恒流稀释预处理技术及其在复杂工业环境下的应用研究

针对目前工业现场常采用的多级过滤伴热抽取预处理方式存在样气失真、管线易堵塞和腐蚀、测量延时、维护量大等问题,开展烟气恒流稀释预处理技术研发并将其应用于复杂工业现场。研究首先基于渐缩喷嘴的恒流特性开展验证实验,实验结果表明,渐缩喷嘴入口流量与喷嘴喉径呈正相关而与背压呈负相关性,当背压低于45 kPa时气体达到声速壅塞状态且保持恒流;随后基于原理实验研制适用于不同复杂工业环境下的高保真烟气恒流稀释预处理装置,并结合可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术开发气体在线监测分析系统,同时将其应用于煤粉锅炉水冷壁近壁面气氛和磨煤机出口CO在线监测现场,实现了高尘、高湿、高腐蚀等恶劣工况下烟气高保真取样和高精度测量,有效解决了目前复杂工业现场烟气取样管线堵塞、气体成分失真等问题,为气体高精度在线监测系统安全稳定运行提供技术支撑。     

火电机组烟气中CO在线测量方法对比研究

目前火电机组一般采用氧含量作为燃烧效率监测的参考量,而氧含量无法准确反映燃烧过程中风煤的混合情况,且氧含量的测量受空气影响较大,因此,在测量烟气中氧含量的基础上,结合对不完全燃烧产物CO的浓度测量,可提高燃烧效率监测的可靠性。针对目前常用的2种技术路线的CO监测仪进行了对比,即基于非分散红外(NDIR)取样式测量和基于可调谐激光二极管吸收光谱(TDLAS)原位式测量。NDIR取样式测量仪表将取样杆安装于省煤器出口后烟道内部,取样后的气体经过多级过滤、冷凝除水等预处理后进入分析仪进行NDIR测量;TDLAS原位式测量仪表将测量腔体安装于省煤器出口后烟道内部,烟气经过测量腔体前端过滤器后进入测量腔体内部进行TDLAS测量。测量结果表明:火电机组烟气中CO浓度具有变化幅度大、变化速度快等特点,基于NDIR的取样式测量由于取样路径原因导致延时时间长,而且其多级过滤、冷凝除水等预处理装置复杂导致系统维护量大,同时该仪表取样过程中由于气体的吸附或反应特性易引起测量结果失真;而基于TDLAS的原位式测量由于将测量腔体安装于烟道内部,取样路径短,响应速度快,能够及时响应CO浓度瞬时变化,而且该仪表采用一体式结构设计,系统稳定性高,维护量小,同时由于该仪表测量腔体在烟道内部,测量环境与烟道环境一致,可实现高保真测量。     

光电离传感器中微电流检测电路的设计

介绍了一种低频极微弱电流信号放大电路的工作原理、电路设计、元器件选择及制造工艺。该放大电路是光电离传感器的重要组成部分,它也可以应用在其它微弱电流信号的检测系统中。实验表明:该电路有效抑制了噪声,具有良好的灵敏度和线性度。     

基于偶次谐波吸收率函数复现方法

TDLAS中波长调制光谱具有灵敏度高、信噪比高的优点,然而由于其无法有效得到绝对吸收率函数一般需要采用二次谐波峰值结合标定实验确定待测气体参数。考虑到这一问题,本文基于波长调制光谱策略,在时域上对经过高频调制的激光透过率函数于谱线中心频率处进行泰勒级数展开,在此基础上得到谐波表达式由透过率及其导数和频率调制幅度等组成,通过分析各次谐波间的关系特征建立了一种基于偶次谐波信号的吸收率函数高精度复现方法。随后采用CO2分子6976.203 cm^-1谱线对该方法进行了数值模拟和实验验证,并将实验结果与传统直接吸收法测得的吸收率函数进行对比。模拟和实验结果表明:波长调制光谱中偶次谐波信号可复现TDLAS核心参数—吸收率函数,其测量精度随着所采用谐波阶次的增加而提高,预期可为谱线参数高精度标定、复杂工业现场中痕量气体浓度监测提供新的测量方法。     

