一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置的制作方法

1.本实用新型属于烟气处理技术领域，具体涉及一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置。


背景技术：

2.根据政府环保要求，燃煤锅炉的运行要实现超低排放（排放烟气中no
x
≤50mg、so2≤35mg、粉尘浓度≤5mg）。而目前燃煤锅炉主流采用scr氨法脱硝，即选择性催化还原脱硝技术。它是指在催化剂和氧气存在的条件下，在320℃～427℃温度范围内，还原剂氨(无水氨、氨水或尿素热解)有选择性地与烟气中的nox反应生成无害的氮和水。
3.在scr脱硝技术中有一个非常重要的指标。就是喷入的氨的量与烟气中nox比例适当。理想状况下需要喷入的氨量刚好可以完全与烟气的nox反应完。既不过量也不缺少。在实际的运行中是不可能氨的量与烟气中nox刚好完全反应。所以对喷入氨是否过量的检测和控制是scr脱硝技术中非常重要的一个关键环节。而对烟气中氨含量的监测需要用氨逃逸设备。可靠性最高最准确的氨逃逸设备是激光法氨逃逸设备。
4.氨逃逸设备的基本原理均为基于tdlas(可调式二极管激光吸收光谱，简称：激光法)技术的lasir气体分析仪，而常用的氨逃逸设备多采用的是激光对射的方式，在烟道中加装激光源，检测烟道中某一条线（激光射穿通过的光程）上的烟气中氨气的含量。
5.但是因为氨逃逸设备是在原烟气烟道上安装，烟气管道是在高温下运行，温度也随机组负荷有所变化，所以烟道的膨胀变形不定，使得激光对射光束发生偏移，需要多次的维护对焦。而且激光束经过的光程是烟道内的某一条线，而氨逃逸设备的安装位置一般是在scr反应器的出口到空预器的入口这一段，这段烟道面积大且无直管段，造成此处烟气流场混乱，scr出口的氨逃逸设备多装在烟道一角，不能代表烟气氨的含量。而且原位式安装的氨逃逸设备因为烟气粉尘含量高，组份缺乏均一性，还常有阵发性扰动，原位法激光氨逃逸分析仪对这种特殊条件的适应性差，所以检测效果差，精度低，甚至检测不出1～2ppm左右的微量逃逸氨，这就给企业的设备运行和生产带来许多问题，为了解决这一问题，现在多采用多点网格法烟气抽取装置，将烟道内的烟气抽取一部分样气，采用旁路流通的方式，混合均匀后再分别进行nox和氨逃逸的检测。抽取的样气最终排入空预器出口位置的烟道内。
6.烟气抽取后氨逃逸的检测有两种途径：
7.第一种是在混合均匀的样气中再取出一小部分（一般二次取样管路直径小于10mm，取样气量<2l/min）送入专门的气室进行测量。但是这种测量方式二次取样的样气量太少，样气中的氨容易附着在二次取样管上，造成氨逃逸检测结果偏小，而且二次取样气量太小，相比较气室的容积大，样气置换的周期长，检测结果滞后。
8.第二种是在抽取的样气混合均匀后的旁路上直接安装激光氨逃逸分析仪，需要在旁路上构建一个可供激光氨逃逸分析仪安装的流通室，这样就等同于是原位法安装。检测样气的量更足，混合更均匀具有代表性，检测结果更准确，更灵敏。但是，也同样存在几个问题：
9.1、原位安装的激光氨逃逸分析仪，为了保护设备不被高温损坏，在氨逃逸激光头部会持续的打入冷态的压缩空气，用空气来做设备保护和镜头清洁。对整个烟道内烟气来说，打入的冷气量所占比例很少，不会造成烟道内温度的降低。但是对抽取的支路的样气来说，氨逃逸设备充入的冷气会相对样气的量比较多，会稀释样气。
10.2、烟气的组份比较复杂，特别是含有较多的粉尘，在高温下（220℃~380℃）烟气各组份比较稳定，粉尘也是干态，但是当冷空气介入之后抽取烟气温度开始降低，会出现铵盐结晶，以及一些硫酸盐混合粉尘最后结块堵塞取样系统。
11.3、为了避免混入冷态气体，保证样气和外界的隔绝，在流通室上安装玻璃镜头，将氨逃逸设备安装在镜头外部进行测量，但是镜头所对外部为冷态，所以，镜头内表面相对样气来说温度也会降低，最终会因为附着铵盐或粉尘而降低激光的透过率，最终完全失效无法使用。
12.4、流通室上的玻璃镜片容易因为反光等光学因素，给激光设备带来干扰，不利于激光氨逃逸设备检测的降噪处理。


技术实现要素：

13.本实用新型的目的在于提供一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，克服现有技术中存在的上述技术问题。
14.为此，本实用新型提供的技术方案如下：
