一種管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及管道氨逃逸氣體分析技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種管道氨逃逸激光吸收光譜 自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在大規(guī)模燃燒礦物燃料的領(lǐng)域，例如燃煤發(fā)電廠，都安裝了前燃或后燃NOx控制技 術(shù)的脫硝裝置，后燃NOx控制技術(shù)可以是選擇性催化還原法，也可以是選擇性非催化還原 法，但是無(wú)論應(yīng)用哪種方法，基本原理都是一樣的，即都是通過(guò)往反應(yīng)器內(nèi)注入氨與氮氧化 物發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生水和N 2。注入的氨可以直接以NH3的形式，也可以先通過(guò)尿素分解釋放得 到NH3再注入的形式，無(wú)論何種形式，控制好氨的注入總量和氨在反應(yīng)區(qū)的空間分布便可以 最大化地降低NO x排放。氨注入的過(guò)少，就會(huì)降低還原轉(zhuǎn)化效率，氨注入的過(guò)量，不能不能減 少NOx排放，反而因?yàn)檫^(guò)量的氨導(dǎo)致NH 3逃逸出反應(yīng)區(qū)，逃逸的NH3會(huì)與工藝流程中產(chǎn)生的硫 酸鹽發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銨鹽，且主要都是重硫酸銨鹽。銨鹽會(huì)在鍋爐尾部煙道下游固體部 件表面上沉淀，例如沉淀在空氣預(yù)熱器扇面上，會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)備腐蝕，并因此帶來(lái)昂貴的 維護(hù)費(fèi)用。在反應(yīng)區(qū)注入的氨分布情況與NO和NO 2的分布不匹配時(shí)也會(huì)出現(xiàn)氨逃逸現(xiàn)象， 高氨量逃逸的情況伴隨著NOx轉(zhuǎn)化效率降低是一種非常糟糕的現(xiàn)象和很?chē)?yán)重的問(wèn)題。逃逸 掉的NH 3不僅造成資金的浪費(fèi)，環(huán)境污染，還將腐蝕催化劑模塊，造成催化劑失效和堵塞，大 大縮短催化劑壽命。同時(shí)逃逸的NH 3會(huì)與空氣中的SO3生成硫酸銨鹽（具有腐蝕性和粘結(jié) 性），導(dǎo)致位于脫硝下游的空氣預(yù)熱器蓄熱元件堵塞與腐蝕。因此，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)氨逃 逸濃度是非常有必要的。
[0003] 常用的氨逃逸氣體在線測(cè)量裝置，如下：
[0004] (1)如中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利ZL201310085119.9提到的將電除塵器第一電場(chǎng)灰斗的飛 灰與水混合，得到待測(cè)樣品溶液，控制水灰比為（20~100) :1和待測(cè)樣品溶液的pH值為 6. 0~6. 8,使飛灰中的氨絕大部分甚至全部溶于水中，且不會(huì)發(fā)生氨逃逸，從而得到氨逃 逸的結(jié)果。該方法不能實(shí)時(shí)獲取氨逃逸結(jié)果，容易造成控制的滯后性，對(duì)實(shí)時(shí)控制氨氣比 例，減少環(huán)境污染存在一定的缺陷。
[0005] (2)抽取式催化還原法氨逃逸測(cè)量裝置：通常采用伴熱式抽取氨氣，將NH3先轉(zhuǎn)化 為N0,采用化學(xué)熒光分析法檢測(cè)微量N0,再轉(zhuǎn)換成氨的測(cè)量值，存在轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題。 另外，在樣氣取樣及傳輸過(guò)程存在水分對(duì)微量氨的吸收等影響因素，使得抽取分析法測(cè)量 微量氨很困難，準(zhǔn)確度也難于保證。
[0006] (3)激光原位測(cè)量：無(wú)需采樣，直接測(cè)量氨逃逸濃度，沒(méi)有樣氣取樣及傳輸帶來(lái)的 影響和粉塵干擾，也不存在轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率問(wèn)題造成二次污染。采用激光分析原位測(cè)量 微量氨逃逸，更具有代表性。
[0007] 可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)作為激光光譜的典型代表具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)，如：（1)利用半導(dǎo)體 激光良好的單色性，采用"單線光譜"技術(shù)避免背景氣體吸收的干擾；（2)利用半導(dǎo)體激光 波長(zhǎng)的可調(diào)諧性解決粉塵、視窗污染對(duì)測(cè)量的影響；（3)無(wú)需采樣預(yù)處理，響應(yīng)速度快，便 于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制；(4)實(shí)地測(cè)量，氣體信息不易失真，測(cè)量值為管道內(nèi)氣體的在線平 均濃度；（5)儀器無(wú)運(yùn)動(dòng)器件，可靠性高，維護(hù)方便，運(yùn)行費(fèi)用接近于零（僅為電費(fèi)）；（6)可 自動(dòng)修正環(huán)境溫度、壓力變化對(duì)測(cè)量的影響；（7)非接觸測(cè)量，有非常強(qiáng)的高溫、高粉塵和 強(qiáng)腐蝕等惡劣工業(yè)環(huán)境的適應(yīng)能力。因此，可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)為電廠、化工企 業(yè)、水泥企業(yè)等的氨逃逸氣體分析領(lǐng)域的自動(dòng)在線原位測(cè)量的可行性奠定了基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，克 服常用的氨逃逸測(cè)量裝置需要樣品采樣、預(yù)處理等不足之處，以滿(mǎn)足電廠、化工企業(yè)、水泥 企業(yè)等廠礦企業(yè)所需要的氨逃逸實(shí)時(shí)在線原位測(cè)量與報(bào)警的需求。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0010] -種管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，該裝置包括激光發(fā)射系 統(tǒng)、激光接收系統(tǒng)和兩個(gè)焊接法蘭安裝單元，所述激光發(fā)射系統(tǒng)和激光接收系統(tǒng)分別通過(guò) 一個(gè)焊接法蘭安裝單元固定在管道的對(duì)射兩側(cè)；
