[发明专利]气体的在位测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及气体测量，特别涉及利用气体吸收光谱技术在位测量高温气体的方法及装置。

背景技术

在垃圾焚烧等领域内，为了控制燃烧炉内的燃烧效率，需要准确、及时地监控燃烧炉内的O₂含量。燃烧炉内O₂浓度测量范围为0～25％，温度范围为800～900℃。

目前，基于DLAS(Diode Laser Absorption Spectroscopy)技术的激光吸收光谱气体分析装置广泛应用在气体测量中。DLAS技术的基本原理为：调谐测量光的波长，使其对应到待测气体的吸收谱线；测量光穿过待测气体并被探测器接收转换为电信号，得到测量光在所述吸收谱线处的吸收，根据比尔-朗伯定律得到待测气体的浓度等参数。DLAS技术具有诸多优点，如：原位在线测量，响应时间很短，可以达到毫秒级，可以实现连续测量；测量下限低，可用于测量浓度为ppb级的气体；测量精度高。

如图1所示，一种在位式氧气测量装置，光发射单元14和光接收单元15设置在燃烧炉10的两侧，同时通过窗口片16、17隔离待测气体11；其中，光源2设置在光发射单元14内，探测器20设置在光接收单元15内。光源2发出的测量光束19被待测气体11中的氧气吸收，通过分析单元30分析测量光束19的透过率，从而得到待测气体11中氧气浓度等参数。

外界空气含有氧气，氧气会进入所述光发射单元14和光接收单元15内，吸收了部分测量光束19，从而影响了测量精度。

另外，当待测气体11中的颗粒物较多时，颗粒物会粘附在所述窗口片16、17上，大大降低了测量光束19的透过率，甚至会使透光率为零，严重影响了测量精度，甚至使测量无法进行。

为了排除上述不利影响，该测量装置还配置了吹扫单元21，往所述光发射单元14和光接收单元15内充入吹扫气体22。或者向所述窗口片16、17邻近待测气体11的一侧充入吹扫气体22，从而使待测气体11中的颗粒物无法污染所述窗口片16、17，上述措施大大提高了测量精度，也提高了测量的可持续性。

通常使用高纯氮气作为吹扫气体22，但在垃圾焚烧等领域中，高纯氮气难以获得，再有，高纯氮气内还含有氧气，测量光路上的吹扫气体中的氧气会吸收测量光，从而降低了测量精度。

为了解决上述技术问题，通常做法是：在光发射单元内设置氧气传感器，测得吹扫气体中氧气的浓度，通过扣除吹扫气体(包括光发射单元内、或光接收单元内、或窗口片临近待测气体一侧的吹扫气体)中氧气对测量光的吸收，进而得到燃烧炉内氧气浓度等参数。这种方法的不足之处主要为：

1、所述气体传感器的测量精度低，而且受气体压力、温度的影响较大。

2、受制于测量原理，气体传感器的响应时间长，不能实时测量。

3、稳定性差，所述气体传感器的性能随使用时间的增加而下降较快。

4、气体传感器寿命短，不断更换的传感器也提高了测量成本。

发明内容

为了解决现有技术中的上述不足，本发明提供了一种测量精度高、成本低的气体的在位测量方法，还提供了一种结构简单、测量精度高、成本低的气体的在位测量装置。

为了实现上述发明目的，本发明分别采用如下技术方案：

气体的在位测量方法，特点是：

选择待测气体的吸收谱线I、吸收谱线II，激光器输出波长能调谐到吸收谱线I、吸收谱线II；

吹扫气体的温度低于被测气体的温度，在单位浓度单位光程下，在吸收谱线I处，被测气体和吹扫气体的温度差引起被测气体内待测气体的吸收不低于吹扫气体内待测气体的吸收的5倍；

在测量状态下：

吹扫气体吹扫被测气体区域外的测量光路，吹扫气体中含有待测气体；

所述激光器输出的测量光对应所述吸收谱线I，测量光穿过吹扫气体、被测气体；

穿过吹扫气体、被测气体后的测量光被探测器转换为电信号，分析单元分析测量光在吸收谱线I处的衰减，并忽略吹扫气体在吸收谱线I处的吸收的变化，从而得到被测气体内待测气体的含量；

在标定状态下：

所述激光器输出的标定光对应所述吸收谱线II，标定光穿过待测气体的标气，穿过标气后的标定光被探测器转换为电信号，分析单元通过分析标定光在吸收谱线II处的衰减，从而完成对分析单元的标定。

卸下激光器以及探测器，并安装在标定管上；标定管内通入氧气的标气，从而进入标定状态。

进一步，激光器通过光纤与标定管连接，在测量光路和/或标定光路中设置控制器件，用于控制测量光或标定光的通过与否。