專利名稱：一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多參數(shù)氣體濃度和溫度測(cè)量的裝置和方法，它主要用于火電廠燃煤鍋爐、熱電廠燃煤鍋爐以及石化鋼鐵的燃煤鍋爐的燃燒狀態(tài)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
背景技術(shù)：
燃燒狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)的方法大體上分為兩大類傳統(tǒng)物理監(jiān)測(cè)方法(如氧化鋯02分析儀)和光學(xué)監(jiān)測(cè)方法。傳統(tǒng)物理監(jiān)測(cè)方法精度低、響應(yīng)慢，不能滿足新型高效節(jié)能燃燒控制系統(tǒng)的需要。目前，我國(guó)的發(fā)電行業(yè)中，基于氧化鋯的02分析傳感器已經(jīng)被廣泛采用，但是氧化鋯分析儀壽命較短，系統(tǒng)的維護(hù)工作量很大。而溫度的測(cè)量采用紅外或熱電偶，很難反映爐膛內(nèi)部溫度，而且壽命短。

另一方面，由于工業(yè)鍋爐體積較大，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法只能監(jiān)測(cè)鍋爐中某一點(diǎn)的燃燒狀態(tài)，并不能真實(shí)的反應(yīng)鍋爐中的真實(shí)狀況；同時(shí)，鍋爐中燃燒不穩(wěn)定度通常在500Hz左右，為了能提供有效的反饋控制信息，傳感器就必須能具備kHz量級(jí)的響應(yīng)速率，而氧化鋯分析儀響應(yīng)速率慢，遠(yuǎn)達(dá)不到燃燒控制系統(tǒng)對(duì)傳感器的要求。另外對(duì)于燃燒過程中產(chǎn)生的氣體CO，C02的濃度檢測(cè)，基本上沒有有效的檢測(cè)方法，只能通過煙氣排放來檢測(cè)，不能實(shí)時(shí)地檢測(cè)燃燒點(diǎn)處的真實(shí)濃度?？傊畟鹘y(tǒng)物理監(jiān)測(cè)方法的精確性、實(shí)時(shí)性、可靠性等性能遠(yuǎn)達(dá)不到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒系統(tǒng)的要求，致使我國(guó)許多火電廠的鍋爐不能長(zhǎng)期控制在最佳燃燒點(diǎn)附近工作，存在巨大的浪費(fèi)，同時(shí)也存在較大的燃燒效率提高空間。相對(duì)于傳統(tǒng)的點(diǎn)接觸式傳感器(如氧化鋯等)，激光氣體分析儀由于采用“原位”式測(cè)量，能夠檢測(cè)一條光路上的待測(cè)氣體濃度，所以能夠更真實(shí)的反應(yīng)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的氣體濃度。特別對(duì)于一些測(cè)量體積較大的環(huán)境，如大型鍋爐中的過程氣體測(cè)量等，激光氣體分析儀能夠更“準(zhǔn)確”，更“實(shí)時(shí)”的反應(yīng)過程氣體的濃度，同時(shí)維護(hù)少，具有很大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置和方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置，包括中央處理模塊、光發(fā)射模塊和光接收模塊，所述的中央處理模塊包括有二極管激光器、信號(hào)發(fā)生器、電流控制器、溫度控制器、鎖相放大器一、鎖相放大器二、信號(hào)處理器和顯示屏，所述的信號(hào)發(fā)生器、電流控制器和溫度控制器根據(jù)所要測(cè)量的氣體共同調(diào)制和驅(qū)動(dòng)所述的二極管激光器發(fā)射O. 7Mffl至I. 5Mffl波長(zhǎng)的激光，發(fā)射出的激光直接射在光發(fā)射模塊上，通過光發(fā)射模塊的擴(kuò)束和準(zhǔn)直后進(jìn)入燃煤鍋爐煙道內(nèi)的待測(cè)氣體，后被所述的光接收模塊接收并探測(cè)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信號(hào)分別傳輸至中央處理模塊中的鎖相放大器一和鎖相放大器二中，鎖相放大器一和鎖相放大器二分別對(duì)電信號(hào)的一次諧波和二次諧波進(jìn)行調(diào)諧放大，將調(diào)諧放大后的信號(hào)送入信號(hào)處理器，通過對(duì)信號(hào)的分析計(jì)算得出氣體的濃度和溫度值并在所述的顯示屏顯示。
