[發明專利]天然氣發動機尾氣甲烷濃度在線實時監測系統

在審

• 申請號: 202011109668.1
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112255194A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 董全;張鈺欽;王迪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種天然氣發動機尾氣甲烷濃度在線實時監測系統，包括激光可調諧系統部分、氣體成分檢測系統部分和數據處理系統部分；所屬激光可調諧系統部分包括計算機、可調諧激光器和激光器驅動；所述氣體成分檢測系統部分包括準直器、排氣系統管路、耐高溫軟管、冷卻管路、閥門和氣體吸收池，所述閥門包括進氣閥門和排氣閥門；所述數據處理系統部分包括探測器、鎖相放大器、示波器、數據采集卡和計算機；本發明在工作過程中，通過對天然氣發動機排氣系統管路中廢氣的采集，實現在線實時監測尾氣中甲烷濃度的變化，整個系統操作簡單、成本低、惡劣環境適應能力強、維護成本低、安全無污染、實時測量、可靠性高等優點。

技術領域

本發明涉及一種甲烷濃度在線實時監測系統，尤其涉及一種天然氣發動機尾氣甲烷濃度在線實時監測系統，屬于氣體燃料發動機領域。

背景技術

由于能源結構調整和日益嚴重的大氣污染，節約能源與環境保護的呼聲越來越高。排放法規的要求日益嚴格，節能減排已然成為內燃機行業發展的重點之一。天然氣發動機由于其良好的熱效率以及低排放的特點受到越來越多的重視。隨著我國天然氣發動機的發展，我國對天然氣發動機的研究也愈發深入，發展天然氣發動機成為必然趨勢。與傳統的發動機相比，天然氣發動機排放的非甲烷碳氫(NMHC)、CO和NO_x都有所降低，但是溫室氣體CH₄排放量顯著上升，CH₄的全球變暖趨勢是CO₂的21倍，在大氣中存留的時間一般是10年，比CO₂短十年。因此，甲烷對大氣的溫室效應比CO₂更嚴重，需要對其嚴格的控制。因此開發操作簡單、惡劣環境適應能力強、可靠性高的天然氣發動機尾氣甲烷濃度實時監測系統具有重要的科學意義和實用價值。

發明內容

本發明的目的是為了解決天然氣發動機尾氣中甲烷濃度的精確測量，對進一步減少尾氣甲烷控制及優化提供了可能，提供了一種在線、實時、精度高、反應迅速、非接觸的天然氣發動機尾氣甲烷濃度在線實時監測系統。

本發明的目的是這樣實現的：

一種天然氣發動機尾氣甲烷濃度在線實時監測系統，包括激光可調諧系統部分、氣體成分檢測系統部分和數據處理系統部分；所屬激光可調諧系統部分包括計算機、可調諧激光器和激光器驅動；所述氣體成分檢測系統部分包括準直器、排氣系統管路、耐高溫軟管、冷卻管路、閥門和氣體吸收池，所述閥門包括進氣閥門和排氣閥門；所述數據處理系統部分包括探測器、鎖相放大器、示波器、數據采集卡和計算機；排氣系統管路中的發動機尾氣通過耐高溫軟管，經過冷卻管路，在通過進氣閥門充入氣體吸收池中，連接好可調諧激光器、激光器驅動、準直器、探測器、數據采集卡、計算機、鎖相放大器后，先對溫度進行粗調諧，控制溫度不變，對電流進行精確的調諧，找到氣體吸收峰值處所對應的波長，使調諧后的波長為該氣體吸收峰值處波長，可調諧激光在經過氣體吸收池吸收能量后，被探測器捕捉信號，再經過鎖相放大器調制解調之后，輸出與所測氣體濃度成一定關系的諧波電壓幅值信號，被數據采集卡記錄，在經過計算機反演電壓幅值信號，在計算機上顯示出所測尾氣甲烷濃度。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明的發動機尾氣甲烷濃度在線實時監測系統，在工作過程中，通過對天然氣發動機排氣系統管路中廢氣的采集，實現在線實時監測尾氣中甲烷濃度的變化，整個系統操作簡單、成本低、惡劣環境適應能力強、維護成本低、安全無污染、實時測量、可靠性高等優點。

附圖說明

圖1為本發明尾氣甲烷濃度在線實時監測系統的激光可調諧系統部分；

圖2為本發明尾氣甲烷濃度在線實時監測系統的氣體成分檢測系統部分；

圖3為本發明尾氣甲烷濃度在線實時監測系統的數據處理系統部分；

圖4為本發明尾氣甲烷濃度在線實時監測系統的總體布置圖；