：包括M个激光发射模块，各激光发射模块发射的光波长不相同，每种波长的光用于测量设定类型的气体；
每个激光发射模块通过对应的光分路器形成N条发射光路，每条发射光路用于连接一个测量单元，且使一个测量单元连接每个激光发射模块对应的发射光路；
每个测量单元还连接有M个计算模块，每个计算模块用于检测设定类型的气体的浓度；M大于1，N大于1。
方案二：在方案一的基础上，所述激光发射模块包括激光器、激光驱动控制电路，所述激光驱动控制电路控制连接激光器。
方案三：在方案一的基础上，还包括控制单元，控制单元与激光发射模块、计算模块通过CAN总线进行通讯连接。
方案四：在方案三的基础上，所述设定类型的气体为NH3和NO。
本实用新型的有益效果为：本实用新型的激光气体分析系统能够准确地实现分布式测量，增加测量的代表性，通过测量出烟道内不同气体浓度的分布情况，为脱硝调控提供更客观依据。
本实用新型能够同时实现NH3、NO的测量。即在激光分析仪使用过程中，通过多个测量单元直接插入被测烟道，实现原位工况条件下的测量，减少了测量的不确定性。
附图说明
图1为本实用新型的激光气体分析系统原理图；
图2为本实用新型的激光气体分析系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步介绍。
本实用新型提供了一种多组分原位激光气体分析系统，包括在烟道中设置的N个测量单元，每个测量单元均包括测量气室；还包括M个激光发射模块，各激光发射模块发射的光波长不相同，每种波长的光用于测量设定类型的气体；每个激光发射模块通过对应的光分路器形成N条发射光路，每条发射光路连接一个测量单元，且一个测量单元连接每个激光发射模块对应的发射光路；每个测量单元还连接有M个计算模块，每个计算模块用于检测设定类型的气体的浓度；M大于1，N大于1。
以燃煤烟道工况为例，进行具体的分析说明；其中，本实施例中的M＝2，N＝6，并检测烟气中的气体NH3、NO以及烟气中的H2O的含量。
图1为激光气体分析系统原理图；该分析系统包括控制单元、两个激光发射模块、与激光发射模块对应的两个光分路器，6个并列设置的测量单元，6个NH3、H2O计算模块和6个NO计算模块；激光发射模块1通过对应的光分路器将激光信号分成6条发射光路， 6条发射光路经光纤传输至6个测量单元；每个测量单元通过信号线分别与NH3、H2O计算模块和NO计算模块连接。激光发射模块2的工作过程同上，此处不再赘述。
其中，本实施例中的激光发射模块包括激光器、激光驱动控制电路，激光驱动控制电路控制连接激光器。激光发射模块1中的激光驱动控制电路负责驱动控制激光器，输出经过波长调制的激光源，该激光源波长范围可兼容NH3和H2O的测量。激光发射模块2中的激光驱动控制电路负责驱动控制激光器，输出经过波长调制的激光源，该激光源波长范围可实现NO的测量。本实施例中的两路激光监测回路的监测过程是并行工作的。
本实施例中与两个激光发射模块分别对应的两个光分路器，负责把激光器发出的激光信号分为6路，并将分出的6路激光信号通过光纤对应的传输到每个气体测量单元。
本实施例中的控制单元，通过CAN总线与激光发射模块1、激光发射模块2、6个NH3、H2O计算模块和6个NO计算模块进行通讯连接，获取各个测量单元的测量值，并通过 4～20mA电流的方式输出，在显示器上显示出来。
本实施例中的测量单元为反射吸收池，可实现两路不同波长的激光信号在其内互不相干的多次反射，输出的光信号经过设置在吸收池光束出射端口处的光电探测器被转换为电信号，并接入计算模块。
作为其他实施方式，本实用新型中的光电探测器也可以集成在计算模块内部，即经过吸收池后的激光信号经光纤直接接入计算模块的光电探测器转换成电信号，并实现测量。
本实施例中的NH3、H2O计算模块，共有6个，负责处理经过气体测量单元后，经光电探测器转换为电信号的光谱信号，并解算出NH3和H2O的含量；同时，NO计算模块，共有6个，负责处理经过测量单元转换为电信号的光谱信号，解算出NO的含量。
其中，本实施例中的各个NH3、H2O计算模块并行工作，可同时计算出各个测量单元的NH3和H2O浓度值；其中，通过对电厂烟道烟气水的含量的检测，保证每个电厂烟道烟气水的含量有一个正常值，通过短期内烟气水含量的急剧增加，可监测出电厂锅炉水冷壁是否存在爆管情况。各个NO计算模块并行工作，可同时计算出各个测量单元的NO浓度值。
作为其他实施方式，本实用新型中的计算模块还可以为NH3计算模块和NO计算模块，即分别进行NH3、NO的检测、计算。
如图2所示，多组分原位激光气体分析系统中的各测量单元是直接插入烟道壁中，其测量方式为单端插入原位封闭腔式，能够原位实时连续测量各烟道壁内的NO、NH3、H2O 的浓度。测量单元是一独立部件；而控制单元、激光发射模块、光分路器、计算模块集成在机箱3内，作为独立的激光气体分析仪。在进行气体测量时，激光气体分析仪通过光缆 4和电缆5与各个测量单元连接。