15.一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，包括样气流通室，所述样气流通室的两端均设有连接机构，两个连接机构分别连接有安装底座一和安装底座二，所述安装底座一连接有激光发射端，所述安装底座二连接有激光接收端，所述激光发射端和激光接收端位于同一水平线上，所述安装底座一和安装底座二内均安装有双透射镜头，所述双透射镜头插入样气流通室内；
16.所述样气流通室的上侧和下侧分别连通样气进入通道和样气排出通道，所述样气进入通道靠近安装底座一，所述样气排出通道靠近安装底座二，所述样气进入通道上装有流量计，所述激光发射端开设有冷气进口一，所述安装底座一靠近激光发射端一端开设有冷气出口一。
17.所述双透射镜头包括高温透射镜头和低温透射镜头，所述高温透射镜头和低温透射镜头之间为空气，所述低温透射镜头靠近冷气出口一。
18.所述样气流通室与水平方向成5
°‑
30
°
夹角，所述样气进入通道所在一侧高于样气排出通道所在一侧。
19.所述样气流通室外包裹有保温材料，所述保温材料内设有电加热丝。
20.所述安装底座一上开设有高温压缩空气入口和旋流吹扫孔，所述安装底座一的外壳和内壳之间为高温压缩空气气室，所述高温压缩空气气室一端与高温压缩空气入口连通，另一端与旋流吹扫孔连接，所述旋流吹扫孔为多个，沿安装座一的前端周向均匀设置，所述旋流吹扫孔均斜向下设置且出口指向双透射镜头的高温透射镜头。
21.所述高温透射镜头的耐温范围为280℃
‑
420℃，所述低温透射镜头的耐温范围为20℃
‑
85℃。
22.所述保温材料为硅酸铝保温材料，厚度为10
‑
15cm。
23.本实用新型的有益效果是：
24.本实用新型提供的这种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，通过冷却结构与双透射镜头配合，可以保护激光氨逃逸分析仪不受高温损坏的基础上，提高高温透射镜头端的温度，避免因为冷却气冷却而使高温透射镜头端表面局部温度降低至220℃以下，导致被测样气降温产生硫酸盐结晶，附着在镜头表面降低镜头的透射率，甚至完全阻塞镜头，最终使激光光源无法穿过镜头，而使设备失效。
25.样气流通室有一定的倾斜角度（5
°
~30
°
），可以使烟气中的粉尘在重力作用下落到样气流通室内，之后沿着倾斜流通室壁，被样气带走到下游，最终排回烟道，确保样气流通室不会堵塞。
26.样气流通室外全程通过包裹保温材料并采用电加热丝进行伴热，维持流通室全部位置的高温来防止烟气内组份形成铵盐结晶至流通室及透射镜头上而发生附着，造成流通室内的堵塞及镜头透光率的降低。
27.本实用新型通过在高温透射镜头接触样气的一端设置旋流吹扫孔，采用多路高温压缩空气流经旋流吹扫孔喷射向镜面，多路压缩空气喷射到一起会在镜面表面形成旋流区，吹扫透射镜头，清洁镜头表面的粉尘，持续吹扫会保证镜头所在区域相对样气流通室内部形成局部高压，阻止粉尘向镜头位置扩散。
28.下面将结合附图做进一步详细说明。
附图说明
29.图1是本实用新型的一种实施方式结构示意图；
30.图2是安装座一的一种实施方式结构示意图；
31.图3是双透射镜头的安装示意图；
32.图4是旋流吹扫孔的布置主视图；
33.图5是旋流吹扫孔的布置侧视图。
34.图中：1、激光发射端；2、冷气进口一；3、安装底座一；4、法兰一；5、流量计；6、样气流通室；7、激光接收端；8、冷气进口二；9、安装底座二；10、样气进入通道；11、样气排出通道；12、法兰二；13、冷气出口一；14、高温压缩空气入口；15、高温压缩空气气室；16、透射镜头支撑体；17、旋流吹扫孔；18、高温透射镜头；19、耐高温柔性垫片；20、低温透射镜头。
具体实施方式
35.以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
36.现参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
37.除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其
相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
38.实施例1：
39.本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，包括样气流通室6，所述样气流通室6的两端均设有连接机构，两个连接机构分别连接有安装底座一3和安装底座二9，所述安装底座一3连接有激光发射端1，所述安装底座二9连接有激光接收端7，所述激光发射端1和激光接收端7位于同一水平线上，所述安装底座一3和安装底座二9内均安装有双透射镜头，所述双透射镜头插入样气流通室6内；
