本发明属于气体分析技术领域，涉及一种原位在线测定氨逃逸的装置。
背景技术：
化石能源燃烧过程所产生的氮氧化物（nox）是最主要的大气污染物之一。为了控制nox的排放，工业上通常使用选择性催化还原（scr）或选择性非催化还原（sncr）技术来脱除锅炉烟气中的nox（即脱硝过程）。这两种技术的共同特点是采用氨（或可以转化为氨的尿素）与nox反应，生成无害的水和氮气。氨的注入量是控制scr或sncr反应的关键参数，注入量过少时nox脱出率不足，造成nox排放超标；氨注入量过多时，过量的氨将从反应器出口逃逸，与烟气中的二氧化硫和水反应生成硫酸铵盐，造成设备腐蚀堵塞等严重后果。因此，氨逃逸是脱硝过程的重要监控指标。对于scr催化剂，氨逃逸也是催化剂重要的性能指标之一。无论是工业脱硝还是scr催化剂性能检测，都需要高精度的氨逃逸检测装置。
tdlas（tunablediodelaserabsorptionspectroscopy，可调谐半导体激光吸收光谱）是目前在线测定氨逃逸的主流技术。tdlas采用单一窄带的激光频率扫描一条独立的气体吸收线，具有高选择性、高分辨率、速度快、灵敏度高的优势。目前tdlas用于氨逃逸检测主要有两种方式：
（1）抽取式，即将部分烟气经采样管线抽取至专用样品池中进行测试，目前大部分独立烟气分析设备均采用此方法。cn205593918公开了一种脱硝一体化在线监测仪，包括机箱、进气口、加热预处理装置、采样和校准装置、氨气分析装置、数据处理及显示装置、温控装置、供电及对外接口装置，加热预处理装置包括加热器、高温球阀和二级过滤器。所述氨气分析装置包括恒温光谱仪和高温气体室，所述高温气体室通过管道与二级过滤器连接。cn205826526公开了一种抽取式氨逃逸监测系统，包括采样单元、恒温预处理单元、测量单元和电气控制单元，所述恒温预处理单元、测量单元和电气控制单元位于分析柜内；所述采样单元包括采样探头和伴热采样管，所述恒温预处理单元包括二级过滤器、射流泵、高温气动阀、截止阀、标定阀、气源电磁阀和压力调节单元，所述压力调节单元包括压力开关、标气流量计和调压阀，所述测量单元包括测量池、激光发射端、激光接收端、仪器控制单元和显示单元，所述电气控制单元包括plc控制器、温度控制单元、开关和接线端子。抽取式氨逃逸测试装置通常设有较为复杂的预处理装置，在检测前对气体样品进行过滤、除湿等处理，可以避免气体内灰尘等成分对光学系统的影响，维护周期较长。然而由于采样管线通常较细，采样流量也很小，在测试氨逃逸时ppm级别的氨气极易在采样管线表面吸附，难以获得稳定准确的结果。
（2）对射式，即在烟道两侧分别安装激光发射端和接收端，使激光经过烟气直接进行测试。cn105259137提供一种管道氨逃逸激光吸收光谱自动在线原位测量装置，该装置包括激光发射系统、激光接收系统和两个焊接法兰安装单元，所述激光发射系统和激光接收系统分别通过一个焊接法兰安装单元固定在管道的对射两侧；所述激光发射系统包括第一壳体、设置在第一壳体内部的调制信号发生板、激光器驱动电源板和激光器以及安装在第一壳体上的光束扩束准直透镜；所述激光接收系统包括第二壳体、设置在第二壳体内部的探测器、前置放大电路板、锁相放大器板、信号处理板和显示屏驱动板以及安装在第二壳体上的光束汇聚透镜和显示屏。与抽取式装置相比，对射式装置避免了氨气在采样管线的吸附问题，对于氨逃逸的测试灵敏度更高。但由于对射式装置的测试光程等于烟道宽度，在烟道较窄时无法满足测试精度，不能用于scr催化剂测试系统。此外，由于烟道两侧壁和中间存在温差，测试光路的实际温度难以确定，会影响检测结果的准确性。对射式装置还存在不便安装、调试和维护较为复杂等问题。