本实施中的激光气体分析系统的具体实现过程为：激光发射模块1中的激光驱动控制电路驱动激光器输出特定的波长经过调制的激光信号，波长范围覆盖NH3和H2O的吸收范围，所以能实现这两种气体的同时测量，激光信号经过光分路器1分为6路激光信号，分别进入各个测量单元，经过被测气体吸收后的激光信号经光电探测器转换为电信号，接入NH3、H2O计算模块，该电路模块计算出每个波长的光吸收系数，根据比尔朗博定律计算出NH3和H2O的浓度，进而将算出的NH3和H2O浓度值通过CAN通讯总线传输到控制单元，通过显示器输出代表浓度值的4～20mA信号并显示出来。同时，激光发射模块2输出经过波长调制的激光信号，波长范围覆盖NO的吸收范围，所以能实现这种气体的测量，激光信号经过光分路器2分为6路激光信号，分别进入各个测量单元，经过被测气体吸收后的激光信号经光电探测器转换为电信号，接入NO计算模块，该电路模块计算出每个波长的光吸收系数，根据比尔朗博定律计算出NO的浓度。计算出的NO浓度值通过CAN 通讯总线传输到控制单元，通过显示器输出代表浓度值的4～20mA信号并显示出来。
本实施例中仅设置了两路监测回路；作为其他实施方式，本实用新型可以根据烟气气体的成分对应设置多个激光发射模块、光分路器，以实现多种不同气体成分浓度的测量。
本实用新型的分析系统能在烟道工况条件下同时测量出NH3、NO、H2O的含量。该激光分析系统通过可配置多个测量单元，能够实现分布式测量，增加测量的代表性，可测量出电厂烟道内气体浓度的分布情况，为脱硝调控提供更客观依据。该激光分析系统在使用过程中，测量单元直接插入被测烟道，实现原位工况条件下的测量，减少了测量的不确定性。
同时，本实用新型还提供了一种多组分原位激光气体分析仪，包括激光发射模块、光分路器、计算模块、控制单元；其具体的监测过程与上述实施例相同，此处不再赘述。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种多组分原位激光气体分析系统，其特征在于，包括在烟道中设置的N个测量单元，每个测量单元均包括测量气室；
还包括M个激光发射模块，各激光发射模块发射的光波长不相同，每种波长的光用于测量设定类型的气体；
每个激光发射模块通过对应的光分路器形成N条发射光路，每条发射光路连接一个测量单元，且一个测量单元连接每个激光发射模块对应的发射光路；
每个测量单元还连接有M个计算模块，每个计算模块用于检测设定类型的气体的浓度；M大于1，N大于1。
2.根据权利要求1所述的一种多组分原位激光气体分析系统，其特征在于，所述激光发射模块包括激光器、激光驱动控制电路，所述激光驱动控制电路控制连接激光器。
3.根据权利要求1所述的一种多组分原位激光气体分析系统，其特征在于，所述测量气室为反射吸收池。
4.根据权利要求3所述的一种多组分原位激光气体分析系统，其特征在于，所述反射吸收池的光束出射端口处还设置有用于将光信号转换为电信号的光电探测器。
5.根据权利要求1所述的一种多组分原位激光气体分析系统，其特征在于，还包括控制单元，控制单元与激光发射模块、计算模块通过CAN总线进行通讯连接。
6.根据权利要求5所述的一种多组分原位激光气体分析系统，其特征在于，所述设定类型的气体为NH3和NO。
7.一种多组分原位激光气体分析仪，其特征在于，包括M个激光发射模块，各激光发射模块发射的光波长不相同，每种波长的光用于测量设定类型的气体；
每个激光发射模块通过对应的光分路器形成N条发射光路，每条发射光路用于连接一个测量单元，且使一个测量单元连接每个激光发射模块对应的发射光路；
每个测量单元还连接有M个计算模块，每个计算模块用于检测设定类型的气体的浓度；M大于1，N大于1。
8.根据权利要求7所述的一种多组分原位激光气体分析仪，其特征在于，所述激光发射模块包括激光器、激光驱动控制电路，所述激光驱动控制电路控制连接激光器。
9.根据权利要求7所述的一种多组分原位激光气体分析仪，其特征在于，还包括控制单元，控制单元与激光发射模块、计算模块通过CAN总线进行通讯连接。
10.根据权利要求9所述的一种多组分原位激光气体分析仪，其特征在于，所述设定类型的气体为NH3和NO。
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|---|---|---|---|---|
| CN111024617A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-04-17 | 惠州市宏瑞环保能源有限公司 | 一种激光分析仪 |
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2017
- 2017-12-30 CN CN201721928313.9U patent/CN208109692U/zh active Active
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