一种SCR出口氨气浓度平面分布在线检测系统的制作方法

本实用新型涉及环保技术领域的火电厂脱硝系统运行优化技术，具体涉及一种SCR出口氨气浓度平面分布在线检测系统。

背景技术：

随着NOx排放污染的日益严重，国家对NOx的排放提出了更为严格的要求。选择性催化还原法（SCR）技术是目前大多数燃煤电厂采用的烟气脱硝技术，其主要原理是NH3作为还原剂，与烟气中的污染物NOx反应还原生成无毒、无污染的N2和H2O，从而满足国家对于烟气排放的要求。烟气脱硝装置运行时喷氨量的控制，既要保证最大限度的脱除NOx，又要将NH3的逃逸率控制在合理范围内。若喷氨量过少，脱硝效率低导致烟气中的NOx浓度过高，超过排放标准限值；喷氨量过多，逃逸的氨气会与烟气中的SO3生成具有腐蚀性和粘结性的硫酸铵盐，造成位于脱硝下游的空气预热器蓄热原件堵塞和腐蚀。同时，逃逸氨还会腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活和堵塞，大大减少催化剂使用寿命。因此，快速、准确检测氨逃逸量，对于提高SCR装置的运行效率，保证系统的运行安全性和脱硝经济型至关重要。

可调谐二极管吸收光谱（TDLAS）技术，作为一种高选择性、高灵敏度、高精度的快速在线检测技术，常被应用于SCR出口NH3浓度的在线检测。

现有的基于TDLAS技术的NH3逃逸在线检测系统或在线分析仪一般采用的是单点测量，而实际烟道内烟气的流场十分不均匀,NH3的浓度分布也存在很大梯度，现有的NH3浓度测量数据代表性很差，无法满足SCR系统精细化调整的要求，更无法实现喷氨格栅的分区优化调整。若要实现NH3在烟道内的浓度平面分布的在线测量，反映SCR脱硝装置氨逃逸的真实情况，则必须要相应配置多套TDLAS气体在线检测系统，系统使用效率低，浪费资源。本实用新型与现有的在线检测系统或分析仪相比，克服了以上缺点，针对NH3在烟道内的浓度平面分布不均匀的情况，采用网格式多点取样头的布置方案，一套系统便可以实现多个取样点烟气浓度的同时在线检测，不仅缩短了检测周期，而且极大地降低了设备投资成本和设备维护成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决燃煤电厂SCR脱硝装置中逃逸氨的TDLAS浓度在线单点测量效率低、成本高、维护量大且单点测量结果无代表性的问题，提供一种氨气浓度平面分布在线检测系统，实现一套检测系统同时检测网格式多点取样烟气中的NH3浓度，得到SCR脱硝装置中逃逸氨的浓度分布，提高气体浓度检测的效率，降低检测气体浓度所需的设备成本和维护成本。

本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种SCR出口氨气浓度平面分布在线检测系统，包括两个取样模块（100A、100B）、两个烟气预处理模块(200A、200B)、激光检测模块(300)、数据处理及显示模块；两个取样模块（100A、100B）和两个烟气预处理模块(200A、200B)分别对应于布置于两侧烟道；其中位于每一侧烟道的取样模块、烟气预处理模块和激光检测模块通过伴热管依次连接，激光检测模块连接数据处理及显示模块。烟气预处理模块用于对烟气进行预处理使烟气符合测量要求；所述激光检测模块使激光器的频率调整到NH3吸收谱线的中心频率处，激光器产生入射激光；所述入射激光被分束，分束后的激光被光纤准直器准直后入射到气体吸收池中；气体吸收池内烟气对其进行吸收，产生NH3气体吸收光信号，通过各个光电探测器将对应探测得到多路含有被测气体NH3浓度信息的光信号转化成为用于数据处理的电信号，并经内置的前置放大电路进行放大处理；再通过上位机反演出各路烟气中NH3的浓度值，得到NH3浓度的平面分布结果，同时计算出每侧烟道中NH3浓度的平均值。

进一步的，每个取样模块均包括位于相应一侧烟道的n个高温取样枪及与高温取样枪对应的电磁阀组；高温取样枪与对应的电磁阀通过伴热管连接，电磁阀组控制n个高温取样枪取样。