技术实现要素：
为了克服现有氨逃逸测试装置的不足，本发明提供了一种在线原位测定氨逃逸的装置。与现有技术相比，本发明的装置具有结构简单、易于安装调试、便于维护、测试结果准确等特点，可用于各种需要测定氨逃逸的场景，尤其适用于配合scr催化剂中试性能检测系统使用。
本发明的用于原位在线测定氨逃逸的装置，其特征在于，包括测量管路；所述测量管路一端通过连接件与烟气进口管路直接相连，另一端用法兰片密封；所述法兰片中心设有耐高温玻璃窗，内侧设有检测杆，外侧设有激光发射端、激光接收端和放大电路；其中，所述检测杆另一端与耐高温反射镜相连，所述激光发射端通过光纤与分析仪内激光发生装置连接，所述激光接收端与放大电路连接，所述放大电路通过电缆与分析仪内信号处理电路连接。
优选地，所述测量管路内径与烟气进口管路内径相当，以保证气流能够顺畅流经管路。
进一步优选地，所述测量管路内壁覆有耐高温非晶态硅惰性涂层，涂层厚度为100~500nm。
优选地，所述连接件内部管路形状选自直通、上弯、下弯中的一种。
优选地，所述检测杆长度为0.2~2.0米，更优选地，0.5~1.5米。
进一步优选地，所述检测杆外形选自单根壁上开孔的圆管、截面为弧形的单根条板或由2~6根长杆形成的组合结构之一。
优选地，所述法兰片内侧设有中心开孔的隔热垫片。
进一步优选地，所述测量管路外部还设有：
一个或多个电加热器；
一个或多个温度传感器；
压力传感器；
所述的温度传感器和压力传感器探头位于测量管路内部截面中心附近，通过电缆与分析仪连接。
具体实施方式
图1是根据本发明的原位在线测定氨逃逸的装置的示意图。
图中：1-放大电路；2-激光发射端；3-激光接收端；4-耐高温玻璃窗口；5-定位支架；6-法兰片；7-测量管路；8-电加热器；9-检测杆；10-耐高温反射镜；11-连接件；12-烟气进口管路；13-压力传感器；14-温度传感器；15-分析仪；16-烟气出口管路。
下面将结合具体实施例和附图说明本发明提供的原位在线测定氨逃逸的装置，但并不因此而限制本发明的范围。
本发明的一种原位在线测定氨逃逸的装置，包括测量管路（7）；所述测量管路（7）一端通过连接件（11）与烟气进口管路（12）直接相连，另一端用法兰片（6）密封；所述法兰片（6）中心设有耐高温玻璃窗（10），内侧设有检测杆（9），外侧设有激光发射端（2）、激光接收端（3）和放大电路（1）；其中，所述检测杆另一端与耐高温反射镜相连，所述激光发射端（2）通过光纤与分析仪（15）内激光发生装置连接，所述激光接收端（3）与放大电路（1）连接，所述放大电路（1）通过电缆与分析仪（15）内信号处理电路连接。
测量管路（7）内径与烟气进口管路（12）内径相当，以保证气流能够顺畅流经管路。通常情况下，测量管路（7）的内径应在5~30cm之间，更优选在10~20cm之间，以便于制造和安装。在应用于scr催化剂测试装置时，烟气进口管路（12）一侧与测量管路连接，另一侧可直接与最后一节反应器出口相连。在应用于电厂、工厂等烟气流量较高、烟道较宽的情况时，可在主烟气管路上设置旁路，用作连接至本装置测量管路（7）的烟气进口管路（12）。测量管路（7）的烟气出口下游通常需设置排风机，用于烟气流量控制。测量管路（7）的长度通常为0.3~2.1米，更优选为0.6~1.6米。
