[发明专利]自动对准光谱系统

说明书

技术领域

本公开大体上涉及光谱系统，并且更具体地涉及自动对准光谱系统，其适于在诸如热回收蒸汽发生器(HRSG)腔室的、易于振动的环境中使用。

背景技术

许多电力要求受益于发电厂，这些发电厂在最小环境影响内提供低成本能量。另外，这些发电厂提供更好的可靠性和利用例如生物气或填埋气等替代燃料的脱离电网操作，其中示例是燃气涡轮和内燃机。燃气涡轮是巨大的引擎，其通过使引擎中的涡轮旋转将热加压燃烧气体的能量转换成机械能。接着，涡轮的这种旋转用于通过使用发电机而发电。之后，在联合循环电厂中，来自燃气涡轮的废气或残留气体通过HRSG腔室和栈(stack)而放出进入大气中。这些废气包括痕量的环境不友好气体，其可能潜在地危害大气和人类健康。因此，非常感兴趣和关注的是识别废气的成分和浓度并且使不友好气体到环境的排放最小化。

目前，可获得提取技术以用于监测废气(尤其是废气中的靶气体)的成分和浓度。这些技术的主要想法是提取废气的采样并且将其通过采样线输送到分析器。此外，通过诸如红外和/或紫外吸收测量的离线测量技术来测量靶气体的成分和浓度。遗憾的是，在气体提取的时间和跟着测量靶气体的成分和浓度的分析之间存在明显的延迟。从而，这些技术未能便于更好地控制废气排放到环境。

可以用于解决该问题的备选技术是可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)。TDLAS典型地通过在近红外和中红外光谱区域中操作的二极管激光器来实现。已经开发了用于感测和控制燃烧过程的TDLAS的多种技术。通常已知的技术是波长调制光谱、频率调制光谱和直接吸收光谱。这些技术的每个都基于由检测器在激光束穿过吸收介质(例如，HRSG腔室内部的气体)后接收的激光束的数量和性质之间的确定的关系。特定光谱带中的激光束可由腔室中的气体组分(gas species)吸收。由检测器接收的激光束的吸收光谱用于确定气体组分的成分和/或浓度。

在这些技术中，TDLAS典型地安装在栈中以确定腔室内部的废气的成分和/或浓度。栈可以是设置在HRSG腔室的出口侧处用于将残留气体释放到环境中的小圆柱形管。然而，TDLAS还可在HRSG腔室中实现用于期望的应用，例如气体浓度测量、气体温度测量、气体压力测量等。遗憾的是，由于HRSG腔室中恶劣的条件、振动和热变化，在HRSG腔室中实现TDLAS是困难的。这些条件可引起TDLAS系统的未对准，从而导致废气的错误测量。

目前，存在矫正TDLAS系统的未对准的多种技术。校正TDLAS系统的未对准的一个方式是手动矫正或调整TDLAS系统的未对准。然而，因为操作者可能必须伸手触及TDLAS系统来手动调整TDLAS系统，因此手动调整TDLAS系统是耗时的过程。同样，手动调整TDLAS系统在操作的电厂中可能是不现实的。此外，因为操作者不知道TDLAS未对准的方向，所以操作者可能必须采用试错法，这又是低效且耗时的过程。

因此，开发减少这样的错误测量的TDLAS系统的设计是期望的。特别地，期望开发检测TDLAS系统中未对准并且使TDLAS系统自动对准而不管HRSG腔室中或周围的环境条件如何的系统的设计。

发明内容

简短地，根据本技术的一个方面，呈现自动对准光谱系统。该自动对准光谱系统包括起动装置(launcher)单元，其配置成引导第一激光束和第二激光束通过腔室，其中该第一激光束与该第二激光束共线。该自动对准光谱系统进一步包括接收器单元，其配置成接收穿过腔室的第一激光束和第二激光束。该接收器单元包括第一检测器，其配置成确定第一激光束的强度。该接收器单元还包括第二检测器，其配置成确定第二激光束从确定位置的偏离。此外，该自动对准光谱系统包括机动段，其配置成基于第二激光束的确定的偏离使起动装置单元与基线位置对准。

根据本技术的进一步的方面，呈现自动对准光谱系统的方法。该方法包括将来自起动装置单元的至少第一激光束和第二激光束引导通过腔室的第一窗口，其中该第一激光束与该第二激光束共线。该方法进一步包括在腔室的第二窗口处接收共线的第一激光束和第二激光束。该方法还包括使第二激光束与第一激光束分开，以使得第一激光束入射在第一检测器上并且第二激光束入射在第二检测器上。另外，该方法包括确定入射在第二检测器上的第二激光束从确定位置的偏离。此外，该方法包括基于第二激光束的确定的偏离使起动装置单元对准基线位置。