[实用新型]一种炉内多维燃烧气体温度和多组分浓度测量系统

说明书

本实用新型涉及一种炉内多维燃烧气体温度和多组分浓度测量系统。其中，激光器发射m种第一激光；光开关将m种第一激光耦合成一路激光，并控制每一种激光按预设时序交替输出；分光器将每一种激光都分为2np路激光；2np路激光穿过燃烧气体，所述待测气体中的每一组分吸收与其对应的中心波长的第一激光；未被完全吸收的m种第一激光按时序穿过所述燃烧气体，每种第一激光形成2np路第二激光；光电转换器按时序将第二激光进行光电转换，每2np路第二激光形成2np个电信号；锁相放大器对电信号进行处理，按时序依次产生m×2np个二次谐波信号；上位机对依次产生的二次谐波信号进行处理，以获取多维燃烧气体温度和多组分浓度。

技术领域

本实用新型涉及气体非接触测量领域，尤其涉及一种炉内多维燃烧气体温度和多组分浓度测量系统。

背景技术

锅炉是火力发电厂中的能量输出设备，炉内涉及复杂的燃烧过程。炉内燃烧参数的测量对研究燃烧机理、提高燃烧效率和控制污染物排放等具有积极意义。燃烧温度和组分浓度是炉内最基础的燃烧参数。常规的热电偶和烟气分析仪等测量手段均为单点测量，但单点测量只能反映炉内整体的燃烧状况而无法反映炉内局部的燃烧状况。由于单点测量很难监测炉内火焰中心是否偏离，从而造成锅炉效率下降、污染物排放增加、水冷壁高温腐蚀和结渣严重等问题。此外，常规的热电偶和烟气分析仪等接触式测量手段无法长期适应于高温、多尘和湍流的炉内环境。

激光燃烧诊断技术是一种在线非接触式测量手段，可以实现燃烧参数的快速无干扰测量。可调谐二极管激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy,TDLAS)技术具有系统结构简单、精度高、响应快和适应环境能力强等优点。传统的TDLAS技术是通过对待测区域内某一组分沿光学路径的积分吸收度进行测量，从而反演出光学路径上的平均温度和组分浓度。由于实际炉膛为三维结构，炉内火焰温度和组分浓度分布差异较大，目前，基于TDLAS技术测量温度和组分浓度主要还局限于实验室水平，尚未有关于在实际锅炉上的应用。且现有的TDLAS技术不能满足对燃烧气体温度和多种组分浓度的同时在线测量。

因此，如何提供一种能够同时在线三维测量锅炉内气体温度和组分浓度的方法或系统，就成了现有技术的需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种炉内多维燃烧气体温度和多组分浓度测量方法和系统，以解决现有测量装置不能测量燃烧气体三维温度和组份浓度的技术问题。

本实用新型提供了一种炉内多维燃烧气体温度和多组分浓度测量系统，该炉内多维燃烧气体温度和多组分浓度测量系统包括上位机、激光器、光开关、分光器、光电转换器和锁相放大器；所述激光器和上位机电性连接，所述激光器发射m种第一激光，其中，1≤m≤M，M为待测气体组分数；所述m种第一激光的波段分别涵盖待测气体组分的分子吸收谱线范围；所述光开关与激光器连接，所述光开关还和上位机电性连接，所述光开关将m种第一激光耦合成一路激光，并控制m种第一激光中每一种激光按预设时序交替输出；所述分光器和光开关连接，所述分光器将按预设时序交替输出的m种第一激光中的每一种激光都分为2np束激光，n和p都为正整数；2np束激光穿过燃烧气体，2np束激光形成p层n×n的光路网格，所述待测气体中的每一组分吸收与其对应的中心波长的第一激光；未被完全吸收的m种第一激光按时序穿过所述燃烧气体，每一种第一激光形成2np束第二激光；所述光电转换器，其用于按时序将m种2np束第二激光进行光电转换，每2np束第二激光形成2np个电信号；所述锁相放大器和光电转换器电性连接，所述锁相放大器还和上位机电性连接，所述锁相放大器对按时序依次形成的电信号进行处理，按时序依次产生m×2np个二次谐波信号；所述上位机用于对依次产生的m×2np个二次谐波信号进行处理，以获取多维燃烧气体温度和多组分浓度。