燃煤锅炉高温腐蚀气体激光在线监测设备研究

燃煤锅炉燃烧场的经济性、安全性和环保性对于智慧电厂建设具有重要意义。H2S和CO是燃煤锅炉燃烧场的两种主要高温腐蚀气体,它们不仅腐蚀锅炉近壁面,尾气对大气环境的危害也极其严重。基于近红外可调谐半导体激光吸收光谱技术,结合波长调制光谱技术和频分复用技术,研制了一款无人值守的燃煤锅炉主燃区的H_(2)S和CO气体浓度实时在线监测设备。仿真模拟了6335~6341 cm^(-1)范围内的气体吸收光谱,并选定1.5μm附近的近红外激光器作为激光光源。研制了一套耐高温耐腐蚀的Herriott型多光程池,使激光与气体相互作用的有效光程达15 m;开发了硬件电路及相应的固件程序,实现了H2S和CO吸收光谱信号的二次解调与浓度反演。线性度和Allan方差实验表明,其线性拟合相关系数分别为0.9998和0.9995,在73 s和53 s的积分时间下,H_(2)S和CO的最低检测极限分别为0.2×10^(-6) mol/mol和0.344×10^(-6) mol/mol。最后,将研制的设备在某300 MW电负荷的四角切圆燃煤锅炉主燃区燃烧气氛场进行应用示范,对水冷壁附近的H2S和CO进行同步测量。结果表明,锅炉中H2S和CO的浓度呈正相关,厌氧燃烧会导致两种气体的含量增加,造成对水冷壁的腐蚀。

小型化燃煤电厂逃逸氨气激光测量仪

为了准确测量高温下逃逸氨的体积分数,采用可调谐半导体激光吸收光谱技术、波长调制光谱技术(WMS)和长光程技术,开发了一套高温小型化的逃逸氨气测量仪;为了减小逃逸氨气的吸附效应和提高探测灵敏度,研制了新型高温长光程样品吸收池。在前期研制的激光驱动模块基础上,采用74HC4046锁相环芯片作为可调正弦调制信号源,以EPM7064为移相和倍频逻辑控制芯片,同时采用两片AD630作为一次解调(WMS-1f)和二次解调(WMS-2 f)同步解调乘法器,实现了吸收信号的1 f和2f同步解调。此外,以STM32F429为主控制器,将解调滤波后的信号输入到AD7606进行模数转换,并进行数字滤波和体积分数的反演。结果表明,氨气体积分数与WMS-1f幅值、WMS-2f幅值以及同步解调WMS-2 f/WMS-1 f归一化幅度值的线性拟合系数分别为0.998,0.997以及0.998;Allen方差表明在优化时间228s时,其测量的体积分数最低为0.496×10-6,在体积分数为20×10-6~100×10-6范围内测量误差小于±2%。该测量仪可以为燃煤电厂氨逃逸的高温测量提供高精度的原始数据。