CN215339505U - 一种脱硝系统氨气浓度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种脱硝系统氨气浓度检测装置。本实用新型包括机械系统和电子系统，机械系统包括测量部分、光学部分和取样部分，电子系统包括光源部分、信号检测与接收部分以及数据处理单元；测量部分由参比气室和测量气室组成，测量气室用于测量烟气中的待测气体，参比气室用于锁定谱线中心频率；由DFB激光器发出的激光一路进入参比气室，被第一光电探测器接收后将信号传输至工控机，另一路进入测量气室，特征频率的激光被测量气室内的氨气所吸收，透射激光经三棱镜室中的三棱镜反射后被第二光电探测器接收，将信号传输至工控机进行数据分析处理。本实用新型具有结构紧凑，设备可靠，测量精度高，可有效排除灰尘干扰等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气检测装置领域，具体地说是一种脱硝系统氨气浓度检测装置。
背景技术
目前，氮氧化物是大气污染物中含量较多的成分之一。为了控制氮氧化物的排放，我国火力发电厂都安装了脱硝系统，由于选择性催化还原法(SCR)具有脱硝效率高、技术成熟等优点而得到了广泛的应用。在SCR脱硝过程中，喷氨量的控制至关重要，如果氨气喷入量太少，脱硝效率将会太低，导致氨气不能完全催化还原NOx，造成NOx排放量的超标，给环境带来污染。同样，如果喷氨量太多，脱硝环节无法消化多余的氨气，势必会产生氨气溢出。由于烟气中部分SO2被氧化成SO3，当温度低于300℃时，SO3会与逃逸的氨气发生反应生成硫酸铵或硫酸氢铵，硫酸氨铵本身具有腐蚀性和粘性。如果硫酸氨铵生成并在预热器聚集，首先将影响空气预热器的加热效果，其次灰尘在预热器大量积聚使得预热器对烟气的阻碍作用变大，进一步加剧灰尘堆积，严重时只能停炉清洗发生阻塞的空气预热器。如果硫酸氨铵在催化剂上生成并堆积，将严重影响催化还原反应的进行，减少催化剂有效利用，加剧氨逃逸的发生。大量的氨气逃逸到空气中，将会给大气环境带来严重污染。如果铵盐在下游设备的表面沉淀附着，进而引起下游设备腐蚀，不仅增加检修费用和日常维护工作量，同时还有可能引起停机等事故，所以合理控制好氨气的喷入量，不仅可以提高烟气脱硝效率，最大化的降低NOx排放，同时也可以减少设备事故的发生。如果能够实时监测氨气的逃逸量，并给氨喷入提供实时的参考，将下游氨逃逸情况反馈给喷氨单元，合理优化喷氨过程，就可保证氨气喷入量能够维持在适当的位置。
由此可见，对氨逃逸量采取在线测量，可以及时地给SCR中的氨气控制系统提供依据，以优化氨气的调控，让SCR系统在高效脱硝的前提下使用最少的氨气，减少氨气逃逸的发生。
现有一些原位式测量装置，一个比较大的缺陷是没有考虑国内电厂灰尘大的问题，导致运行一段时间完全不能透过激光，甚至在安装初期激光也难以透过。也有通过采取斜对角设计方案缩短测量光程以减少烟道内部高粉尘的影响，虽然激光信号能够有效通过，但这种方案测量不仅不具有代表性，而且当烟道变形时，发射和接收端根本无法对准。
而现有取样式测量装置的优点在于没有灰尘干扰，但是在取样过程中，由于温度、压力变化使得烟气成分发生改变，尤其是氨气这种微量气体，同时该装置设备复杂、占地空间大，安装不方便。
实用新型内容
针对现有测量装置存在的一些不足之处，本实用新型提供一种脱硝系统氨气浓度测量装置，其采用过滤式原位取样测量方案，采纳可调谐激光技术作为检测装置的核心，将调制技术和可调谐激光测量系统结合，提高恶劣环境下气体浓度的监测精度和灵敏度。
为此，本实用新型采用如下的技术方案：一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其包括机械系统和电子系统，所述的机械系统包括测量部分、光学部分和取样部分，所述的电子系统包括光源部分、信号检测与接收部分以及数据处理单元；
所述的光学部分包括激光准直器、第一光电探测器、第二光电探测器和位于三棱镜室中的三棱镜；
所述的测量部分由参比气室和测量气室组成，测量气室用于测量烟气中的待测气体，参比气室用于锁定谱线中心频率；由DFB激光器发出的激光一路进入参比气室，被第一光电探测器接收后将信号传输至工控机，另一路进入测量气室，特征频率的激光被测量气室内的氨气所吸收，透射激光经三棱镜室中的三棱镜反射后被第二光电探测器接收，将信号传输至工控机进行数据分析处理；
所述的光源部分包括DFB激光器、信号发生器和激光控制器，所述的信号发生器将自身产生的低频扫描信号和锁相放大器产生的高频正弦调制信号叠加后输入到激光控制器中，由激光控制器稳定控制DFB激光器发射测量部分需要的激光，同时，激光控制器根据反馈信号及时调整相关参数，实时在线锁定激光频率；