进一步的，所述的激光检测模块包括信号发生器、激光驱动器、2个激光器(3A、3B)、2个光纤分束器（4A、4B）、2n个光纤准直器（501A~5nA、501B~5nB）、2n个气体吸收池（601A~6nA、601B~6nB）、2n个光电探测器（701A~7nA、701B~7nB）；信号发生器输出端与激光驱动器输入端连接，激光驱动器输出端与两个激光器（3A、3B）的输入端连接；两个激光器（3A、3B）的输出端分别相应地与2个光纤分束器（4A、4B）的输入端连接；每个光纤分束器将每个激光器的出射激光分成n束，经过相应的n个光纤准直器准直后分别入射至对应的n个气体吸收池，吸收光信号将由对应的n光电探测器转换成电信号。

进一步的，所述的数据处理模块包括多通道锁相放大器、数据采集卡、上位机；多通道锁相放大器的输入端与各个光电探测器连接，多通道锁相放大器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与上位机连接。

进一步的，所述的信号发生器的输出端也与多通道锁相放大器的输入端连接，信号发生器为多通道锁相放大器提供参考信号。

进一步的，每一侧烟道各对应一个激光器，利用单个激光器，结合光纤分束器，产生n路能量相同的测量光束，两侧烟道共产生2n路能量相同的测量光束。

进一步的，整个系统管路中始终保持有新鲜烟气流动，使取样管路中的烟气能够实时反映烟道内烟气的动态变化。

进一步的，位于同一侧烟道的n个高温取样枪以网格式布置。

进一步的，所述两个取样模块（100A、100B）由三个以上取样模块替代，所述两个烟气预处理模块(200A、200B)由三个以上烟气预处理模块替代，三个以上取样模块相应地布置于三个以上的烟道中。

进一步的，所述的取样模块主要包括每侧烟道n个高温取样枪及其对应的电磁阀组；高温取样枪在烟道的布置方式可以是网格式、错位式或其他布置方式；高温取样枪与对应的电磁阀组通过伴热管连接，电磁阀组控制高温取样枪取样，使整个系统管路中始终保持有新鲜烟气流动，取样管路中的烟气能够实时反映烟道内烟气的动态变化。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用TDLAS（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy）技术，结构设计巧妙紧凑，通过该结构布置可以准确测量SCR脱硝系统出口的NH3浓度平面分布。各路烟气的检测信号可以同时发生，数据的采集和处理按设定的顺序依次进行，相邻两路数据的采集和处理的时间间隔不超过5s，极大地缩短了网格式检测周期（大约1.5min），并显著降低了设备成本和维护成本。

附图说明

图1为实施例一种SCR出口氨气浓度平面分布在线检测系统的结构示意图。

图2为实例中激光检测模块和数据处理模块的结构图。

图3为实例中两侧烟道（A、 B）的网格式取样点布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本实用新型的具体实施作进一步说明，但本实用新型的实施和保护不限于此。需指出的，本实用新型的关键在于对结构部分提出的技术方案；涉及数据处理及显示模块中的计算和处理是本领域技术人员可参照现有技术编程实现的，本实用新型作为对硬件部分提出的技术方案，可以不包括该可与现有技术共用的模块。

本实例的一种SCR出口氨气浓度平面分布在线检测系统，如图1所示，包括烟道（A、B）、两个取样模块（100A、100B）、两个烟气预处理模块（200A、200B）、激光检测模块300、数据处理及显示模块400、电伴热管001、信号线002、光纤003、排气管004、两个激光器（3A、3B）、气体吸收池（601A/602A/603A…/6nA/601B/602B/603B…/6nB）。

本实例中，第一取样模块100A、第一烟气预处理模块200A对应于第一烟道A布置；同理，第二取样模块100B、第二烟气预处理模块200B对应于第二烟道B布置；两个取样模块（100A、100B）、两个烟气预处理模块（200A、200B）与气体吸收池通过伴热管依次连接；激光检测模块连接数据处理及显示模块。

图2为实例中激光检测模块和数据处理模块的结构图，包括信号发生器1、激光驱动器2、第一激光器3A、第二激光器3B、第一激光分束器4A、第二激光分束器4B、光纤准直器（501A/502A/…/5nA/501B/502B/…/5nB）、气体吸收池（601A/602A/…/6nA/601B/602B/…/6nB）、光电探测器（701A/702A/…/7nA/701B/702B/…/7nB）、锁相放大器8、数据采集卡9、上位机10。