40.所述样气流通室6的上侧和下侧分别连通样气进入通道10和样气排出通道11，所述样气进入通道10靠近安装底座一3，所述样气排出通道11靠近安装底座二9，所述样气进入通道10上装有流量计5，所述激光发射端1开设有冷气进口一1，所述安装底座一3靠近激光发射端1一端开设有冷气出口一13。
41.使用过程：
42.将本实施例的烟气流通装置与烟道的旁路连通，采用多点网格法烟气抽取装置，将烟道内的烟气抽取一部分样气，采用旁路流通的方式混合均匀后，如图1所示，样气由样气进入通道10进入样气流通室6，之后通过样气排出通道11排出至烟道，在此过程中，通过激光发射端1发射激光，激光接收端7接收激光，激光穿过样气进行nox和氨逃逸的检测。其中，通过冷气进口一1和冷气出口一13对激光发射端1进行冷却，同理，通过冷气进口二8和冷气出口二对激光接收端7进行冷却，避免仪器受高温破坏。
43.实施例2：
44.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，所述双透射镜头包括高温透射镜头18和低温透射镜头20，所述高温透射镜头18和低温透射镜头20之间为空气，所述低温透射镜头20靠近冷气出口一13。
45.如图3所示，双透射镜头包括高温透射镜头18和低温透射镜头20。高温透射镜头18一端接触的是高温样气，低温透射镜头20一端正对激光发射端1可受冷气降温，中间为空气隔温层，在低温透射镜头20接触＜85℃的冷气持续吹扫时，可保证高温透射镜头18可以被320℃~380℃的样气加热至220℃以上，防止样气在高温透射镜头18产生硫酸盐结晶。
46.如图1和图2所示，冷气从冷气进口一1进入对激光氨逃逸分析仪进行冷却，由于冷气出口一13靠近低温透射镜头20，且高温透射镜头18和低温透射镜头20之间为空气隔温层，因此不会使高温透射镜头18降低到220℃以下。冷却结构二与冷却结构一组成结构及作用相同。
47.高温透射镜头18和低温透射镜头20通过透射镜头支撑体16分别安装在安装底座一3和安装底座二9上，透射镜头支撑体16与高温透射镜头18和低温透射镜头20之间均夹有耐高温柔性垫片19，以保证镜头受冷热交替变化时镜头玻璃体不至受力开裂。高温透射镜头18和低温透射镜头20可拆卸，便于镜头清理、维修、更换。
48.实施例3：
49.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，所述样气流通室6与水平方向成5
°‑
30
°
夹角，所述样气进入通道10所在一侧高于样气排出通道11所在一侧。
50.样气流通室6通过与水平线成5
°‑
30
°
的倾斜角度，可以使烟气中的粉尘在重力作
用下沿着倾斜流通室壁，被样气带走到下游，最终排回烟道，确保气样流通室不会堵塞，具有自清灰功能。
51.实施例4：
52.在实施例1的基础上，本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，所述样气流通室6外包裹有保温材料，所述保温材料内设有电加热丝。
53.样气流通室6外全程通过包裹保温材料并采用电加热丝进行伴热，维持流通室全部位置的高温来防止烟气内组份形成铵盐结晶至流通室及透射镜头上而发生附着，造成流通室内的堵塞及镜头透光率的降低。
54.实施例5：
55.在实施例1
‑
4任一实施例的基础上，本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，所述安装底座一3上开设有高温压缩空气入口14和旋流吹扫孔17，所述安装底座一3的外壳和内壳之间为高温压缩空气气室15，所述高温压缩空气气室15一端与高温压缩空气入口14连通，另一端与旋流吹扫孔17连接，所述旋流吹扫孔17为多个，沿安装底座一3的前端周向均匀设置，所述旋流吹扫孔17均斜向下设置且出口指向双透射镜头的高温透射镜头18。
56.本实施例针对高温透射镜头18上可能粘附的干燥的粉尘，采用了旋流吹扫孔17，在高温透射镜头18接触样气的一面，设计有旋流吹扫孔17（如图4所示）来解决。采用4~8路高温（350℃
±
15℃）压缩空气气流经旋流吹扫孔17喷射向镜面，每个旋流吹扫孔17的喷射方向均指向镜面圆心但有一个偏移，如图5所示。多路高温压缩空气喷射到一起会在高温透射镜头18表面形成旋流区，吹扫透射镜头。清洁镜头表面的粉尘。持续吹扫会保证镜头所在区域相对流通室内部形成局部高压，阻止粉尘向镜头位置扩散。