所述的信号检测与接收部分由激光准直器、第二光电探测器和锁相放大器组成，DFB激光器发射的激光经激光准直器后，进入测量气室时，被内部的待测气体吸收后，透射激光由所述的第二光电探测器接收；
所述的数据处理单元，包括一台工控机和一台显示器，用于对采集的数据进行分析，把处理后的数据显示在显示器上。
所述的锁相放大器为利用相敏检波原理对微弱信号进行测量的放大器，并且可以大幅度降低无用噪声，可检测nV级别的信号，通过输入信号和特频信号抑制没有频率特征的无用信号。
进一步地，所述测量气室的左侧装有烟道壁法兰套管，用于将机械系统稳定安装在烟道壁上。
进一步地，所述测量气室的左端设有光电平台法兰套管，该光电平台法兰套管用于固定放置激光准直器和第二光电探测器的光学平台。
更进一步地，所述光电平台法兰套管与光学平台法兰的连接处设置减振垫，以减缓振动传递。
进一步地，所述测量气室的右端安装三棱镜室，并在三棱镜尾部放置石墨垫片，起到隔振作用。
进一步地，所述的取样部分包括设置在测量气室上方的抽气管和测量气室下方的取样管，抽气管连接一真空泵，抽气管上装有真空阀。利用真空泵把测量气室内的气体抽出，维持测量气室内负压，抽出的气体重新排入烟道。
更进一步地，所述的取样管设有过滤装置，防止灰尘进入测量气室污染镜面。
更进一步地，所述的过滤装置连接反吹压缩空气管，通入压缩空气进行反吹扫，反吹压缩空气由反吹阀控制；在取样管内侧，测量气室内层和过滤装置装有防止氨气吸附在管道表面的内衬。整套装置除进气口和出气口外，采取完全密封结构。
进一步地，所述的测量部分设有标定系统，标定系统由装有标准气体的标准气体瓶、质量流量计和电磁阀而成，采用标准气体管将三者串联。
进一步地，所述的反吹压缩空气管和标准气体管上设有伴热器，可防止结露。
本实用新型具有的有益效果如下：本实用新型属于非接触式测量，不需要对烟气进行预处理，具有测量范围广、响应速度快、灵敏度高以及抗干扰能力强等特点。可以有效抵抗由于电厂烟道壁的振动和灰尘浓度变化带来的光强变化，适合用于环境恶劣的工业测量。响应速度非常快，响应时间可达us量级,远远快于传统的测量方法，因此可以做到在线实时监测，并作为反馈信号，对脱硝过程进行优化控制。解决脱硝系统烟气中氨气浓度在线监测中存在的问题。这些优点大大促进了其在工业领域的广泛使用。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
其中：1-信号发生器；2-激光控制器；3-锁相放大器；4-DFB激光器；5-工控机；6-显示器；7-激光准直器；8-参比气室；9-第一光电探测器；10-第二光电探测器；11-测量气室；12-三棱镜室；13-光电平台；14-光电平台法兰套管；15-烟道壁法兰套管；16-连接法兰；17-伴热器；18-取样管；19-过滤装置；20-标准气瓶；21-质量流量计；22-电磁阀；23-抽气管；24-真空阀；25-真空泵；26-内衬；27-反吹气阀。
具体实施方式
下面结合说明书附图给出本实用新型的一个最佳实施方式。
如图1所示的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其包括机械系统和电子系统，所述的机械系统由测量部分、光学部分和取样部分组成，所述的电子系统由光源部分、信号检测与接收部分以及数据处理单元组成。
所述的光学部分由激光准直器7、第一光电探测器9、第二光电探测器10和位于三棱镜室12中的三棱镜组成。
所述的测量部分由参比气室8和测量气室11组成，测量气室用于测量烟气中的待测气体，参比气室用于锁定谱线中心频率；由DFB激光器4发出的激光一路进入参比气室8，被第一光电探测器9接收后将信号传输至工控机5，另一路进入测量气室11，特征频率的激光被测量气室内的氨气所吸收，透射激光经三棱镜室12中的三棱镜反射后被第二光电探测器10接收，将信号传输至工控机5进行数据分析处理。
所述测量气室11的左侧装有烟道壁法兰套管15，用于将机械系统稳定安装在烟道壁上。所述测量气室11的左端设有光电平台法兰套管14，该光电平台法兰套管14用于固定放置激光准直器7和第二光电探测器10的光学平台13。所述光电平台法兰套管14与光学平台法兰的连接处设置减振垫，以减缓振动传递。所述测量气室11的右端安装三棱镜室12，并在三棱镜尾部放置石墨垫片，起到隔振作用。
所述的测量部分设有标定系统，标定系统由装有标准气体的标准气体瓶20、质量流量计21和电磁阀22而成，采用标准气体管将三者串联。所述标准气体管上设有伴热器17，伴热器17设置于烟道壁法兰套管15内，通过连接法兰16固定于测量气室11外壁。
