专利名称：关于监测和/或控制选择性催化还原过程的系统和设备的制作方法
技术领域：
本申请主要涉及通过物质和/或温度绘图监测选择性催化还原过程性能，以便更 好地监测和/或控制涉及内燃机的排放的方法、系统和设备。更具体地但不作为限制，本申 请涉及适合用激光吸收光谱和相关方法通过物质和温度绘图，来性能监测选择性催化还原 过程的方法、系统和设备。
背景技术：
涉及使用工业和动力锅炉系统、燃气涡轮机和其他内燃机的显著问题是释放到大 气的氮氧化物(或“NOx”)的量。作为突破此难题的一种方法，多年来很多操作人员已用选 择性催化还原(或“SCR”)方法减少NOx排放。因此，应理解，由于涉及减少NOx排放，选择性催化还原方法对保护和提高公共卫 生很重要。一个原因是，在释放进入大气时，NOx通常与其他化合物混合产生烟雾，烟雾当 然是很多城市中空气污染的重要形式。因此，环境保护局(或“EPA”)规定了设备可合法排 入大气的NOx量的限度。为了避免罚款和其他处罚，操作这些设备的公司紧密监测并努力 限制释放到大气的NOx的量。通常，通过使氮氧化物转化成双原子氮(或“N2”)和水(或“H20”)(两者在释放 进入大气时对环境无害而且安全)，可进行选择性催化还原。通过使NOx与还原剂(一般为 氨(或“NH/’))混合，然后与催化剂接触，发生使NOx分成N2和H2O的反应，可引起此化学反 应(即，NOx转化成N2和H2O)。内燃机，例如燃气涡轮机，在稳定条件下操作时，SCR系统一 般显示很有效地减少释放的NOx的量。例如，在一些应用中，NOx排放可减少最高达90%。然而，在瞬时操作条件，例如，发动机启动或负荷摆动条件期间，NOx输出可能形成 峰值，这可导致过量NOx(超出允许限度)释放到大气。另外，为了试图抵销这些增加量，常 规系统通常将氨过量注入(即，注入过量氨)选择性催化还原系统。这一般被称为NH/‘泄 漏”，产生同样困扰的情况不可接受地高水平NH3释放进入大气，这也可招致对内燃机操作 者罚款和其他处罚。常规系统难以在瞬时条件期间控制NOx和NH3排放水平的原因一般涉及与某些系 统元件(特别是用于测定排气中相关化合物浓度水平的测定装置)相关的限制和系统结构 的限制。这些限制很多。首先，气体组成和物质浓度水平一般用加热的样品管线通过耗时 的抽取技术测定。这是一个有很多分钟(在某些情况下数小时)滞后时间的慢过程，并且 通常得到不可靠结果。第二，常规系统一般在测定位置缺乏温度数据。由于NH3K收速率 取决于温度，此数据对精确控制过程是必要的。第三，常规系统缺乏关于相关化合物通过排 气的空间分布的信息。第四，常规系统一般只在SCR下游位置测定气体组成。应认识到，理论上，氨与NOx的具体摩尔匹配非常合乎需要。在此情况时，NOx排 放按预期减少，而没有或几乎没有过量氨释放到大气。实际上，本领域的技术人员应理解并 且出于以上所给原因，已证明此目的难以达到。因此，仍需要涉及监测和/或控制选择性催 化还原过程的改进的方法、系统和装置。

发明内容
因此，本申请描述一种用于监测和/或控制来自内燃机燃烧排气流的氮氧化物和 还原剂的排放水平的系统，其中内燃机包括选择性催化还原装置，该装置置于将燃烧排气 流引导到选择性催化还原装置的上游导管和引导燃烧排气流离开选择性催化还原装置的 下游导管之间的燃烧排气流中，选择性催化还原装置具有催化剂，该催化剂装配成在还原 剂和氧气存在下，使燃烧排气中所含的氮氧化物催化还原成元素氮，其中内燃机还包括将 还原剂注入选择性催化还原装置上游的燃烧排气流的还原剂注射器。所述系统可包括激 光吸收光谱装置，所述光谱装置置于下游导管中，并构造成测定燃烧排气流中至少氮氧化 物和还原剂的浓度水平；和控制装置；其中激光吸收光谱装置构造成对控制装置提供涉及 氮氧化物和还原剂测定浓度水平的及时数据。在本申请的一些实施方案中，及时数据包括含小于0. 1秒滞后时间的数据。