一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件、装置和系统制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开的一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件、装置和系统，包括：安装于所述管道中测量点上的短节；所述短节与所述管道相连通，且工作时所述短节的温度与所述管道的温度一致；所述短节上开设有第一通光孔和第二通光孔，所述第一通光孔内设有第一镜片，所述第二通光孔内设有第二镜片，以使激光源发射的激光光束依次穿过第一镜片、短节内的待测气体、第二镜片后被光电探测模块接收。本实用新型专利技术能够直接安装在测量点上进行实时测量，且在测量过程中不会产生凝结水以影响测量结果，适用于大气污染控制技术领域。

An in-situ on-line measurement optical component, device and system for high concentration gas in high temperature and high pressure pipeline

【技术实现步骤摘要】
一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件、装置和系统
本技术涉及高浓度氨气在线测量的
，具体涉及一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件、装置和系统。
技术介绍
近年来，环境污染问题愈发引起重视。相关部门在《节能减排“十二五”规划》中对电力行业的减排提出了明确要求，而烟气脱硝则成为了其重中之重。烟气脱硝，是指将高温燃烧（包括燃煤锅炉燃烧、燃油燃气锅炉燃烧以及一些工业炉燃烧）后的烟气中所含的有害物质NOx脱除的技术，最终的结果是把已生成的NOx还原为N2。目前国内电厂普遍采用选择性催化还原技术（SCR）进行脱硝，SCR技术的原理为：在催化剂作用下，向烟气中通入还原性气体（目前在国内外的SCR烟气脱硝反应中，通常采用氨气作为SCR反应的还原性气体），将NOx还原成N2和H2O。其反应机理如下式所示（以氨气为例）：4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O6NO+4NH3→5N2+6H2O6NO2+8NH3→7N2+12H2O2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O目前电厂普遍采用的氨气制备系统主要有无水液氨系统、氨水系统和尿素系统等。其中无水液氨系统主要是使用液氨蒸发的手段来制备氨气，该系统虽然投资小、运输和使用成本最低，但却存在重大的安全隐患，特别是在运输和存储过程中，液氨泄漏带来的危害非常大；氨水系统的投资、运行以及运输成本都很高，虽然比液氨安全一些，但仍存在一定的安全隐患；而尿素系统的投资及运行成本虽然与液氨系统相比较高，但二者运输成本相当，并且尿素系统基本上没有安全隐患，因此是目前最安全的氨气制备技术。而在尿素系统中，为了分析尿素水解反应的程度以及整个水解反应中尿素的利用率，同时为了方便运行人员参照运行指标及测量数据及时对尿素溶液浓度和管道流量进行调整，以便达到对尿素溶液浓度、管道流量与机组运行参数的闭环动态管理，从而能够更高效地指导生产、精确合理喷氨、减少SCR脱硝反应后氨气过喷造成的环境污染和生产浪费，需对尿素水解反应器出口的氨气浓度进行测量。但是由于尿素催化水解出口的氨气体积浓度在37%左右，浓度太高，同时管道内气体温度和压力较高，目前红外氨气检测和电化学氨气检测等方式因量程测量范围及水露点原因的限制将不再适用。
技术实现思路
针对相关技术中存在的不足，本技术所要解决的技术问题在于：提供一种能够直接安装在测量点上进行实时测量，且在测量过程中不会产生凝结水以影响测量结果的用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件、装置和系统。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，包括：安装于所述管道中测量点上的短节；所述短节与所述管道相连通，且工作时所述短节的温度与所述管道的温度一致；所述短节上开设有第一通光孔和第二通光孔，所述第一通光孔内设有第一镜片，所述第二通光孔内设有第二镜片，以使激光源发射的激光光束依次穿过第一镜片、短节内的待测气体、第二镜片后被光电探测模块接收。优选地，所述第一镜片和所述第二镜片均为楔形镜片；所述第一镜片的楔形端和所述第二镜片的楔形端，均位于所述短节的内部；所述第一镜片的一部分非楔形端和所述第二镜片的一部分非楔形端，均位于所述短节的外部，且上述位于短节外部的第一镜片非楔形端上和第二镜片非楔形端上，均设置有伴热装置。优选地，所述第一通光孔和所述第二通光孔相对于所述短节的径向和轴向，均呈对称设置；所述位于短节内部的第一镜片楔形端的斜面与第二镜片楔形端的斜面平行。优选地，所述第一镜片位于第一通光孔内的部分的形状和大小与所述第一通光孔的形状和大小相适配，使得所述第一通光孔呈密封状态；所述第二镜片位于第二通光孔内的部分的形状和大小与所述第二通光孔的形状和大小相适配，使得所述第二通光孔呈密封状态。优选地，所述伴热装置与温度控制模块电气连接。优选地，所述伴热装置的伴热温度与所述管道的温度一致。相应地，一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量装置，包括：数据采集与控制模块、激光控制模块、激光器、准直器、光学组件、光电探测器和主控模块；所述光学组件为上所述的原位式在线测量光学组件；所述数据采集与控制模块的控制信号输出端与所述激光控制模块的输入端电气连接，所述激光控制模块的输出端与所述激光器的输入端电气连接，所述激光器的出射光路与所述准直器的入射光路相适应，以使所述激光器的出射光束从所述准直器穿过后进入所述光学组件中的第一通光孔，所述光电探测模块为所述的光电探测器，所述光电探测器的输出端与所述数据采集与控制模块的采集信号输入端电气连接，所述数据采集与控制模块的通讯端与所述主控模块的通讯端电气连接。相应地，一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量系统，所述气体为氨气，所述测量系统包括：测量装置、氨气制备系统和氨气应用系统，所述氨气制备系统的出气口和所述氨气应用系统的进气口通过管道相连通；所述测量装置为上所述的原位式在线测量装置，且所述测量装置位于所述氨气制备系统和所述氨气应用系统之间的管道上。优选地，所述管道包括：第一气体输送管道和第二气体输送管道；所述测量装置中短节的一端通过所述第一气体输送管道与所述氨气制备系统的出气口相连通，所述短节的另一端通过所述第二气体输送管道与所述氨气应用系统的进气口相连通。优选地，所述短节为法兰短节；所述氨气制备系统为尿素水解系统；所述氨气应用系统为SCR系统。本技术的有益技术效果在于：1、本技术中的原位在线测量系统主要包括测量装置、氨气制备系统和氨气应用系统，测量装置主要包括数据采集与控制模块、激光控制模块、激光器、准直器、光学组件、光电探测器和主控模块，而光学组件主要包括短节，在短节上开设两个通光孔，两个通光孔内均设置有镜片；短节作为气体输送管道的一部分被安装在氨气制备系统和氨气应用系统之间管道上的合适测量点上，这样，从氨气制备系统中输出的氨气能够直接通过短节进入氨气应用系统中；工作时，通过数据采集与控制模块和激光控制模块来控制激光器发出一定频率的激光光束，激光光束经过准直器后依次穿过通光孔中的入射镜片、短节中的待测气体（例如氨气）及通光孔中的出射镜片之后被光电探测器接收，光电探测器将光信号转换为电信号后输出至数据采集与控制模块，数据采集与控制模块根据接收到的谐波信号计算得到混合气体中待测气体的浓度，并对数据进行计算处理保存，同时将数据传送至主控模块，以便主控模块进行数据的后续分析及处理。本技术在实施时，可直接将短节安装在气体输送管道的任意测量点上进行实时测量，短节作为管道的一部分与管道集成为一体，在工作时短节的温度可与管道的温度保持一致，这样能够较大程度防止凝结水的产生，保证该原位测量方式的有效进行及测量结果的精确性。2、本技术中的光学组件采用的入射透镜和出射透镜均为楔形透镜，两个楔形镜片的楔形端均位于短节内部，这样能够充分地检测到短节内流过的气体，避免测量出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，其特征在于：包括：安装于所述管道中测量点上的短节（1051）；/n所述短节（1051）与所述管道相连通，且工作时所述短节（1051）的温度与所述管道的温度一致；/n所述短节（1051）上开设有第一通光孔和第二通光孔，在所述第一通光孔内设有第一镜片（1052），所述第二通光孔内设有第二镜片（1053），以使激光源发射的激光光束依次穿过第一镜片（1052）、短节（1051）内的待测气体、第二镜片（1053）后被光电探测模块接收。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，其特征在于：包括：安装于所述管道中测量点上的短节（1051）；
所述短节（1051）与所述管道相连通，且工作时所述短节（1051）的温度与所述管道的温度一致；
所述短节（1051）上开设有第一通光孔和第二通光孔，在所述第一通光孔内设有第一镜片（1052），所述第二通光孔内设有第二镜片（1053），以使激光源发射的激光光束依次穿过第一镜片（1052）、短节（1051）内的待测气体、第二镜片（1053）后被光电探测模块接收。


