[發明專利]結合有可轉向可調諧二極管激光吸收光譜儀的爐內回反射器

有效

• 申請號: 201380029592.3
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104471376B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 吉姆·豪厄爾;貝納德·帕特里克·馬斯特森;羅德·哈里斯;大衛·吉爾特納;阿蒂略·喬布森;邁克爾·約翰·埃斯蒂斯;安德魯·D·薩佩
• 申請（專利權）人: 佐勒技術公司
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/39;F23N5/00;F24H9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 康建峰,楊華

技術領域

本公開內容涉及用于測量鍋爐或爐的內部的燃燒特性的方法和設備，更具體地，涉及用于將爐內回反射器與可轉向可調諧二極管激光吸收光譜儀相結合地用來測量鍋爐或爐內的燃燒特性的方法和設備。

背景技術

美國專利第7,469,092號描述了用于使用可調諧二極管激光吸收光譜儀(TDLAS)來監視和控制處理的方法和設備。簡言之，TDLAS方法和設備涉及將可以是許多不同波長的多路光束的光束定向到鍋爐或爐燃燒室中以測量鍋爐燃燒特性或爐燃燒特性例如溫度和各種燃燒物質包括CO、CO₂、O₂和H₂O的濃度，各種燃燒物質包括CO、CO₂、O₂和H₂O。TDLAS監視技術是基于由檢測器在光被傳輸通過關注區域并且被吸收之后所接收到的特定光譜帶中的激光的數目和激光的性質之間的預定關系，該特定光譜帶是由于燃燒而產生的氣體物質的特征。由檢測器接收到的吸收光譜可以用于根據分析以及關聯的燃燒參數例如溫度而確定氣體物質的數目。

該技術需要通過鍋爐或爐的視線。事實上，由于常常期望測量多個鍋爐或爐位置處的燃燒特性，所以通常需要很多視線。典型地，多個波長的激光束從鍋爐或爐的投擲光學器件發射到鍋爐或爐的相對側的抓接光學器件。某些應用需要高達十五個或更多個測量路徑，因此需要十五個或更多個投擲/抓接光學器件對以及三十個或更多個爐穿孔。然而，使用十五對或更多對基本上相同的投擲/抓接光學器件以及需要三十個或更多個對應的爐穿孔承受了高成本，更不必說增大了系統的復雜性。在一些情況下，系統的安裝可能由于排定的鍋爐或爐的關閉的時間表而需要等待數年。

由于光學器件和對應的爐穿孔的成本和復雜性，在期望監視(并且可能還控制)爐內的大量燃燒區的情況下，傳統系統的實用性是有限的。

本發明旨在克服上面討論的一個或更多個問題。

發明內容

公開內容的第一方面是監視燃燒爐的內部的燃燒特性(包括但不限于溫度和各種燃燒物質的濃度)的方法。該方法包括：在爐的壁中設置至少一個穿孔；在爐的內部設置至少兩個回反射表面；投射光束使之通過處于爐的內部之外的包括準直透鏡的光學器件，準直透鏡光學地耦合到至少一個穿孔以將光束朝著至少兩個回反射表面中的第一回反射表面投射到爐的內部；利用光學器件接收來自第一回反射表面的光束；基于所接收到的來自第一回反射表面的光束來測量燃燒特性；將光束通過光學器件轉向到至少兩個回反射表面中的第二回反射表面；利用光學器件接收來自第二回反射表面的光束；以及基于至少所接收到的來自第二回反射表面的光束來測量燃燒特性；如本文所使用的那樣，回反射器被寬泛地定義為這樣的光學裝置：其將入射激光重定向為朝著其源返回而不管入射角如何，只要光束入射在回反射器的孔徑上即可。

根據一些實施方式，光束被傳播/投射從而通過多模光纖并且通過包括準直透鏡的光學器件、從回反射表面中的一個回反射表面反射、由同一準直透鏡接收并且在同一多模光纖中沿相反方向傳播。

在一些實施方式中，至少一個穿孔包括以下穿孔中的一種：圓形穿孔；以及與合并在爐的壁中的由多個金屬膜分隔的多個平行蒸汽管平行地伸長的穿孔。例如，燃煤發電廠的一些鍋爐需要平行蒸汽管。對于無蒸汽管的爐而言，可以利用任何形狀的穿孔(例如三角形、正方形、矩形、橢圓形、其它多邊形等)，只要光束可通過該穿孔被有效地投射和/或接收即可。

根據一些實施方式，至少兩個回反射表面中的每個回反射表面由選自于包括藍寶石和石英的組的材料制成。在一種實施方式中，至少兩個回反射表面中的每個回反射表面是以下中的一種：單個大回反射器；或較小回反射器元件的陣列。在一些實施方式中，至少兩個回反射表面包括以下中的至少一種：角立方回反射光學器件；或貓眼回反射球。在一些實施方式中，第一回反射表面和第二回反射表面是包括分立回反射器的陣列的單個回反射表面的第一部分和第二部分，并且其中，從第一回反射表面到第二回反射表面的轉向是從單個回反射表面的第一部分到單個回反射表面的第二部分的轉向。

如本文所使用的那樣，參照或提及一個或多個回反射器可以意指以下中的任一種：(a)位于可能被期望監視和/或控制燃燒過程的爐中的分立位置處的單個大回反射器(例如，“分立回反射器”)，(b)替代(a)中的單個大回反射器的較小分立回反射元件的陣列(即，“回反射器陣列”或“陣列回反射器”)。