在本 申请的一些实施方案中，激光吸收光谱装置包括可调谐二极管激光器，还原剂包括氨。在本 申请的一些实施方案中，激光吸收光谱装置包括第一可调谐二极管激光光谱装置；所述系 统还包括置于上游导管中还原剂注射器上游的第二可调谐二极管激光光谱装置；第二可 调谐激光吸收光谱装置构造成测定燃烧排气流中至少氮氧化物的浓度水平，并为控制装置 提供涉及氮氧化物测定浓度水平的及时数据。在本申请的一些实施方案中，下游导管包括包括第一侧的横截面形状，第一侧跨 下游导管内部与第二侧相对；第一侧和第二侧各自包括一系列孔，这些孔经布置，使得第一 侧上的多个孔与第二侧上的多个孔相对；第一可调谐二极管激光光谱装置包括置于孔中的 多个激光发射器和多个激光接收器，使得激光发射器跨下游导管内部与激光接收器大体相 对；激光发射器构造成在预定波长发射激光，激光通过预定激光光路，并由至少一个激光接 收器接收。在本申请的一些实施方案中，各激光发射器与激光接收器之一配对，并且各对跨 下游导管内部直接相互相对；并且控制装置构造成用于计算涉及氮氧化物和氨测定浓度水 平的空间分布的空间分布数据，空间分布数据反映沿着激光光路测定的氮氧化物和氨浓度 水平的变化。在本申请的一些实施方案中，激光发射器和激光接收器的定位和定向构成产生多 个交叉的激光光路；激光光路包括至少a)从激光发射器跨下游导管内部直接延伸到直接 与其相对的激光接收器的激光光路，和b)从激光发射器跨下游导管内部斜向延伸到不直 接与其相对的激光接收器之一的激光光路；并且激光发射器和激光接收器的定位和定向构 成激光光路交点位置跨下游导管的横截面区域形成近似格栅。在本申请的一些实施方案中，控制装置构造成用于计算涉及氮氧化物和氨浓度水 平的空间分布的空间分布数据，空间分布数据反映a)沿着几个激光光路中每一个测定的 氮氧化物和氨浓度水平之间的变化，和b)在激光光路交点计算的可能的氮氧化物和氨浓 度水平之间的变化，其中可能的氮氧化物和氨浓度水平基于沿着交叉成激光光路交点的各 激光光路的氮氧化物和氨的测定浓度水平。在本申请的一些实施方案中，下游导管的横截面形状还包括第三侧，第三侧跨下 游导管内部与第四侧相对；第三侧和第四侧各自包括一系列孔，这些孔经布置，使得第三侧上的多个孔与第四侧上的多个孔相对；第一可调谐二极管激光光谱装置还包括置于下游导 管的第三侧和第四侧的孔中的多个激光发射器和多个激光接收器，使得激光发射器跨下游 导管内部与激光接收器大体相对；沿着下游导管的第三侧和第四侧布置的激光发射器构造 成在预定波长发射激光，激光通过预定激光光路，并由沿着下游导管的第三侧和第四侧布 置的至少一个激光接收器接收；在第一侧、第二侧、第三侧和第四侧上布置的激光发射器和 激光接收器的定位和定向构成产生多个交叉的激光光路，多个交叉的激光光路包括与从第 三侧延伸到第四侧的激光光路交叉的从第一侧延伸到第二侧的激光光路；控制装置构造成 用于计算涉及氮氧化物和氨浓度水平的空间分布的空间分布数据，空间分布数据反映a) 沿着几个激光光路中每一个测定的氮氧化物和氨浓度水平之间的变化，和b)在激光光路 交点计算的可能的氮氧化物和氨浓度水平之间的变化，其中可能的氮氧化物和氨浓度水 平基于沿着交叉成激光光路交点的各激光光路的氮氧化物和氨的测定浓度水平在本申请的一些实施方案中，预定波长包括至少涉及氮氧化物的吸收波长和涉及 氨的吸收波长。在本申请的一些实施方案中，预定波长包括至少涉及水蒸汽的吸收波长，并且激 光吸收光谱装置构造成基于水蒸汽吸收波长测定燃烧排气流的温度。在本申请的一些实施方案中，控制装置基于氮氧化物和还原剂的测定浓度水平控 制还原剂注射器将还原剂注入燃烧排气流的速率。在本申请的一些实施方案中，还原剂注射器包括以空间控制方式注入还原剂的装 置，并且还原剂的空间控制注射基于涉及氮氧化物和氨测定浓度水平的空间分布的计算空 间分布数据。在本申请的一些实施方案中，以空间控制方式注入还原剂的装置包括以下元 件中至少一个1)伸入燃烧排气流以提供多个还原剂注射位置的多个还原剂注射喷嘴，2) 围绕下游导管周边隔开的多个还原剂注射喷嘴，和3)两者；以空间控制方式注入还原剂的 手段包括在具有较高浓度水平氮氧化物的区域注入较高水平的还原剂，在具有较低浓度水 平氮氧化物的区域注入较低水平的还原剂。通过阅读以下优选实施方案的详细描述，并结合附图和附加权利要求，本申请的 这些和其他特征将变得显而易见。