一種采用上述的裝置進(jìn)行燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量的方法，內(nèi)容如下結(jié)合諧波調(diào)制技術(shù)，利用信號(hào)發(fā)生器在電流控制器上疊加正弦調(diào)制信號(hào)，同時(shí)調(diào)節(jié)溫度控制器，驅(qū)動(dòng)二極管激光器發(fā)出O. 7Mffl至I. 5Mffl波長(zhǎng)的激光，激光直接射在光發(fā)射模塊并進(jìn)行擴(kuò)充和準(zhǔn)直后進(jìn)入燃煤鍋爐煙道內(nèi)的待測(cè)氣體，經(jīng)過待測(cè)氣體后被光接收模塊接收并探測(cè)，將光信號(hào)裝換成電信號(hào)并分別傳輸至鎖相放大器一和鎖相放大器二中，鎖相放大器一和鎖相放大器二分別對(duì)電信號(hào)的一次諧波和二次諧波進(jìn)出調(diào)諧放大，將調(diào)諧放大后的信號(hào)送入信號(hào)處理器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行平均、濾波、非線性擬合等算法處理，根據(jù)二次諧波信號(hào)兩個(gè)峰的高度比來確定氣體的溫度，根據(jù)二次諧波信號(hào)和對(duì)應(yīng)的一次諧波信號(hào)的值比計(jì)算出氣體的濃度。本發(fā)明的特征還在于當(dāng)所要測(cè)量的氣體為氧氣時(shí)，二極管激光器發(fā)出波長(zhǎng)為
0.7ΜΠ1的激光；當(dāng)所要測(cè)量的氣體為一氧化碳或二氧化碳時(shí)，二極管激光器發(fā)出波長(zhǎng)為
1.5Mffl的激光；所述的光接收模塊是通過光纜將電信號(hào)送入鎖相放大器一和二的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明采用可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜法并采用了最先進(jìn)的波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)解調(diào)的二次諧波信號(hào)與一次諧波信號(hào)的比值實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)定，避免了采用參考樣品池，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減小了系統(tǒng)的體積，系統(tǒng)的精度達(dá)到小于±1%，具有精度高、價(jià)格便宜、壽命長(zhǎng)、免于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明在鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置，包括中央處理模塊I、光發(fā)射模塊6和光接收模塊8,所述的中央處理模塊包括有二極管激光器2、信號(hào)發(fā)生器3、電流控制器4、溫度控制器5、鎖相放大器一 9、鎖相放大器二 10、信號(hào)處理器11和顯示屏12，所述的信號(hào)發(fā)生器3、電流控制器4和溫度控制器5根據(jù)所要測(cè)量的氣體共同調(diào)制和驅(qū)動(dòng)所述的二極管激光器2發(fā)射O. 7Mffl至I. 5Mffl波長(zhǎng)的激光，發(fā)射出的激光直接射在光發(fā)射模塊6上，通過光發(fā)射模塊6的擴(kuò)束和準(zhǔn)直后進(jìn)入燃煤鍋爐煙道13內(nèi)的待測(cè)氣體7，后被所述的光接收模塊8接收并探測(cè)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信號(hào)分別通過光纜傳輸至中央處理模塊中的鎖相放大器一 9和鎖相放大器二 10中，鎖相放大器一 9和鎖相放大器二 10分別對(duì)電信號(hào)的一次諧波和二次諧波進(jìn)行調(diào)諧放大，將調(diào)諧放大后的信號(hào)送入信號(hào)處理器11，通過對(duì)信號(hào)的分析計(jì)算得出氣體的濃度和溫度值并在所述的顯示屏顯示。一種采用上述的裝置進(jìn)行燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量的方法，內(nèi)容如下結(jié)合諧波調(diào)制技術(shù)，利用信號(hào)發(fā)生器3在電流控制器4上疊加正弦調(diào)制信號(hào)，同時(shí)調(diào)節(jié)溫度控制器5，驅(qū)動(dòng)二極管激光器2發(fā)出O. 7Mffl至I. 5Mm波長(zhǎng)的激光，當(dāng)待測(cè)氣體為氧氣時(shí)，波長(zhǎng)為
