氨反应流NH3-PFLIF和NH-LIF同步测量系统及方法技术方案

氨反应流NH3

【技术实现步骤摘要】
氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统及方法


[0001]本专利技术属于化学反应流测量
，涉及化学反应流组分场的激光诊断，特别涉及一种氨反应流NH3
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PFLIF和NH
‑
LIF同步测量系统及方法。

技术介绍

[0002]氨气(NH3)被认为是一种氢能载体和无碳燃料，同时氨气也被广泛应用于降低NOx排放过程，在约1200K温度下进行选择性非催化还原(SNCR)或在约600K温度下进行选择性催化还原(SCR)。不管是在氨气燃烧过程，还是在SNCR或SCR过程，氨气的排放都需要尽可能避免。因此，需要监测氨气的含量和分布。另外，通过测量氨化学反应流的反应区，可以表征氨气的反应强度。同时原位监测氨气含量和反应强度，将更好地提高燃烧系统和NOx还原系统的运行效率和污染物控制。
[0003]激光诱导荧光(LIF)技术是一种先进的原位激光诊断技术，具有高选择性、高灵敏度和高时空分辨率。其中NH
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LIF技术可以用于原位测量氨化学反应流的反应区，并且具有很高的激发效率和信噪比。氨气也可以通过双光子激光诱导荧光(TPLIF)技术进行测量，但NH3‑
TPLIF激发效率较低，测量信噪比一般。另外，采用NH3‑
TPLIF和NH
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LIF技术同步测量NH3和NH一般需要两套Nd:YAG+染料激光器(共4台激光器)和两台增强型CCD(ICCD)相机，系统成本过高。