所述的取样部分包括设置在测量气室11上方的抽气管23和测量气室11下方的取样管18，抽气管23连接真空泵25，抽气管23上装有真空阀24。所述的取样管18设有过滤装置19，防止灰尘进入测量气室污染镜面。所述的过滤装置19连接反吹压缩空气管，通入压缩空气进行反吹扫，反吹压缩空气由反吹阀27控制；在取样管18内侧、测量气室11内层和过滤装置19装有防止氨气吸附在管道表面的内衬26，主要用于保护管件不受气体腐蚀，同时避免管件表层对微量氨气的吸收给测量带来影响。所述反吹压缩空气管上设有伴热器17。
所述的光源部分包括DFB激光器4、信号发生器1和激光控制器2，所述的信号发生器1将自身产生的低频扫描信号和锁相放大器3产生的高频正弦调制信号叠加后输入到激光控制器2中，由激光控制器2稳定控制DFB激光器4发射测量部分需要的激光，同时，激光控制器2根据反馈信号及时调整相关参数，实时在线锁定激光频率。
所述的信号检测与接收部分由激光准直器7、第二光电探测器10和锁相放大器3组成，DFB激光器4发射的激光经激光准直器7后，进入测量气室11时，被内部的待测气体吸收后，透射激光由所述的第二光电探测器10接收。
所述的数据处理单元，由一台工控机5和一台显示器6组成，用于对采集的数据进行分析，把处理后的数据显示在显示器上。
本实用新型的工作过程如下：
信号发生器1将自身产生的低频扫描信号和锁相放大器3产生的高频正弦调制信号叠加后输入到激光控制器2中，由激光控制器2稳定控制DFB激光器4发射测量部分需要的激光频率；同时，激光控制器2根据反馈信号及时调整相关参数，实时在线锁定激光频率。DFB激光器4发射的激光一路经激光准直器7准直后，进入测量气室11被内部的待测气体吸收后，透射激光经三棱镜反射被第二光电探测器10接收转换成光电信号后进入工控机；同时DFB激光器4发射的激光另一路进入参比气室8，被第一光电探测器9接收后转换成光电信号进入工控机；通过参比气室8来测量产生的背景信号，将背景信号与实际测量气室信号对比，并进行扣除。测量气室中测量氨气，参比气室确定激光的中心频率。
对氨气的检测过程如下：首先DFB激光器4输出一定波长的激光，进入到测量气室内实现对氨气的线性扫描，之后被第二光电探测器10收集到，转换为电信号后经过探测部分的前置放大器放大，再经锁相放大器3实现解调，解调后输出信号，信号中带有对氨气吸收的相关信息，经处理后可以得到测量气室内气体的成分及浓度的信息。由工控机5对采集的数据进行分析，把处理后的数据显示在显示器6上并通过DCS传输给电厂。
如上所述，尽管参照特定的优先实施例已经表示和表达了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，包括机械系统和电子系统，所述的机械系统包括测量部分、光学部分和取样部分，所述的电子系统包括光源部分、信号检测与接收部分以及数据处理单元；
所述的光学部分包括激光准直器(7)、第一光电探测器(9)、第二光电探测器(10)和位于三棱镜室(12)中的三棱镜；
所述的测量部分由参比气室(8)和测量气室(11)组成，测量气室用于测量烟气中的待测气体，参比气室用于锁定谱线中心频率；由DFB激光器(4)发出的激光一路进入参比气室(8)，被第一光电探测器(9)接收后将信号传输至工控机(5)，另一路进入测量气室(11)，特征频率的激光被测量气室内的氨气所吸收，透射激光经三棱镜室(12)中的三棱镜反射后被第二光电探测器(10)接收，将信号传输至工控机(5)进行数据分析处理；
所述的光源部分包括DFB激光器(4)、信号发生器(1)和激光控制器(2)，所述的信号发生器(1)将自身产生的低频扫描信号和锁相放大器(3)产生的高频正弦调制信号叠加后输入到激光控制器(2)中，由激光控制器(2)稳定控制DFB激光器(4)发射测量部分需要的激光，同时，激光控制器(2)根据反馈信号及时调整相关参数，实时在线锁定激光频率；
所述的信号检测与接收部分由激光准直器(7)、第二光电探测器(10)和锁相放大器(3)组成，DFB激光器(4)发射的激光经激光准直器(7)后，进入测量气室(11)时，被内部的待测气体吸收后，透射激光由所述的第二光电探测器(10)接收；
所述的数据处理单元，包括一台工控机(5)和一台显示器(6)，用于对采集的数据进行分析，把处理后的数据显示在显示器上。
2.根据权利要求1所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述测量气室(11)的左侧装有烟道壁法兰套管(15)，用于将机械系统稳定安装在烟道壁上。
3.根据权利要求1所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述测量气室(11)的左端设有光电平台法兰套管(14)，该光电平台法兰套管(14)用于固定放置激光准直器(7)和第二光电探测器(10)的光学平台(13)。
4.根据权利要求3所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述光电平台法兰套管(14)与光学平台法兰的连接处设置减振垫，以减缓振动传递。