通过仔细研究以下本发明的示例性实施方案的更详细描述，并结合附图，可更完 全地理解并认识到本发明的这些和其他方面，其中图1为根据常规设计的燃气涡轮机和SCR系统及控制结构的示意图；图2为根据本申请的示例性实施方案的燃气涡轮机和SCR系统及控制结构的示意 图；图3为根据本申请的实施方案可使用的可调谐二极管激光吸收光谱的原理的示 意图；图4为根据本申请的示例性实施方案的激光发射器/接收器结构的示意图；图5为根据本申请的示例性实施方案的激光发射器/接收器结构的示意图；图6为根据本申请的示例性实施方案的激光发射器/接收器结构的示意图；图7为显示涉及氨吸收光谱的试验数据的图8为显示涉及NOx吸收光谱的试验数据的图；和图9为显示涉及水蒸汽吸收光谱的试验数据的图。
具体实施例方式减少和控制氮氧化物发动机排放是对内燃机的重要考虑，特别是大功率发电操作 使用的那些。如所述，NOx排放是烟雾产生的一个因素。严格的NOx排放限度已由州和联 邦政府颁布，并且在将来可能变得更为严格。减少NOx排放的一种已知方法是通过降低燃 烧温度减少NOx生成，例如通过使排气循环进入发动机燃烧室，以稀释燃烧混合物。然而， 即使在控制的最佳条件下，未经处理的发动机排气一般也包含不允许水平的NOx。因此，另 一种方法是在处理装置后经过一次或多次从排气去除(strip)NOx。在本领域已知的处理系统后，在适合的还原剂(例如氨(NH3))存在下，通过选择 性催化还原，可按照以下反应式使NOx转化成元素N2 N0+N02+2NH3 — 2N2+3H204N0+02+4NH3 — 4N2+6H202N02+02+4NH3 — 3N2+6H20应认识到，需要氨与NOx的具体摩尔匹配，以转化所有的NOx(或至少其适合部 分)，同时不使过量的NH3泄漏进入大气。然而，在实际中，对于所给定的常规SCR系统限制， 已证明这难以达到。通过研究常规SCR系统，可更好地理解本发明。参考图1，常规SCR系统100包括 选择性催化还原装置114(或“SCR装置114”)，来自内燃机116的燃烧排气通过此装置引导 和处理(如所示，内燃机室为燃气涡轮机116，燃气涡轮机116包括压缩机118、燃烧器120 和涡轮122，其一般操作在本领域已知)。如所示，燃烧排气从燃气涡轮机116通过上游导 管1 引导到它通过的SCR装置114。在通过SCR装置114后，燃烧排气继续通过下游导管 126，在此通过后，然后可排到大气，引入热回收蒸汽发生器(未显示)或以一些其他方式 使用。常规SCR系统100可还包括用于在通过下游导管126时从燃烧排气抽取气体样 品，并测试样品的NOx和还原剂浓度的常规装置。如所示，可在SCR装置114下游取得还原 剂试验样品130，N0x试验样品132也可在SCR装置114下游取得。然后可将试验样品130， 132引到控制装置136。控制装置136可构造成通过还原剂注射器140控制还原剂注入。还原剂注射器 140可在SCR装置114上游的位置将还原剂注入燃烧排气中。应理解，试验样品的取得、试 验样品的检测和还原剂注入燃烧排气可通过常规装置和系统进行，其控制可由已知的方法 和过程通过控制装置136进行。例如，关于还原剂注入，雾化喷嘴可位于SCR装置114上 游，并可接收来自还原剂源的还原剂调节流，并将雾化的还原剂溶液喷入燃烧排气。SCR装 置114可包括任何常规或市售SCR装置，所述装置包含在其中布置的催化剂，用于在上述还 原剂和A存在下按已知方式使NOx选择性还原成N2。