[0011] 所述激光發(fā)射系統(tǒng)包括第一殼體、設(shè)置在第一殼體內(nèi)部的調(diào)制信號(hào)發(fā)生板、激光 器驅(qū)動(dòng)電源板和激光器以及安裝在第一殼體上的光束擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡；所述激光接收系統(tǒng)包 括第二殼體、設(shè)置在第二殼體內(nèi)部的探測(cè)器、前置放大電路板、鎖相放大器板、信號(hào)處理板 和顯示屏驅(qū)動(dòng)板以及安裝在第二殼體上的光束匯聚透鏡和顯示屏；
[0012] 所述調(diào)制信號(hào)發(fā)生板和激光器驅(qū)動(dòng)電源板的輸出端與激光器的輸入端連接，所述 光束擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡設(shè)置在激光器的輸出光路上，用于對(duì)激光器輸出的調(diào)制激光進(jìn)行擴(kuò)束準(zhǔn) 直，形成激光準(zhǔn)直光束；
[0013] 所述光束匯聚透鏡用于對(duì)經(jīng)管道內(nèi)部的待測(cè)氣體氨氣吸收后的激光準(zhǔn)直光束進(jìn) 行匯聚，形成光斑投射到探測(cè)器上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，所述探測(cè)器的輸出端通過(guò)前置放大電路 板與鎖相放大器板的輸入端連接，所述鎖相放大器板的輸入端與調(diào)制信號(hào)發(fā)生板的輸出端 連接，所述鎖相放大器板的輸出端與信號(hào)處理板的輸入端連接，所述信號(hào)處理板的輸出端 通過(guò)顯示屏驅(qū)動(dòng)板與顯示屏的輸入端連接。
[0014] 所述的管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，該裝置還包括氮?dú)獯祾?單元，所述氮?dú)獯祾邌卧某鰵饪谕ㄟ^(guò)銅管分別與激光發(fā)射系統(tǒng)、激光接收系統(tǒng)以及焊接 法蘭安裝單元的進(jìn)氣口連通；
[0015] 所述第一殼體內(nèi)部還設(shè)有正壓?jiǎn)?dòng)保護(hù)裝置和第一電源轉(zhuǎn)換板，所述第一電源轉(zhuǎn) 換板通過(guò)正壓?jiǎn)?dòng)保護(hù)裝置與電源連接，用于當(dāng)正壓?jiǎn)?dòng)保護(hù)裝置處于閉合狀態(tài)時(shí)，將電 源電壓轉(zhuǎn)換為調(diào)制信號(hào)發(fā)生板和激光器驅(qū)動(dòng)電源板的工作電壓；
[0016] 所述第二殼體內(nèi)部還設(shè)有第二電源轉(zhuǎn)換板，所述第二電源轉(zhuǎn)換板與電源連接，用 于將電源電壓轉(zhuǎn)換為前置放大電路板、鎖相放大器板、信號(hào)處理板和顯示屏驅(qū)動(dòng)板的工作 電壓。
[0017] 所述的管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，所述焊接法蘭安裝單元 包括鎖箍、內(nèi)置清潔玻璃的窗片玻環(huán)、光學(xué)窗口鏡片、儀器法蘭、0型橡膠密封圈、安裝焊接 法蘭、螺栓、螺母、單向閥門(mén)和不銹鋼管，所述鎖箍用于將第一殼體或第二殼體與儀器法蘭 固定在一起，所述窗片玻環(huán)安裝在激光發(fā)射系統(tǒng)的出射端或激光接收系統(tǒng)的入射端，所述 光學(xué)窗口鏡片安裝在儀器法蘭上，所述儀器法蘭與安裝焊接法蘭通過(guò)螺栓和螺母固定連 接，并采用O型橡膠密封圈進(jìn)行密封，所述安裝焊接法蘭通過(guò)不銹鋼管固定在管道上，所述 單向閥門(mén)設(shè)置在安裝焊接法蘭與不銹鋼管之間。
[0018] 所述的管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，所述管道內(nèi)部設(shè)有溫度 傳感器和壓力傳感器，所述溫度傳感器和壓力傳感器的輸出端與信號(hào)處理板的輸入端連 接。
[0019] 所述的管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，所述第一殼體和第二殼 體均為由鑄鋁材料制備而成的袋蓋箱式密封殼體。
[0020] 所述的管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，所述調(diào)制信號(hào)發(fā)生板包 括低頻30HZ鋸齒波信號(hào)發(fā)生單元和高頻IOKHz正弦波信號(hào)發(fā)生單元，所述激光器驅(qū)動(dòng)電源 板包括驅(qū)動(dòng)激光器正常工作的溫度控制器和電流控制器，所述激光器采用中心輸出波長(zhǎng)為 I. 53um的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器。
[0021] 所述的管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，所述鎖相放大器板的輸 入端與調(diào)制信號(hào)發(fā)生板的輸出端通過(guò)多芯同軸屏蔽電纜連接。
[0022] 所述的管道氨逃逸激光吸收光譜自動(dòng)在線原位測(cè)量裝置，所述正壓?jiǎn)?dòng)保護(hù)裝置 采用壓力開(kāi)關(guān)，所述壓力開(kāi)關(guān)用于當(dāng)?shù)谝粴んw內(nèi)部為氮?dú)庹龎籂顟B(tài)時(shí)，保持閉合，當(dāng)?shù)谝粴?體內(nèi)部氣壓