一种脱硝烟气浓度场在线测量系统及脱硝喷氨系统技术方案

本申请公开了一种脱硝烟气浓度场在线测量系统，包括光信号输出模块、分光模块、信号调试模块和信号处理模块。光信号输出模块交替输出烟气浓度场各待测组分相应吸收谱线的激光信号至分光模块。分光模块将接收的激光信号同时分为多束子光束且各子光束以形成的n×n光路网格形式穿过待测脱销烟气浓度场所在二维平面。信号调试模块根据参考光信号对穿过待测脱销烟气浓度场的各子光束的光信息转化的电信号进行调试得到二次谐波信号。信号处理器基于TDLAS原理和代数迭代算法对二次谐波信号进行反演得到待测脱销烟气浓度场的烟气浓度分布，有效提升脱硝系统烟气浓度场分布数据计算准确度。本申请还基于上述测量系统提供了脱硝喷氨系统，实现脱硝系统精准喷氨。

【技术实现步骤摘要】
一种脱硝烟气浓度场在线测量系统及脱硝喷氨系统
本申请涉及激光测量技术及脱硝控制
，特别是涉及一种脱硝烟气浓度场在线测量系统及脱硝喷氨系统。
技术介绍
随着国家对环保要求力度不断加大，燃煤机组推进超低排放，NOx排放控制在50mg/Nm3以内。为了满足NOx超低排放限值，SCR(SelectiveCatalyticReduction，选择性催化还原)脱硝系统通过增加催化剂层数以提高脱硝效率，但是，系统在提升脱硝效率的同时会增加脱硝系统出口氨逃逸总量和局部氨逃逸峰值。大多燃煤电厂SCR脱硝系统采用V2O5/TiO2基催化剂。而V2O5/TiO2基催化剂在还原NOx的同时会将SO2氧化成SO3，SO3转化率约为1％。对于燃煤机组，大量逃逸的NH3会与烟气中SO3反应生成硫酸氢氨，硫酸氢氨在146-207℃温度范围内为液态，其易沉积在空预器中低温段换热元件表面并捕捉烟气中飞灰形成板结物，造成空预器的堵塞和腐蚀，严重影响机组安全稳定运行。可见，脱硝系统存在喷氨量大、氨逃逸率高等问题导致空预器堵塞概率增大，严格控制脱硝系统的烟气浓度可有效降低空预器的堵塞概率，相应的，就需要实时在线测量脱硝系统中各截面的烟气浓度数据作为数据支持。相关技术通常采用单点或多点混合式测量方式测量得到SCR脱硝系统内NOx、NH3浓度信息。而在变径烟道中烟气呈现紊流流场，越靠近变径烟道，壁面烟气流动越混乱。特别地，在机组变负荷情况下，流场更加不稳定，相关技术的测量装置根本无法取到稳定、具有代表性的合格烟气。受测点布置、烟气流场分布等影响，采用单测点和多点混合测量数值不具有代表性，难以真实反应脱硝系统内NOx、NH3浓度分布，无法为脱硝运行提供准确、及时的数据参考。鉴于此，如何提升脱硝系统烟气浓度场分布数据计算准确度，为实现精准喷氨提供有效数据支持，是所属领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
本申请提供了一种脱硝烟气浓度场在线测量系统及脱硝喷氨系统，提升脱硝系统烟气浓度场分布数据计算准确度，为实现精准喷氨提供有效数据支持。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供以下技术方案：本专利技术实施例一方面提供了一种脱硝烟气浓度场在线测量系统，包括光信号输出模块、分光模块、信号调试模块和信号处理模块；所述光信号输出模块交替输出待测脱硝烟气浓度场各待测组分相应吸收谱线的激光信号；所述分光模块将所述光信号输出模块出射的激光信号同时分为多束子光束且多束子光束以形成n×n光路网格的形式穿过所述待测脱销烟气浓度场所在二维平面；所述信号调试模块根据参考光信号对穿过待测脱销烟气浓度场后的各子光束光信息转化的电信号进行调试得到二次谐波信号；所述信号处理器基于TDLAS原理和代数迭代算法对所述二次谐波信号进行反演得到所述待测脱销烟气浓度场的烟气浓度分布。可选的，所述光信号输出模块包括信号发生器、多台激光控制器、多台可调谐激光器和分时复用器件；所述激光控制器的总台数与所述待测脱硝烟气浓度场中待测组分总数相同，且唯一控制一台可调谐激光器；所述信号发生器将模拟信号同时输入各激光控制器，各激光控制器在接收到所述模拟信号后驱动相应可调谐激光器输出所需波段的激光信号至所述分时复用器件；所述分时复用器件控制每路激光信号交替输出至所述分光模块。可选的，所述分时复用器件为光开关和分时复用信号发射器；所述分时复用信号发送器向所述光开关发送工作状态控制指令；所述光开关根据接收指令调整工作状态以输出相应激光信号。可选的，所述分时复用信号发射器内嵌于所述信号处理模块。