测量管路（7）内壁覆有耐高温非晶态硅惰性涂层，涂层厚度为100~500纳米。采用化学气相沉积法附着于管路内壁，具有耐高温、抗腐蚀的特点，可在最大程度上避免氨气吸附，保证测试结果准确。
连接件（11）内部管路形状选自直通、上弯、下弯中的一种。上弯或下弯的角度没有限制，便于部件连接的同时保证气流通畅即可。
法兰片（6）用于安装光学与电子元件和检测杆。法兰片（6）中心开孔，中心设有耐高温玻璃窗（4）；外侧设有激光发射端（2）、激光接收端（3）、放大电路（1）和定位支架（5），其中，激光发射端（2）、接收端（3）的位置可自由调节，最后通过定位支架（5）进行固定。优选条件下，在法兰片（6）内侧设有中心开孔的隔热垫片以及检测杆（9），其中，隔热垫片用于隔绝来自测量管路的热量，避免法兰片（6）外侧光学和电子器件损坏或快速老化。
检测杆（9）用于支撑设置在其末端的耐高温反射镜（10），使耐高温反射镜（10）稳定处于光路中心位置。因此检测杆（9）必须足够牢固，同时不能阻挡烟气在检测区域内的流动。检测杆（9）的长度略小于测量管路（7）的长度，通常为0.2~2.0米，更优选0.5~1.5米。检测杆（9）外形可为单根壁上开孔的圆管、截面为弧形的单根条板或由2~6根长杆形成的组合结构之一。本测量装置光路为单次反射设置，测量光程为检测杆（9）长度的2倍。激光光程与氨逃逸测定的灵敏度和检测浓度下限直接相关，通常情况下光程越长，检测灵敏度越高、检测浓度下限越低。
分析仪（15）安装于测量管路（7）外部的机架上，内部设有激光发生模块与信号处理电路。激光发生模块用于产生测定氨所需的激光光源，激光经光纤送至激光发射端（2）发射，经耐高温玻璃窗（4）后进入测量管路（7），经检测杆（9）末端的耐高温反射镜（10）反射后返回，再经过耐高温玻璃窗（4）后由激光接收端（3）的传感器接收，转换为电信号再经放大电路（1）处理后送回分析仪（15）内的信号处理电路，并计算出氨气浓度值。
计算氨气浓度时需要检测测量管路内的实时温度和压力数据。在优选条件下可在测试管路（7）上安装温度传感器（14）和压力传感器（13），传感器通过电缆与分析仪（15）相连，在测试条件保持稳定时，可用固定的温度和压力值校准。温度传感器（14）探头和压力传感器（13）探头应靠近测量管路（7）截面中心位置，尽可能接近但不能遮挡测量光路。在某些条件下，为了更准确的获得光路上的温度和压力数据，可沿测量管路（7）设置多个温度传感器（14）和压力传感器（13）。为了保持测量管路（7）温度的稳定和一致，还优选在测量管路（7）外部设置一个或多个电加热器（8），用于管路内气体的加热，与测量管路（7）内的温度传感器（14）组成控制回路，对测量温度进行精确控制。
使用本发明的原位在线测定氨逃逸的装置的工作过程为：
气体从烟气进口管路（12）进入本发明的原位在线测定氨逃逸装置，然后进入测量管路（7），使用电加热器（8）加热至分析仪（15）检测所需测量温度，温度和压力值用温度传感器（14）和压力传感器（13）检测，通过光纤反馈给分析仪（15）。待温度和压力数值稳定以后，分析仪（15）内的激光发生模块产生测定氨所需的激光光源，激光经光纤传送至激光发射端（2）发射，经耐高温玻璃窗（4）后进入测量管路（7），经检测杆（9）末端的耐高温反射镜（10）反射后返回，再经过耐高温玻璃窗（4）后由激光接收端（3）的传感器接收，转换为电信号再经放大电路（1）处理后送回分析仪（15）内的信号处理电路，并测定出氨气浓度值。测定完毕后烟气从烟气出口管路（16）排出。