本發(fā)明屬于氣體分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種原位在線測定氨逃逸的裝置。

背景技術(shù)：

化石能源燃燒過程所產(chǎn)生的氮氧化物（nox）是最主要的大氣污染物之一。為了控制nox的排放，工業(yè)上通常使用選擇性催化還原（scr）或選擇性非催化還原（sncr）技術(shù)來脫除鍋爐煙氣中的nox（即脫硝過程）。這兩種技術(shù)的共同特點是采用氨（或可以轉(zhuǎn)化為氨的尿素）與nox反應(yīng)，生成無害的水和氮氣。氨的注入量是控制scr或sncr反應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)，注入量過少時nox脫出率不足，造成nox排放超標；氨注入量過多時，過量的氨將從反應(yīng)器出口逃逸，與煙氣中的二氧化硫和水反應(yīng)生成硫酸銨鹽，造成設(shè)備腐蝕堵塞等嚴重后果。因此，氨逃逸是脫硝過程的重要監(jiān)控指標。對于scr催化劑，氨逃逸也是催化劑重要的性能指標之一。無論是工業(yè)脫硝還是scr催化劑性能檢測，都需要高精度的氨逃逸檢測裝置。

tdlas（tunablediodelaserabsorptionspectroscopy，可調(diào)諧半導體激光吸收光譜）是目前在線測定氨逃逸的主流技術(shù)。tdlas采用單一窄帶的激光頻率掃描一條獨立的氣體吸收線，具有高選擇性、高分辨率、速度快、靈敏度高的優(yōu)勢。目前tdlas用于氨逃逸檢測主要有兩種方式：

（1）抽取式，即將部分煙氣經(jīng)采樣管線抽取至專用樣品池中進行測試，目前大部分獨立煙氣分析設(shè)備均采用此方法。cn205593918公開了一種脫硝一體化在線監(jiān)測儀，包括機箱、進氣口、加熱預處理裝置、采樣和校準裝置、氨氣分析裝置、數(shù)據(jù)處理及顯示裝置、溫控裝置、供電及對外接口裝置，加熱預處理裝置包括加熱器、高溫球閥和二級過濾器。所述氨氣分析裝置包括恒溫光譜儀和高溫氣體室，所述高溫氣體室通過管道與二級過濾器連接。cn205826526公開了一種抽取式氨逃逸監(jiān)測系統(tǒng)，包括采樣單元、恒溫預處理單元、測量單元和電氣控制單元，所述恒溫預處理單元、測量單元和電氣控制單元位于分析柜內(nèi)；所述采樣單元包括采樣探頭和伴熱采樣管，所述恒溫預處理單元包括二級過濾器、射流泵、高溫氣動閥、截止閥、標定閥、氣源電磁閥和壓力調(diào)節(jié)單元，所述壓力調(diào)節(jié)單元包括壓力開關(guān)、標氣流量計和調(diào)壓閥，所述測量單元包括測量池、激光發(fā)射端、激光接收端、儀器控制單元和顯示單元，所述電氣控制單元包括plc控制器、溫度控制單元、開關(guān)和接線端子。抽取式氨逃逸測試裝置通常設(shè)有較為復雜的預處理裝置，在檢測前對氣體樣品進行過濾、除濕等處理，可以避免氣體內(nèi)灰塵等成分對光學系統(tǒng)的影響，維護周期較長。然而由于采樣管線通常較細，采樣流量也很小，在測試氨逃逸時ppm級別的氨氣極易在采樣管線表面吸附，難以獲得穩(wěn)定準確的結(jié)果。

（2）對射式，即在煙道兩側(cè)分別安裝激光發(fā)射端和接收端，使激光經(jīng)過煙氣直接進行測試。cn105259137提供一種管道氨逃逸激光吸收光譜自動在線原位測量裝置，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)分別通過一個焊接法蘭安裝單元固定在管道的對射兩側(cè)；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)制信號發(fā)生板、激光器驅(qū)動電源板和激光器以及安裝在第一殼體上的光束擴束準直透鏡；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)部的探測器、前置放大電路板、鎖相放大器板、信號處理板和顯示屏驅(qū)動板以及安裝在第二殼體上的光束匯聚透鏡和顯示屏。與抽取式裝置相比，對射式裝置避免了氨氣在采樣管線的吸附問題，對于氨逃逸的測試靈敏度更高。但由于對射式裝置的測試光程等于煙道寬度，在煙道較窄時無法滿足測試精度，不能用于scr催化劑測試系統(tǒng)。此外，由于煙道兩側(cè)壁和中間存在溫差，測試光路的實際溫度難以確定，會影響檢測結(jié)果的準確性。對射式裝置還存在不便安裝、調(diào)試和維護較為復雜等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有氨逃逸測試裝置的不足，本發(fā)明提供了一種在線原位測定氨逃逸的裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝調(diào)試、便于維護、測試結(jié)果準確等特點，可用于各種需要測定氨逃逸的場景，尤其適用于配合scr催化劑中試性能檢測系統(tǒng)使用。