可选的，所述分光模块包括分光器和2n个光纤准直器，所述分光器与各光纤准直器通过光纤连接；2n个光纤准直器分为两组，每组包含n个光纤准直器；两组光纤准直器沿垂直方向呈直线排列，且位于同一方向上的两个相邻光纤准直器之间的距离相同；所述分光器将所述激光信号分为2n束子光束，并将每束子光束分别同时投射至相应的光纤准直器中，各光纤准直器将接收到的子光束校正为一束平行激光光束，以使2n路平行激光光束穿过所述待测脱销烟气浓度场。可选的，所述信号调试模块包括2n个光电转化器、采集卡和锁相放大器；每个光电转化器唯一对应一个光纤准直器、且与相对应的光纤准直器的中心位于同一轴线上，用于采集相应光纤准直器出射子光束穿过所述待测脱销烟气浓度场后的光信息并将其转化为相应电信号；所述采集卡将接收到各光电转化器发送的电信号发送至所述锁相放大器；所述锁相放大器根据参考光信号对各电信号进行调试得到二次谐波信号，并将所述二次谐波信号发送至所述信号处理模块。可选的，所述光信号输出模块包括信号发生器，所述锁相放大器与所述信号发射器相连，所述锁相放大器接收所述信号发射器发送的参考光信号。本专利技术实施例另一方面提供了一种脱硝喷氨系统，包括如上任意一项所述的脱硝烟气浓度场在线测量系统、脱硝控制器、喷氨控制阀组和喷氨格栅；所述脱硝控制器的输入端与所述脱硝烟气浓度场在线测量系统输出端相连，所述喷氨控制阀组的输入端与所述脱硝控制器输出端相连，所述喷氨控制阀组包含的调节阀总数根据每个调节阀控制的喷氨支管数和所述喷氨格栅的总喷氨支管数确定；所述脱硝控制器根据所述脱硝烟气浓度场在线测量系统输出的烟气浓度分布和SCR反应器测量的烟气浓度信息计算各调节阀的阀门开度值并生成阀门控制指令；所述喷氨控制阀组根据接收的阀门控制指令调节各调节阀的阀门开度，以通过控制相应喷氨支管的喷氨量使各喷氨小室的氨氮摩尔比均匀。可选的，所述脱硝控制器调用预先存储的阀门开度计算程序执行如下步骤：根据所述脱硝烟气浓度场在线测量系统输出的烟气浓度分布得到NOx浓度分布信息和NH3浓度分布信息；根据所述NOx浓度分布信息或NH3浓度分布信息，结合SCR反应器进口的NOx测量结果计算各调节阀的阀门开度值，并生成初始阀门控制指令；根据SCR反应器出口各区域NOx浓度值或NH3浓度值与相应区域的平均浓度值的偏差计算各调节阀的阀门开度修正值，生成阀门控制指令。可选的，所述调节阀为电动调阀或气动调阀。本申请提供的技术方案的优点在于，脱硝烟气浓度场在线测量系统利用光信号输出模块和分光模块将位于待测组分吸收光谱波段的激光信号进行分束并形成n×n光路网格穿越过待测脱销烟气浓度场，信号处理模块基于TDLAS技术和ART算法分析激光信号被待测组分其他吸收情况从而反演得到脱硝烟气浓度场在线测量系统所部署截面的NOx浓度、NH3浓度及NH3/NOx比场分布特征，由于激光信号被多分为多束几乎覆盖了整个二维待测平面，采集得到的光信息可准确反映该二维平面的气体分布状况，有效提升脱硝系统烟气浓度场分布数据计算准确度，且整个系统结构简单、精度高、响应快和维护成本低。脱硝喷氨系统通过采集脱硝烟气浓度场在线测量系统输出的某一截面准确的烟气浓度场分布数据，实现NOx与NH3的精准匹配，从而有效提升SCR反应器内氨氮摩尔比分布均匀性，降低脱硝出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱硝烟气浓度场在线测量系统，其特征在于，包括光信号输出模块、分光模块、信号调试模块和信号处理模块；/n所述光信号输出模块交替输出待测脱硝烟气浓度场各待测组分相应吸收谱线的激光信号；/n所述分光模块将所述光信号输出模块出射的激光信号同时分为多束子光束且多束子光束以形成n×n光路网格的形式穿过所述待测脱销烟气浓度场所在二维平面；/n所述信号调试模块根据参考光信号对穿过所述待测脱销烟气浓度场后的各子光束光信息转化的电信号进行调试得到二次谐波信号；/n所述信号处理器基于TDLAS原理和代数迭代算法对所述二次谐波信号进行反演得到所述待测脱销烟气浓度场的烟气浓度分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种脱硝烟气浓度场在线测量系统，其特征在于，包括光信号输出模块、分光模块、信号调试模块和信号处理模块；
所述光信号输出模块交替输出待测脱硝烟气浓度场各待测组分相应吸收谱线的激光信号；
所述分光模块将所述光信号输出模块出射的激光信号同时分为多束子光束且多束子光束以形成n×n光路网格的形式穿过所述待测脱销烟气浓度场所在二维平面；
所述信号调试模块根据参考光信号对穿过所述待测脱销烟气浓度场后的各子光束光信息转化的电信号进行调试得到二次谐波信号；
所述信号处理器基于TDLAS原理和代数迭代算法对所述二次谐波信号进行反演得到所述待测脱销烟气浓度场的烟气浓度分布。