57.如4和图5所示，采用旋流吹扫孔17来控制吹扫气流的流量，旋流吹扫孔17在吹扫气压力远大于样气流通室6压力的情况下，通过旋流吹扫孔17的热压缩气流速是恒定的，根据旋流吹扫孔17的面积，旋流吹扫孔17数量以及恒定的流速，就可以计算旋流吹扫的气量。分别计量所取样气的量和旋流吹扫的气量，再通过流量比例将引入样气的压缩空气对样气稀释后的氨逃逸浓度折算成纯样气中氨逃逸的浓度。
58.实施例6：
59.在实施例2的基础上，本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，所述高温透射镜头18的耐温范围为280℃
‑
420℃，所述低温透射镜头20的耐温范围为20℃
‑
85℃。
60.本发明激光氨逃逸分析仪的透射镜头为双透射镜头，接触样气端为高温镜头（280℃~420℃），另一端为低温镜头（20℃~85℃），预装在透射镜头支撑体16上，两透射镜头中间为空气，起到气封隔温作用，低温透射镜头20表面采用冷压缩空气吹扫降温，透射镜头支撑体16与镜头（包括高温透射镜头18和低温透射镜头20）之间夹有柔性垫片，以保证镜头受冷热交替变化时镜头玻璃体不至受力开裂。
61.实施例7：
62.在实施例4的基础上，本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，所述保温材料为硅酸铝保温材料，厚度为10
‑
15cm。
63.本实施例通过保温材料维持样气流通室6的高温以防止烟气内组份形成铵盐结晶
附着在样气流通室6及高温透射镜头18上，造成样气流通室6内的堵塞及高温透射镜头18透光率的降低。
64.实施例8：
65.本实施例提供了一种应用于激光法氨逃逸检测的烟气流通装置，如图1所示，包括样气流通室6，样气流通室6的上侧和下侧分别连通样气进入通道10和样气排出通道11，样气流通室6的两端均设有连接机构，连接机构一端与样气流通室6固设或一体设置，连接机构的另一端连接安装底座一3，安装底座一3的前端（图1中为右端）通过透射镜头支撑体16安装有双透射镜头，安装底座一3的前端穿过连接机构后插入样气流通室6。
66.在本实施例中，样气流通室6左端的连接机构为法兰一4，安装底座一3的中部有与法兰一4配合连接的法兰。安装底座一3的末端（图1中为左端）有法兰二12，通过法兰二12与激光发射端1的法兰连接。样气流通室6右端与安装座二、激光接收端7的连接方式与上述过程相同。当需要更换双透射镜头时，打开法兰一4和法兰二12，将安装底座一3从样气流通室6中抽出，更换方便。样气流通室6外包裹有保温材料，保温材料内设有电加热丝。
67.安装座二与安装底座一3结构相同。以安装底座一3为例，安装底座一3上开设有高温压缩空气入口14和旋流吹扫孔17，安装底座一3的外壳和内壳之间为高温压缩空气气室15，高温压缩空气气室15一端与高温压缩空气入口14连通，另一端与旋流吹扫孔17连接，旋流吹扫孔17为多个，沿安装底座一3的前端周向均匀设置，旋流吹扫孔17均斜向下设置且出口指向双透射镜头的高温透射镜头18。
68.针对高温透射镜头18上可能粘附的干燥的粉尘，采用了旋流吹扫孔17，在高温透射镜头18接触样气的一面，设计有旋流吹扫孔17（如图4所示）来解决。采用4~8路高温（350℃
±
15℃）压缩空气气流经旋流吹扫孔17喷射向镜面，每个旋流吹扫孔17的喷射方向均指向镜面圆心但有一个偏移，如图5所示。多路高温压缩空气喷射到一起会在高温透射镜头18表面形成旋流区，吹扫透射镜头。清洁镜头表面的粉尘。持续吹扫会保证镜头所在区域相对流通室内部形成局部高压，阻止粉尘向镜头位置扩散。
69.激光发射端1开设有冷气进口一1，冷气出口一13开设在安装底座一3上，高温压缩空气入口14的左侧；激光接收端7开设有冷气进口二8，冷气出口二开设在安装座二上，高温压缩空气入口14的右侧。
70.双透射镜头包括高温透射镜头18和低温透射镜头20，高温透射镜头18和低温透射镜头20之间为空气，低温透射镜头20靠近冷气出口一13或冷气出口二。温透射镜头一端接触的是高温样气，低温透射镜头20一端正对激光发射端1可受冷气降温，中间为空气隔温层，在低温透射镜头20接触＜85℃的冷气持续吹扫时，可保证高温透射镜头18可以被320℃~380℃的样气加热至220℃以上，防止样气在高温透射镜头18产生硫酸盐结晶。
71.以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。