2.根据权利要求1所述的一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，其特征在于：
所述第一镜片（1052）和所述第二镜片（1053）均为楔形镜片；
所述第一镜片（1052）的楔形端和所述第二镜片（1053）的楔形端，均位于所述短节（1051）的内部；
所述第一镜片（1052）的一部分非楔形端和所述第二镜片（1053）的一部分非楔形端，均位于所述短节（1051）的外部，且上述位于短节（1051）外部的第一镜片（1052）非楔形端上和第二镜片（1053）非楔形端上，均设置有伴热装置（1054）。


3.根据权利要求2所述的一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，其特征在于：
所述第一通光孔和所述第二通光孔相对于所述短节（1051）的径向和轴向，均呈对称设置；
所述位于短节（1051）内部的第一镜片（1052）楔形端的斜面与第二镜片（1053）楔形端的斜面平行。


4.根据权利要求2所述的一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，其特征在于：
所述第一镜片（1052）位于第一通光孔内的部分的形状和大小与所述第一通光孔的形状和大小相适配，使得所述第一通光孔呈密封状态；
所述第二镜片（1053）位于第二通光孔内的部分的形状和大小与所述第二通光孔的形状和大小相适配，使得所述第二通光孔呈密封状态。


5.根据权利要求2所述的一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，其特征在于：所述伴热装置（1054）与温度控制模块（1055）电气连接。


6.根据权利要求2所述的一种用于高温高压管道中高浓度气体的原位式在线测量光学组件，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志敏，刘东旭，罗峻，刘国军，周永航，
申请(专利权)人：清华大学，广东省粤泷发电有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京;11