本發(fā)明的用于原位在線測定氨逃逸的裝置，其特征在于，包括測量管路；所述測量管路一端通過連接件與煙氣進口管路直接相連，另一端用法蘭片密封；所述法蘭片中心設(shè)有耐高溫玻璃窗，內(nèi)側(cè)設(shè)有檢測桿，外側(cè)設(shè)有激光發(fā)射端、激光接收端和放大電路；其中，所述檢測桿另一端與耐高溫反射鏡相連，所述激光發(fā)射端通過光纖與分析儀內(nèi)激光發(fā)生裝置連接，所述激光接收端與放大電路連接，所述放大電路通過電纜與分析儀內(nèi)信號處理電路連接。

優(yōu)選地，所述測量管路內(nèi)徑與煙氣進口管路內(nèi)徑相當，以保證氣流能夠順暢流經(jīng)管路。

進一步優(yōu)選地，所述測量管路內(nèi)壁覆有耐高溫非晶態(tài)硅惰性涂層，涂層厚度為100~500nm。

優(yōu)選地，所述連接件內(nèi)部管路形狀選自直通、上彎、下彎中的一種。

優(yōu)選地，所述檢測桿長度為0.2~2.0米，更優(yōu)選地，0.5~1.5米。

進一步優(yōu)選地，所述檢測桿外形選自單根壁上開孔的圓管、截面為弧形的單根條板或由2~6根長桿形成的組合結(jié)構(gòu)之一。

優(yōu)選地，所述法蘭片內(nèi)側(cè)設(shè)有中心開孔的隔熱墊片。

進一步優(yōu)選地，所述測量管路外部還設(shè)有：

一個或多個電加熱器；

一個或多個溫度傳感器；

壓力傳感器；

所述的溫度傳感器和壓力傳感器探頭位于測量管路內(nèi)部截面中心附近，通過電纜與分析儀連接。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明的原位在線測定氨逃逸的裝置的示意圖。

圖中：1-放大電路；2-激光發(fā)射端；3-激光接收端；4-耐高溫玻璃窗口；5-定位支架；6-法蘭片；7-測量管路；8-電加熱器；9-檢測桿；10-耐高溫反射鏡；11-連接件；12-煙氣進口管路；13-壓力傳感器；14-溫度傳感器；15-分析儀；16-煙氣出口管路。

下面將結(jié)合具體實施例和附圖說明本發(fā)明提供的原位在線測定氨逃逸的裝置，但并不因此而限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的一種原位在線測定氨逃逸的裝置，包括測量管路（7）；所述測量管路（7）一端通過連接件（11）與煙氣進口管路（12）直接相連，另一端用法蘭片（6）密封；所述法蘭片（6）中心設(shè)有耐高溫玻璃窗（10），內(nèi)側(cè)設(shè)有檢測桿（9），外側(cè)設(shè)有激光發(fā)射端（2）、激光接收端（3）和放大電路（1）；其中，所述檢測桿另一端與耐高溫反射鏡相連，所述激光發(fā)射端（2）通過光纖與分析儀（15）內(nèi)激光發(fā)生裝置連接，所述激光接收端（3）與放大電路（1）連接，所述放大電路（1）通過電纜與分析儀（15）內(nèi)信號處理電路連接。

測量管路（7）內(nèi)徑與煙氣進口管路（12）內(nèi)徑相當，以保證氣流能夠順暢流經(jīng)管路。通常情況下，測量管路（7）的內(nèi)徑應(yīng)在5~30cm之間，更優(yōu)選在10~20cm之間，以便于制造和安裝。在應(yīng)用于scr催化劑測試裝置時，煙氣進口管路（12）一側(cè)與測量管路連接，另一側(cè)可直接與最后一節(jié)反應(yīng)器出口相連。在應(yīng)用于電廠、工廠等煙氣流量較高、煙道較寬的情況時，可在主煙氣管路上設(shè)置旁路，用作連接至本裝置測量管路（7）的煙氣進口管路（12）。測量管路（7）的煙氣出口下游通常需設(shè)置排風機，用于煙氣流量控制。測量管路（7）的長度通常為0.3~2.1米，更優(yōu)選為0.6~1.6米。

測量管路（7）內(nèi)壁覆有耐高溫非晶態(tài)硅惰性涂層，涂層厚度為100~500納米。采用化學氣相沉積法附著于管路內(nèi)壁，具有耐高溫、抗腐蝕的特點，可在最大程度上避免氨氣吸附，保證測試結(jié)果準確。