Design of a Weak Signal Detecting Circuit in the Infrared Spectrum Absorbed Type Gas Sensor

In the infrared spectrum absorbed type gas concentration sensor,voltage signal obtained from the two-channel thermopile infrared detector TPS2534 is very weak.In order to solve this problem,the authors have established the structure of the sensor and designed weak signal detecting circuit of the sensor based on infrared spectrum absorption principle,differential de-noising principle and weak signal detecting principle.The authors have made experiments using CH4 gas.The results show that the circuit can remove noise effectively and detect weak electrical signal obtained from the detector.     

基于TDLAS的煤粉锅炉水冷壁近壁面CO/H2S同步在线监测

煤粉锅炉低氮燃烧工况下还原性气氛H2S和CO体积分数上升导致水冷壁高温腐蚀严重,实时在线监测水冷壁近壁面CO/H2S体积分数并基于测得的数据建立高温腐蚀预警模型具有重要意义。采用可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术测量锅炉水冷壁近壁面CO/H2S体积分数,首先利用赫里奥特多次反射池提高测量精度并降低检测限,然后开展CO/H2S体积分数动态测量验证实验。结果表明,CO、H2S分别在0~2 000 μL/L和0~ 20 μL/L范围内,测量值与配比值一致且具有较高的精度。最后结合恒流稀释烟气高保真预处理技术将研制的CO/H2S监测装置应用于大型火电机组煤粉锅炉现场,采用轮测方式实现了锅炉炉膛“还原区”和“燃尽区”CO/H2S同步在线监测;同时基于监测数据反馈对锅炉燃烧进行调整,在确保烟气超低排放基础上减缓水冷壁高温腐蚀速率,实现火电机组高效、环保、安全和智能化运行。     

基于波长调制技术的吸收谱线线型函数测量

在可调谐二极管激光吸收光谱技术中,直接吸收法通过对透射光强拟合可直接得到线型函数,但目前具有较高信噪比的波长调制法不能对其进行有效测量。提出一种基于多次谐波的线型函数测量理论及方法,通过谐波通项表达式推导出谱线中心频率处二次与四次谐波比值仅与线型函数和调制系数有关,当调制系数m为2.492 8时,无论线型函数中Gauss线宽和Lorentz线宽所占比例如何,二次与四次谐波比值均为2.186 2,根据该点的特征可首先得到谱线半宽,然后将其应用于弱吸收条件下2f/1f气体浓度免标法测量。实验中采用2 326.82 nm处谱线对CO浓度进行了测量,其结果与传统直接吸收法测量结果误差小于2%。文中为波长调制法中线型函数的精确测量提供了重要的理论依据,进一步完善了2f/1f免标法。     

基于TDLAS的烟气中CO浓度混合取样式在线监测

燃煤锅炉烟气中不完全燃烧产物CO是燃烧效率监测的重要依据,其存在浓度高、波动剧烈、分布不均匀等特点,采用TDLAS技术中波长调制光谱结合稀释法对烟气中CO浓度进行了混合取样式在线监测。首先基于谐波理论推导出4次谐波与1次谐波免标法测量公式,其次对CO激光器频率调制和光强调制的相位差及电流调谐系数进行了标定,并采用标准气体结合直接吸收法对赫里奥特池光程进行了测量,然后在此基础上对浓度与谐波比值曲线进行了数值计算和实验验证。最后将该装置应用于燃煤电厂,将省煤器出口烟道分为6个区域,各区域安装一个稀释取样探头,在稀释取样过程由于降低了烟气露点无需做除水处理,6路经过稀释后的烟气混合后进入赫里奥特池后实现免标定高精度测量。该监测装置实现了连续稳定运行,运行中使用Testo350便携式分析仪与现场测量数据进行了对比,二者测量结果一致,误差小于1×10~(-6)。