O.7Mm,當(dāng)待測(cè)氣體為一氧化碳或二氧化碳時(shí)，波長(zhǎng)為I. 5Mm，激光直接射在光發(fā)射模塊6并進(jìn)行擴(kuò)充和準(zhǔn)直后進(jìn)入燃煤鍋爐煙道13內(nèi)的待測(cè)氣體7，經(jīng)過待測(cè)氣體7后被光接收模塊8接收并探測(cè)，將光信號(hào)裝換成電信號(hào)并分別通過光纜傳輸至鎖相放大器一 9和鎖相放大器二 10中，鎖相放大器一 9和鎖相放大器二 10分別對(duì)電信號(hào)的一次諧波和二次諧波進(jìn)出調(diào)諧放大，將調(diào)諧放大后的信號(hào)送入信號(hào)處理器11，對(duì)信號(hào)進(jìn)行平均、濾波、非線性擬合等算法處理，根據(jù)二次諧波信號(hào)兩個(gè)峰的高度比來確定氣體的溫度，根據(jù)二次諧波信號(hào)和對(duì)應(yīng)的一次諧波信號(hào)的值比計(jì)算出氣體的濃度。如圖2所示，為本發(fā)明在鍋爐現(xiàn)場(chǎng)的安裝示意圖，本發(fā)明包括光發(fā)射模塊6、光接收模塊8和中央處理模塊I，其中中央處理模塊I包括有二極管激光器2、信號(hào)發(fā)生器3、電流控制器4、溫度控制器5、鎖相放大器一 9、鎖相放大器二 10、信號(hào)處理器11和顯示屏12，中央處理模塊I整體置于環(huán)境較好的小屋中，遠(yuǎn)離工作現(xiàn)場(chǎng)，不受現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境的影響，另外將光發(fā)射模塊6和光接收模塊8分別置于燃煤鍋爐煙道13兩側(cè)且使光發(fā)射模塊6發(fā)射的光能射入到鍋爐13內(nèi)并能被光接收模塊8接收。首先，結(jié)合諧波調(diào)制技術(shù)，由所述的信 號(hào)發(fā)生器3在電流控制器4上疊加正弦調(diào)制信號(hào)，同時(shí)調(diào)整溫度控制器5，驅(qū)動(dòng)二極管激光器2，使二極管激光器2針對(duì)待測(cè)氣體7的不同發(fā)出不同波長(zhǎng)的激光，例如測(cè)量CO或CO2的濃度，使二極管激光器發(fā)出波長(zhǎng)為I. δμπι的激光；測(cè)量O2的濃度，使二極管激光器發(fā)出波長(zhǎng)為O. 7Mm的激光。將二極管激光器2發(fā)出的激光通過單模光纖傳輸至光發(fā)射模塊6，激光經(jīng)過光發(fā)射模塊6的擴(kuò)束和準(zhǔn)直后進(jìn)入燃燒的鍋爐煙道13內(nèi)的待測(cè)氣體中，后被光接收模塊8接收和探測(cè)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后分別通過光纜傳輸至中央處理模塊I中的鎖相放大器一 9和鎖相放大器二 10中，鎖相放大器一 9和鎖相放大器二 10分別對(duì)電信號(hào)的一次信號(hào)諧波信號(hào)和二次信號(hào)諧波信號(hào)進(jìn)行調(diào)諧放大，再將放大后的信號(hào)送入信號(hào)處理器11進(jìn)行分析和平均、濾波、非線性擬合等算法處理，根據(jù)二次諧波的兩個(gè)峰的高度比來確定待測(cè)氣體7的溫度，根據(jù)二次諧波信號(hào)和對(duì)應(yīng)的一次諧波信號(hào)的值比來確定待測(cè)氣體7的濃度，將得出的溫度值和濃度值在顯示屏12上顯示。
權(quán)利要求
1.一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于包括中央處理模塊、光發(fā)射模塊和光接收模塊，所述的中央處理模塊包括有二極管激光器、信號(hào)發(fā)生器、電流控制器、溫度控制器、鎖相放大器一、鎖相放大器二、信號(hào)處理器和顯示屏，所述的信號(hào)發(fā)生器、電流控制器和溫度控制器根據(jù)所要測(cè)量的氣體共同調(diào)制和驅(qū)動(dòng)所述的二極管激光器發(fā)射O. 7Mffl至I. 5Mm波長(zhǎng)的激光，發(fā)射出的激光直接射在光發(fā)射模塊上，通過光發(fā)射模塊的擴(kuò)束和準(zhǔn)直后進(jìn)入燃煤鍋爐煙道內(nèi)的待測(cè)氣體，后被所述的光接收模塊接收并探測(cè)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信號(hào)分別傳輸至中央處理模塊中的鎖相放大器一和鎖相放大器二中，鎖相放大器一和鎖相放大器二分別對(duì)電信號(hào)的一次諧波和二次諧波進(jìn)行調(diào)諧放大，將調(diào)諧放大后的信號(hào)送入信號(hào)處理器，通過對(duì)信號(hào)的分析計(jì)算得出氣體的濃度和溫度值并在所述的顯示屏顯示。