所述的激光检测模块包括信号发生 (3A、3B)、2个光纤分束器（4A、4B）、2n个光纤准直器（501A、502A、……5nA、501B、502B、……5nB）、2n个气体吸收池（601A、602A、……6nA、601B、602B、……6nB）、2n个光电探测器（701A、702A、……7nA、701B、702B、……7nB）；两侧烟道各对应一个激光器和一个光纤分束器；信号发生器1输出端与激光驱动器2输入端连接，激光驱动器2输出端与激光器（3A、3B）输入端连接；第一激光器3A输出端与第一光纤分束器4A输入端连接，第一光纤分束器4A将第一激光器3A的出射激光平均分成n束，经过光纤准直器（501A、502A、……5nA）准直后分别入射至对应的气体吸收池（601A、602A、……6nA），吸收光信号将由对应的光电探测器（701A、702A、……7nA）转换成电信号；第二激光器3B输出端与第二光纤分束器4B输入端连接，第二光纤分束器4B将第二激光器3B的出射激光平均分成n束，经过光纤准直器（501B、502B、……5nB）准直后分别入射至对应的气体吸收池（601B、602B、……6nB），吸收光信号将由对应的光电探测器（701B、702B、……7nB）转换成电信号。

所述的数据处理模块包括多通道锁相放大器8、数据采集卡9、上位机10；多通道锁相放大器8的输入端与各个光电探测器（701A、702A、……7nA、701B、702B、……7nB）连接，多通道锁相放大器8的输出端与数据采集卡9的输入端连接，数据采集卡9的输出端与上位机10连接。所述的信号发生器1的输出端也与多通道锁相放大器8的输入端连接，信号发生器1为多通道锁相放大器8提供参考信号。

本实施例中SCR出口第一烟道A、第二烟道B各布置16个取样点，取样点采用网格式的布置方案，如图3所示。

本实用新型的关键在于对结构部分提出的技术方案，以下作为一种应用举例作进一步说明，本实例一种SCR出口氨气浓度平面分布在线检测系统的检测步骤具体包括：

在所述的取样模块的控制下，安装在两侧烟道的高温取样枪从按照网格法布置的32个烟道取样点抽取32路烟气，每路烟气的采集由对应安装在烟道外与取样枪连接的伴热管上的电磁阀组控制，采集的烟气经高温取样枪自带的过滤器进行初级过滤后，通过与取样枪连接的伴热管同时进入烟气预处理模块进行进一步除尘等测量前处理。另外，还设置有反吹装置，对取样后的高温取样枪使用压缩空气进行定期的反吹，吹扫附在过滤器外表面的浮尘，将其吹扫回烟道。

所述的烟气预处理模块完成烟气的预处理（如除尘）后，符合测量要求的待测烟气通过伴热管对应通入到所述的气体吸收池中，已测量的烟气通过排气管排出，保证在正常工作时整个系统管路中始终保持有新鲜烟气的流动，使取样管路中的烟气能够实时反映烟道内烟气的动态变化。整个烟气预处理模块全部集成在高温加热盒内，结构紧凑，以避免传输管路对NH3的吸附和硫酸氢铵的结晶，保证取样的真实性。

所述的每侧烟道对应的激光检测模块中，信号发生器、激光驱动器和激光器通过信号线依次连接，激光器、光纤分束器、光纤准直器通过光纤依次连接。所述信号发生器产生两路信号，一路参考信号经过倍频之后送至锁相放大器的参考输入端，另一路调制信号输入到所述激光驱动器，控制激光驱动器的电流和温度，根据NH3吸收光谱，使得激光器的频率调整到NH3吸收谱线的中心频率处，激光器产生入射激光。所述入射激光被对应所述的光纤分束器平均分成16束能量相同的光束，分束后的激光被对应所述的光纤准直器准直后入射到对应所述的气体吸收池中；气体吸收池内烟气对其进行吸收，从而使激光光强削弱，得到透射激光，产生NH3气体吸收光信号。各个光电探测器将对应探测得到的32路含有被测气体NH3浓度信息的光信号转化成为便于数据处理的电信号，并经内置的前置放大电路进行适当地放大处理。

所述的数据处理及显示模块中，锁相放大器、数据采集卡和上位机通过信号线依次连接。所述的多处理锁相放大器分别对32路经放大后的电信号进行谐波检测，从中提取出NH3参考信号特定倍频下的二次谐波信号，将不相关的噪音信号有效的去除。所得到的二次谐波信号经过适当的放大后，作为锁相放大器的最终处理结果。所述的数据采集卡将锁相放大器的最终处理结果进行采集。所述的上位机对采集得到的32路数据同时进行分析，反演出各路烟气中NH3的浓度值，得到NH3浓度的平面分布结果，同时计算出每侧烟道16路烟气中NH3浓度的平均值，并实时传输至DCS系统。

相邻两路气体的数据采集和处理时间间隔不超过5s，大约1.5min内便可处理完32路的气体检测。

本实用新型的烟气取样点不限于32个，可以为多个，多路烟气都同时进行检测。

以上的实施仅仅是对实用新型的优选实施方式进行描述，但不能因此而理解为对实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。