連接件（11）內(nèi)部管路形狀選自直通、上彎、下彎中的一種。上彎或下彎的角度沒有限制，便于部件連接的同時保證氣流通暢即可。

法蘭片（6）用于安裝光學與電子元件和檢測桿。法蘭片（6）中心開孔，中心設(shè)有耐高溫玻璃窗（4）；外側(cè)設(shè)有激光發(fā)射端（2）、激光接收端（3）、放大電路（1）和定位支架（5），其中，激光發(fā)射端（2）、接收端（3）的位置可自由調(diào)節(jié)，最后通過定位支架（5）進行固定。優(yōu)選條件下，在法蘭片（6）內(nèi)側(cè)設(shè)有中心開孔的隔熱墊片以及檢測桿（9），其中，隔熱墊片用于隔絕來自測量管路的熱量，避免法蘭片（6）外側(cè)光學和電子器件損壞或快速老化。

檢測桿（9）用于支撐設(shè)置在其末端的耐高溫反射鏡（10），使耐高溫反射鏡（10）穩(wěn)定處于光路中心位置。因此檢測桿（9）必須足夠牢固，同時不能阻擋煙氣在檢測區(qū)域內(nèi)的流動。檢測桿（9）的長度略小于測量管路（7）的長度，通常為0.2~2.0米，更優(yōu)選0.5~1.5米。檢測桿（9）外形可為單根壁上開孔的圓管、截面為弧形的單根條板或由2~6根長桿形成的組合結(jié)構(gòu)之一。本測量裝置光路為單次反射設(shè)置，測量光程為檢測桿（9）長度的2倍。激光光程與氨逃逸測定的靈敏度和檢測濃度下限直接相關(guān)，通常情況下光程越長，檢測靈敏度越高、檢測濃度下限越低。

分析儀（15）安裝于測量管路（7）外部的機架上，內(nèi)部設(shè)有激光發(fā)生模塊與信號處理電路。激光發(fā)生模塊用于產(chǎn)生測定氨所需的激光光源，激光經(jīng)光纖送至激光發(fā)射端（2）發(fā)射，經(jīng)耐高溫玻璃窗（4）后進入測量管路（7），經(jīng)檢測桿（9）末端的耐高溫反射鏡（10）反射后返回，再經(jīng)過耐高溫玻璃窗（4）后由激光接收端（3）的傳感器接收，轉(zhuǎn)換為電信號再經(jīng)放大電路（1）處理后送回分析儀（15）內(nèi)的信號處理電路，并計算出氨氣濃度值。

計算氨氣濃度時需要檢測測量管路內(nèi)的實時溫度和壓力數(shù)據(jù)。在優(yōu)選條件下可在測試管路（7）上安裝溫度傳感器（14）和壓力傳感器（13），傳感器通過電纜與分析儀（15）相連，在測試條件保持穩(wěn)定時，可用固定的溫度和壓力值校準。溫度傳感器（14）探頭和壓力傳感器（13）探頭應(yīng)靠近測量管路（7）截面中心位置，盡可能接近但不能遮擋測量光路。在某些條件下，為了更準確的獲得光路上的溫度和壓力數(shù)據(jù)，可沿測量管路（7）設(shè)置多個溫度傳感器（14）和壓力傳感器（13）。為了保持測量管路（7）溫度的穩(wěn)定和一致，還優(yōu)選在測量管路（7）外部設(shè)置一個或多個電加熱器（8），用于管路內(nèi)氣體的加熱，與測量管路（7）內(nèi)的溫度傳感器（14）組成控制回路，對測量溫度進行精確控制。

使用本發(fā)明的原位在線測定氨逃逸的裝置的工作過程為：

氣體從煙氣進口管路（12）進入本發(fā)明的原位在線測定氨逃逸裝置，然后進入測量管路（7），使用電加熱器（8）加熱至分析儀（15）檢測所需測量溫度，溫度和壓力值用溫度傳感器（14）和壓力傳感器（13）檢測，通過光纖反饋給分析儀（15）。待溫度和壓力數(shù)值穩(wěn)定以后，分析儀（15）內(nèi)的激光發(fā)生模塊產(chǎn)生測定氨所需的激光光源，激光經(jīng)光纖傳送至激光發(fā)射端（2）發(fā)射，經(jīng)耐高溫玻璃窗（4）后進入測量管路（7），經(jīng)檢測桿（9）末端的耐高溫反射鏡（10）反射后返回，再經(jīng)過耐高溫玻璃窗（4）后由激光接收端（3）的傳感器接收，轉(zhuǎn)換為電信號再經(jīng)放大電路（1）處理后送回分析儀（15）內(nèi)的信號處理電路，并測定出氨氣濃度值。測定完畢后煙氣從煙氣出口管路（16）排出。