技术实现思路
<br/>[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统及方法，以期解决原位测量存在干扰、多台相机测量误差大、占用空间以及成本高等问题中的之一或者全部。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统，包括NH激发部分、NH3激发部分和信号探测与同步部分；
[0007]所述NH激发部分发出303.6nm激光，射入氨反应器中，激发NH自由基的荧光信号；
[0008]所述NH3激发部分发出193nm深紫外激光，射入氨反应器中，将NH3碎片化成激发态NH，并向外辐射荧光信号；
[0009]所述信号探测与同步部分包括信号发生器一、信号发生器二和带有337
±
10nm的带通滤波片与紫外镜头的IsCMOS相机，所述信号发生器一和信号发生器二控制所述NH激发部分、所述NH3激发部分和所述IsCMOS相机的时序同步，所述IsCMOS相机的镜头朝向所述氨反应器，并工作在双曝光模式下，实现NH自由基和NH3分子的同步测量。
[0010]在一个实施例中，所述NH激发部分包括脉冲Nd:YAG激光器和染料激光器；所述脉冲Nd:YAG激光器包含二倍频模块，发出532nm激光泵浦，并输入至所述染料激光器；所述染料激光器筛选出607.2nm基频激光，所述基频激光通过二倍频模块，发出303.6nm激光。
[0011]在一个实施例中，所述NH激发部分还包括平凹柱面透镜一和凸透镜一；所述染料
激光器发出的303.6nm激光经平凹柱面透镜一和凸透镜一形成片光，射入氨反应器中。
[0012]在一个实施例中，所述NH3激发部分包括脉冲ArF准分子激光器、平凹柱面透镜二和凸透镜二，所述ArF准分子激光器发出193nm深紫外激光，经平凹柱面透镜二和凸透镜二形成片光，射入氨反应器中。
[0013]在一个实施例中，所述NH激发部分发出的303.6nm激光与所述所述NH3激发部分发出的193nm深紫外激光，分别从所述氨反应器的同一侧或相对两侧射入，并通过光路调节使得两部分激光重合；当从所述氨反应器的同一侧时，采用一块能够反射193nm激光并透射303.6nm激光的二色镜，将两束激光合束后从同一侧射入氨反应器。
[0014]在一个实施例中，所述IsCMOS相机的探测光路与所述303.6nm激光和193nm深紫外激光垂直，所述带通滤波片设置在IsCMOS相机的镜头前方，透过NH
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LIF和NH3‑
PFLIF荧光信号并消除303.6nm和193nm激光散射和反射干扰。
[0015]在一个实施例中，所述IsCMOS相机的两次曝光均为长曝光，通过窄门宽控制进入IsCMOS相机的荧光信号，两次门控间隔为纳秒级，分别用于捕获NH
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LIF和NH3‑
PFLIF发出的荧光信号。
[0016]在一个实施例中，所述IsCMOS相机曝光频率是所述NH激发部分和所述NH3激发部分工作频率的两倍；所述NH激发部分和所述NH3激发部分的脉冲间隔与所述IsCMOS相机两次门控的间隔相同。
[0017]在一个实施例中，所述NH激发部分和所述NH3激发部分的脉冲间隔为200
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300ns。
[0018]在一个实施例中，所述氨反应器包含三块紫外玻璃，分别使得NH
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LIF激发激光、NH3‑
PFLIF激发激光和荧光信号通过。
[0019]本专利技术还提供了一种氨化学反应流NH3‑
PFLIF和NH
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LIF同步测量方法，包括：
[0020]利用303.6nm激光，激发氨反应器中NH自由基的荧光信号；
[0021]利用193nm深紫外激光，将氨反应器中NH3碎片化成激发态NH，并向外辐射荧光信号；
[0022]利用信号发生器同步所述303.6nm激光、193nm深紫外激光以及IsCMOS相机的时序，为所述IsCMOS相机配置紫外镜头和337
±
10nm的带通滤波片，所述IsCMOS相机的镜头朝向所述氨反应器，并工作在双曝光模式下，实现NH自由基和NH3分子的同步测量。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0024]1、本专利技术为非接触原位测量，对氨化学反应流无干扰。
[0025]2、本专利技术采用一台相机实现对NH3和NH两种组分的同步测量，避免多台相机测量时空间对准带来的测量误差，并且能有效降低成本，节省探测空间。
[0026]3、本专利技术采用IsCMOS相机的双曝光模式，先探测NH荧光信号，200
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300ns后探测NH3碎片化荧光信号，在时域上分离了两种组分信号。
[0027]4、本专利技术采用的测量策略能从低频(10Hz级)推广至高频(10kHz级)，只需将激光和相机由低频更改为高频设备，从而实现高速测量。
[0028]5、本专利技术测量得到的NH3和NH分布，为氨气燃烧和SCR/SNCR系统的高效运行和污染物控制提供了氨气逃逸和反应强度数据。
附图说明
[0029]图1为氨反应流NH3
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PFLIF本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统，其特征在于，包括NH激发部分、NH3激发部分和信号探测与同步部分；所述NH激发部分发出303.6nm激光，射入氨反应器(10)中，激发NH自由基的荧光信号；所述NH3激发部分发出193nm深紫外激光，射入氨反应器(10)中，将NH3碎片化成激发态NH，并向外辐射荧光信号；所述信号探测与同步部分包括信号发生器一(13)、信号发生器二(14)和带有337
±
10nm的带通滤波片(11)与紫外镜头的IsCMOS相机(12)，所述信号发生器一(13)和信号发生器二(14)控制所述NH激发部分、所述NH3激发部分和所述IsCMOS相机(12)的时序同步，所述IsCMOS相机(12)的镜头朝向所述氨反应器(10)，并工作在双曝光模式下，实现NH自由基和NH3分子的同步测量。2.根据权利要求1所述氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统，其特征在于，所述NH激发部分包括脉冲Nd:YAG激光器(1)和染料激光器(4)；所述脉冲Nd:YAG激光器(1)包含二倍频模块，发出532nm激光泵浦，并输入至所述染料激光器(4)；所述染料激光器(4)筛选出607.2nm基频激光，所述基频激光通过二倍频模块，发出303.6nm激光。3.根据权利要求2所述氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统，其特征在于，所述NH激发部分还包括平凹柱面透镜一(5)和凸透镜一(6)；所述染料激光器(4)发出的303.6nm激光经平凹柱面透镜一(5)和凸透镜一(6)形成片光，射入氨反应器(10)中。4.根据权利要求1所述氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统，其特征在于，所述NH3激发部分包括脉冲ArF准分子激光器(7)、平凹柱面透镜二(8)和凸透镜二(9)，所述ArF准分子激光器(7)发出193nm深紫外激光，经平凹柱面透镜二(8)和凸透镜二(9)形成片光，射入氨反应器(10)中。5.根据权利要求1或2或3或4所述氨反应流NH3
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PFLIF和NH
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LIF同步测量系统，其特征在于，所述NH激发部分发出的303.6nm激光与所述所述NH3激发部分发出的193nm深紫外激光，分别从所述氨反应器(10)的同一侧或相对两侧射...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡骁，王金华，林文隽，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：