5.根据权利要求1所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述测量气室(11)的右端安装三棱镜室(12)，并在三棱镜尾部放置石墨垫片，起到隔振作用。
6.根据权利要求1所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述的取样部分包括设置在测量气室(11)上方的抽气管(23)和测量气室(11)下方的取样管(18)，抽气管(23)连接一真空泵(25)，抽气管(23)上装有真空阀(24)。
7.根据权利要求6所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述的取样管(18)设有过滤装置(19)，防止灰尘进入测量气室污染镜面。
8.根据权利要求7所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述的过滤装置(19)连接反吹压缩空气管，通入压缩空气进行反吹扫，反吹压缩空气由反吹阀(27)控制；在取样管(18)内侧、测量气室(11)内层和过滤装置(19)装有防止氨气吸附在管道表面的内衬(26)。
9.根据权利要求8所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述的测量部分设有标定系统，标定系统由装有标准气体的标准气体瓶(20)、质量流量计(21)和电磁阀(22)而成，采用标准气体管将三者串联。
10.根据权利要求9所述的一种脱硝系统氨气浓度检测装置，其特征在于，所述的反吹压缩空气管和标准气体管上设有伴热器(17)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202121725961.0U CN215339505U (zh) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | 一种脱硝系统氨气浓度检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202121725961.0U CN215339505U (zh) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | 一种脱硝系统氨气浓度检测装置 |
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|---|---|
| CN215339505U true CN215339505U (zh) | 2021-12-28 |
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ID=79572986
Family Applications (1)
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| CN202121725961.0U Active CN215339505U (zh) | 2021-07-27 | 2021-07-27 | 一种脱硝系统氨气浓度检测装置 |
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|---|---|
| CN (1) | CN215339505U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114993989A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-09-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种激光气体检测模组和系统 |
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2021
- 2021-07-27 CN CN202121725961.0U patent/CN215339505U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114993989A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-09-02 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种激光气体检测模组和系统 |
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