多相燃烧系统的光学探测方法和装置制造方法及图纸

一种用于对排放产物进行现场监测方法，包括：发射出光，将光调谐至第一波长（４０），在第二位置接收这束光线，在第一阶段将光从所述的第一波长（４０）改变至第二波长（４２），并且在第一阶段中测量第一吸收线（３２）以及第一非吸收基线信号（３４），将光切换至第三波长（４４），在第二阶段将光从所述的第三波长（４４）改变至第四波长（４６），并在第二阶段中测量第二吸收线（３６）以及第二非吸收基线信号（３５）。所述光通过可调光源从第一位置发射出并在第二位置被接收。所述光在第一和第二位置之间沿着一条光学路径通过所述的排放产物。所述第一波长（４４）与所述的排放产物的第一吸收线（３２）相对应。第三波长（４４）与第一、第二波长（４０，４２）不同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学检测系统，尤其涉及一种用于多相流燃烧系统的光学检测系统。
技术介绍
近来趋向于对工业制炼厂的操作在效率、(emission)、可靠性以及安全性方面进行改进。为使上述提及的方面得到成功实现，传感器技术正变得比以往更为重要。对于进行在线或者离线优化，排放监测，系统或元件健康监测，以及检测面临灾难性故障时发出的警告信号而言，从实时、现场，及空间分析的测量获得高质量传感器数据至关重要。执行传统的提取型测量的取样系统提供准现场和空间分析数据，但是由于与取样系统有关的固有延时而不能提供实时数据。更进一步说，一旦气体样本被提取，它沿着不同的流动路径而使得其原始特性可能发生改变。因此，为得到高质量的传感器数据，传统的提取型取样系统并不合适而需要寻求另外一种类型的传感器。对于多数工业加工而言，多相流燃烧系统，例如一个煤炉，为传感器技术的应用提供了极端苛刻的环境。极少数的传感器能经受得住这种高温，例如，在煤炉的火焰区内。那些能经受得住高温的传感器常常不是极其昂贵，需要高保养费用，就是使用寿命有限。对于例如煤炉之类的多相流燃烧系统而言，用于现场测量的插入式传感器遭遇更有挑战性的问题。微粒会吸附在传感器的表面上而堵塞住探针。氧化或还原环境还会导致传感器的表面发生不期望的化学反应从而导致传感器失败。已经在非插入式气体感测中采用光学传感器以避免上述提及的问题。光学感测技术通常涉及检测从多相流中发射出的光线或者检测当多相流与外部光源相互作用时的反应。当应用于一个大型反应型的多相流中时，光学传感器也会易受到实际问题的影响。多相流中的微粒会严重地阻挡或者散射光线。分子例如H2O的宽带吸收会极大地削弱光线。探测光束的有限强度不能足以穿透多相流场，尤其是如果多相流场很大，微粒负荷高，或者能够宽带吸收的核素浓度很高的话，更加不能穿透。同样，来自视线远端的光线发射也可能在发射光线到达探测器之前被阻挡、散射或者吸收。微粒通常弄脏光学表面。紊流且具有不一致的热和化学性质的多相流场中常见的另外一些问题是，光束控制以及不能去除沿着视线的旋绕的空间变化。传感器通常仅仅专用于一种测量类型。这样，包含了不同类型传感器的多探测系统需要满足多种感测需求。安装多探测系统的成本和复杂性阻碍了多探测系统的广泛应用。能执行不止一种测量类型的传感器是有限的，但是考虑到成本和简单易行则非常具有吸引力。急需一种多重定位感测来确定空间变化，以及捕获到在反应型多相流中的不同位置所发生的不同现象。这需要多个传感器。在某些情况下，甚至需要不同类型的传感器。这个系统的成本通常是与所安装的传感器的数量成比例的。考虑到上面讨论的问题，期望设计出一种能将多种测量类型整合在一个传感器上的元件。同时还期望提供一种能在大变化操作环境的多个位置，自燃烧器开始至排气烟囱结束的位置进行感测的成本有效的方法。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施例包括一种用于对排放产物进行现场监测的方法。该方法包括发射出光，将光调谐至第一波长，在第二位置接收这束光线，在第一阶段将所述光从第一波长改变至第二波长，在该第一阶段测量到第一吸收线和第一非吸收基线信号，将光线切换至第三波长，在第二阶段将光从第三波长改变至第四波长，在第二阶段中测量到第二吸收线以及第二非吸收基线信号。光线通过一个可调光源从第一位置发射并在第二位置被接收。光线在第一和第二位置之间沿着一条光学路径通过所述的排放产物。所述的第一波长与所述的排放产物的第一吸收线相一致。第三波长与第一、第二波长不同。本专利技术的另一示例性实施例包括对排放产物进行现场监测的光谱感测系统。这个系统包括可调光源，探测器，以及一个光学网络。