[发明专利]一种烟道氨浓度激光在线检测系统

说明书

本发明涉及一种烟道氨浓度激光在线检测系统，该激光在线检测系统包括发射光学探头、接收光学探头、温压一体传感器和可调谐半导体激光吸收光谱检测装置；其中所述的可调谐半导体激光吸收光谱检测装置将所接收的光谱信号采用改进的随机并行梯度下降法进行迭代循环计算，从而得到每一循环目标函数y_tx的最优解，然后以该最优解进行浓度反演，计算出烟道中氨气的浓度。本系统可抑制光谱信号噪声，改善激光传输质量，显著提高烟道中氨气浓度的检测精度。

技术领域

本发明属于气体浓度检测技术领域，具体涉及利用可调谐的激光器测试材料在特定元素或分子的特征波长下的相对效应。

背景技术

目前火力发电厂普遍采用的烟气脱硝技术是干法脱硝，即利用氨气参与氧化还原反应以最大限度地除去氮氧化物。在脱硝过程中，当氨气的含量不足时，氮氧化物无法完全去除；当氨气的含量过多时，虽然会提高脱硝效率，但过量氨气通过烟道排出时将污染大气环境。因此在脱硝过程中需严格检测氨气的浓度。

激光红外吸收光谱氨气原位检测系统采用基于气体红外吸收光谱的先进测量方法，它采用半导体激光器发射调制激光通过待测气体，根据激光强度与待测气体浓度的关系计算出待测气体浓度，相比于采用间歇式抽取方法的氨气浓度检测系统和抽取热湿法氨气浓度检测系统，具有测量速度快、精度高和不易受其他气体影响等优点。但在烟气的高温脱硝过程中，激光传输易受到粉尘、颗粒和高温湍流等因素的影响，降低探测精度，产生检测误差。

研究者何莹等公开了一种高温氨逃逸激光原位监测系统，该系统利用DFB激光器作为光源，通过电流控制器和温控器调谐激光器输出中心波长在1531nm附近；调制后的激光通过2:98的光纤分束器分成参考光和检测光，其中2％的参考光经标准吸收池后由探测器转换成电信号送入信号处理模块，98％的检测光经垂直安装在烟道壁上的悬臂式光学探头射入700K的高温烟气中，吸收后的光谱信号由悬臂式光学探头内的探测器转换成电信号也送入信号处理模块；所述的参考光与检测光所转换成电信号经信号处理模块放大滤波和自动增益控制，再接入工控机进行数据采集处理并反演氨气浓度(何莹,张玉钧,王立明,等.高温氨逃逸激光原位监测的浓度反演算法[J].红外与激光工程,2014,第43卷,第3期,897-901页)。上述现有技术虽然进行了温度修正以及针对烟道环境和系统噪声引起的波形形变，使用迭代收敛法进行福依特线型拟合计算吸收谱线的积分面积(即积分吸光度)等一系列技术手段，但是仍然无法有效地克服粉尘、颗粒和高温湍流等因素所引起的散射、漂移等大气湍流效应(如畸变波前)，因此系统最大相对检测误差还是高达到1.5％。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明提供一种烟道氨浓度激光在线检测系统，该系统可抑制光谱信号噪声，改善激光传输质量，显著提高烟道中氨气浓度的检测精度。

本发明解决上述问题的技术方案如下：

一种烟道氨浓度激光在线检测系统，该激光在线检测系统包括温压一体传感器、可调谐半导体激光吸收光谱检测装置和相对安装在烟道的左右两侧的发射光学探头与接收光学探头，其中所述的可调谐半导体激光吸收光谱检测装置包括半导体激光器、激光器控制器、扫描信号电路、分束器、标准吸收池、第二探测器、变形镜控制单元、比较放大电路和数据采集处理器；其特征在于，

所述的发射光学探头包括具有窗口镜的圆柱形的保护筒，该保护筒内相对设有倾斜安装的反射式变形镜、支承该反射式变形镜的支座和激光准直器；其中，所述窗口镜的中心线经过所述反射式变形镜的反射镜面中心；所述的激光准直器由三维调整架支承在所述保护筒的侧壁上，且其发射端的中心线也经过所述反射式变形镜的反射镜面的中心；