2.一種采用權(quán)利要求I所述的裝置進(jìn)行燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量的方法，其特征在于結(jié)合諧波調(diào)制技術(shù)，利用信號(hào)發(fā)生器在電流控制器上疊加正弦調(diào)制信號(hào)，同時(shí)調(diào)節(jié)溫度控制器，驅(qū)動(dòng)二極管激光器發(fā)出O. 7Mm至I. 5Mm波長(zhǎng)的激光,激光直接射在光發(fā)射模塊并進(jìn)行擴(kuò)充和準(zhǔn)直后進(jìn)入燃煤鍋爐煙道內(nèi)的待測(cè)氣體，經(jīng)過待測(cè)氣體后被光接收模塊接收并探測(cè)，將光信號(hào)裝換成電信號(hào)并分別傳輸至鎖相放大器一和鎖相放大器二中，鎖相放大器一和鎖相放大器二分別對(duì)電信號(hào)的一次諧波和二次諧波進(jìn)出調(diào)諧放大，將調(diào)諧放大后的信號(hào)送入信號(hào)處理器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行平均、濾波、非線性擬合等算法處理，根據(jù)二次諧波信號(hào)兩個(gè)峰的高度比來確定氣體的溫度，根據(jù)二次諧波信號(hào)和對(duì)應(yīng)的一次諧波信號(hào)的值比計(jì)算出氣體的濃度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于當(dāng)所要測(cè)量的氣體為氧氣時(shí)，二極管激光器發(fā)出波長(zhǎng)為O. 7Mffl的激光；當(dāng)所要測(cè)量的氣體為一氧化碳或二氧化碳時(shí)，二極管激光器發(fā)出波長(zhǎng)為I. 5Mm的激光。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于所述的光接收模塊是通過光纜將電信號(hào)送入鎖相放大器一和二的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃煤鍋爐燃燒狀態(tài)多參數(shù)測(cè)量裝置和方法，包括中央處理模塊、光發(fā)射模塊和光接收模塊，中央處理模塊中信號(hào)發(fā)生器、電流控制器和溫度控制器共同調(diào)制和驅(qū)動(dòng)所述的二極管激光器發(fā)射激光，將激光傳輸至光發(fā)射模塊進(jìn)行擴(kuò)束和準(zhǔn)直，后進(jìn)入燃煤鍋爐煙道內(nèi)的待測(cè)氣體，后被光接收模塊接收并探測(cè)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，將電信號(hào)分別傳輸至中央處理模塊中的鎖相放大器一和鎖相放大器二中進(jìn)行解調(diào)，將解調(diào)后的信號(hào)送入信號(hào)處理器進(jìn)行分析處理，得出的值在顯示屏上顯示。本發(fā)明采用激光吸收光譜法并采用了波長(zhǎng)調(diào)制光譜技術(shù)解調(diào)的二次諧波信號(hào)與一次諧波信號(hào)的比值實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)定，避免了采用參考樣品池，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減小了系統(tǒng)的體積，系統(tǒng)的精度達(dá)到小于±1%，具有精度高、價(jià)格便宜、壽命長(zhǎng)、免于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/39GK102654456SQ20121010702
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者劉平, 閻杰, 黃文平 申請(qǐng)人:安徽皖儀科技股份有限公司