2.根据权利要求1所述的脱硝烟气浓度场在线测量系统，其特征在于，所述光信号输出模块包括信号发生器、多台激光控制器、多台可调谐激光器和分时复用器件；所述激光控制器的总台数与所述待测脱硝烟气浓度场中待测组分总数相同，且唯一控制一台可调谐激光器；
所述信号发生器将模拟信号同时输入各激光控制器，各激光控制器在接收到所述模拟信号后驱动相应可调谐激光器输出所需波段的激光信号至所述分时复用器件；
所述分时复用器件控制每路激光信号交替输出至所述分光模块。


3.根据权利要求2所述的脱硝烟气浓度场在线测量系统，其特征在于，所述分时复用器件为光开关和分时复用信号发射器；
所述分时复用信号发送器向所述光开关发送工作状态控制指令，以使所述光开关根据接收指令调整工作状态以输出相应激光信号。


4.根据权利要求3所述的脱硝烟气浓度场在线测量系统，其特征在于，所述分时复用信号发射器内嵌于所述信号处理模块。


5.根据权利要求1至4任意一项所述的脱硝烟气浓度场在线测量系统，其特征在于，所述分光模块包括分光器和2n个光纤准直器，所述分光器与各光纤准直器通过光纤连接；
2n个光纤准直器分为两组，每组包含n个光纤准直器；两组光纤准直器沿垂直方向呈直线排列，且位于同一方向上的两个相邻光纤准直器之间的距离相同；
所述分光器将所述激光信号分为2n束子光束，并将每束子光束分别同时投射至相应的光纤准直器中，各光纤准直器将接收到的子光束校正为一束平行激光光束，以使2n路平行激光光束穿过所述待测脱销烟气浓度场。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李源，毛睿，任利明，黄永志，杜学森，郝振良，
申请(专利权)人：润电能源科学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41