可调光源能在大约80nm的范围内以106nm/sec的速度调谐激光束。探测器被设置为能接收激光束。光学网络被设置于一个流场中。光学网络提供可调光源与探测器之间的光通信。本专利技术上述的以及其它的目的，特征和优点将会通过随后的结合相关附图进行的描述变得更清楚，其中相同的参考数字表示相同元件。附图说明现在参照附图，其中相同的元件被相同的数字予以标记图1为根据一个示例性实施例的光学探测系统的结构图；图2示出了根据一个示例性实施例对特定分子的两条吸收线的调谐过程；图3示出了对一个示例性吸收信号的分解；图4为根据一个示例性实施例的探针的透视图；图5是根据一个示例性实施例的光学探测系统的示意图，其中的光学网络包括了图4所示的探针；图6为图5中的探针的感测表面的放大的示意图；图7为根据一个示例性实施例的采用多传感器方法测量流场参数的光学探测系统的示意图；和图8为根据一个示例性实施例的使用多传感器方法的光学探测系统的框图，其中光学网络中包括了多个探针。具体实施例方式图1示出了适于在多相燃烧系统中执行空间分析、多重操作以及排放参数的现场监测的光学探测系统的框图。所述光学探测系统是基于激光吸收光谱学的基本原理进行运作的。在离散能态之间分子会发生稀有跃迁(uniquetransition)，所述稀有跃迁是特定分子和该分子所具有的一种分子键的功能。例如当分子和光子相互作用，而这些光子所具有的能级与能引起在离散能态之间的稀有跃迁所必需的能量一致时，分子将会吸收光子并且被激发至较高能态。参照图1，所述光学探测系统包括一个可调二极管激光器(TDL)10，一个光学网络20，以及一个探测器30。尽管在示例性实施例中光学探测系统包括了TDL 10，但可以想象的是任何适当的可调光源均可用来替代。TDL 10可频率调谐以便输出具有与使待测特定分子在离散能态之间产生稀有跃迁所需的能级一致的能级的激光束12形式的光子或者光。之后激光束12被送入光学网络20。光学网络20导引着激光束12沿着一条光学路径穿过多相燃烧系统中的流场100(见图7)。当激光束12通过流场100之后，探测器30接收到激光束12中在经过流场100时没有被分子吸收的光。若比尔-朗伯定律(Beer-LambertLaw)适用，被吸收的光的数量，也即通常所说的吸收线强度，可用来获知沿着光学路径上的待测特定分子的浓度。TDL 10还能调谐以测量两个或更多的单独的分子吸收线强度。所述两个吸收线强度的比率与流场100的温度相关。多相燃烧系统中的许多分子是例如发电厂操作者感兴趣的气体。所具有的分子浓度被用来确定发电厂是否符合规章限制，或者可用来检测多相燃烧系统中潜在的故障。多相燃烧系统中的许多分子的吸收线强度被测定出位于近红外线(IR)范围内，其很容易被约650nm至2000nm的波长范围所覆盖。近红外线范围被许多商用TDL所覆盖。然而，目前很少商用TDL能在宽调谐范围内以高精确度、稳定性且可重复性来提供极快速的调谐。在一示例性实施例中，TDL 10能在高达80nm的范围内连续地极快速地调谐(达到大约106nm/sec)。TDL 10操作一个或多个激光二极管，并且能被封装入一个与手掌大小装置一样小的单个外壳中。TDL 10没有活动部件，是一个坚固的全电子装置。TDL 10采用电流注入以便在高达80nm的范围内连续地极快速地调谐(达到大约106nm/sec)。考虑到特定吸收线的典型线宽大约为0.1nm量级或者更小，TDL 10将要花大约100纳秒(ns)的时间来调谐跨越整个吸收线。图1描述了根据一个示例性实施例对第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对排放产物进行现场监测的方法，包括：使用可调光源从第一位置发射出光；将所述的光调谐至与所述排放产物的第一吸收线（３２）相对应的第一波长（４０）；在第二位置接收所述的光线，所述的光沿着一条光路穿过位于所述第一和第二位置之间的排放产物；在第一阶段将所述的光从所述的第一波长（４０）改变至第二波长（４２）；在所述的第一阶段测量所述的第一吸收线（３２）以及第一非吸收基线信号（３４）；将所述的光切换至与所述的第一和第二波长（４０，４２）不同的第三波长（４４）；在第二阶段将所述的光从所述的第三波长（４４）改变至第四波长（４６）；在所述的第二阶段测量所述的第二吸收线（３６）以及第二非吸收基线信号（３５）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CM侯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]