在操作中，常规SCR系统100 —般如下操作。燃烧排气通过上游导管IM从燃气 涡轮机116流到SCR装置114。在流动通过上游导管124时，还原剂注射器140将还原剂 流(例如，氨)注入燃烧排气。在SCR装置114内，在还原剂和O2存在下催化剂使NOx选择性还原成N2。在SCR装置114的下游，取得气体试验样品130，132，并提供到控制装置136， 控制装置136可检测样品的NOx和还原剂浓度。以这些试验结果为基础，控制装置136可 调节还原剂通过还原剂注射器140的流量，以便减少NOx排放和/或减少还原剂泄漏。例 如，如果试验结果指示NOx的排放水平不容许地高，就可增加还原剂通过还原剂注射器140 的流量。这又应降低NOx增量，从而减少NOx排放。另一方面，如果试验结果指示NOx的排 放水平可接受，但还原剂的排放水平不容许地高，就可减小还原剂通过生产性和注射器140 的流量，这又应降低还原剂排放水平。然而，如上所述，常规检测过程包括显著滞后，这与其 他限制一起妨碍系统100控制过程使NOx排放和还原剂泄漏最小或保持在可接受水平的能 力。现在参考图2，图2描绘根据本发明的一个方面的示例性SCR系统200。SCR系统 200与燃气涡轮机100结合显示。应理解，本发明可与其他内燃机一起使用，并且在此环境 下使用燃气涡轮机只为示例性的。如所示，SCR系统200包括SCR装置202;下游可调谐 二极管激光吸收光谱装置204(或“下游TDLAS装置204”)；上游可调谐二极管激光吸收光 谱装置208 (或“上游TDLAS装置208”)；还原剂注射器212 ；和控制装置216。应理解，SCR 系统200的一些元件可与关于图1所述常规设计中的其对应物相同或相似。例如，SCR装 置202可包括在本领域已知的常规SCR装置，所述装置包含催化剂，用于在还原剂(如，氨) 和A存在下选择性还原NOx。在一些实施方案中，SCR装置202内的催化剂可作为在本领 域一般已知的多孔或有沟的块料(monoliths)提供。另外，还原剂注射器212可类似于上 述的还原剂注射器。例如，可用雾化喷嘴将还原剂控制流喷入燃烧排气。实际上，应理解， 本发明考虑通过任何常规输送方法引入还原剂(例如，氨)。即，应理解，所有适合化学还 原剂(包括所有含氨的化学还原剂)和用于将它们供应或注入排气流以便它们与SCR催化 剂相互作用的所有设备均为本发明所完全包含。然而，在某些实施方案中，如以下更详细描 述，还原剂注射器212可采取其他新颖结构。最后，应理解，虽然几个元件描述为SCR系统 200的部分，但一些元件不是本申请的某些要求保护的实施方案所必需。例如，本申请的一 些实施方案可无需包括还原剂注射器212操作、无需还原剂注射器212的功能或控制操作。 即，如以下权利要求中提供的，本申请的各方面包括新的燃烧排气监测能力，这种能力脱离 将这些监测能力与控制或操作还原剂注射所采用的方式结合的系统。如本申请进一步预见的那样，应理解，下游TDLAS装置204和上游TDLAS装置208 可包括结合可调谐二极管激光器的常规吸收光谱技术，其具体作用通过有关图3至8更详 细讨论。然而，应理解，涉及如何在本申请中结合和使用激光吸收光谱技术的某些新结构和 操作方法也在本文中公开，如以下提供。另外，在本申请的某些实施方案中，应理解，TDLAS 装置204，208两者可并非全部存在。例如，在一些实施方案中，下游TDLAS装置204可能存 在，而上游TDLAS装置204在系统中省略。在本文中使用时，控制装置216可包括构成如本文所述操作的常规计算机执行监 视、检测和控制装置。应理解，可研究出以下详细描述的算法、控制程序、逻辑流程图和/或 软件程序，以监测和控制SCR系统200的操作。本领域的技术人员应理解，控制装置216 可包括监测相关操作变量的多个传感器。这些硬件装置、试验设备和其他元件和系统可将 数据和信息发送到控制装置216，并通过已知方法和系统由控制装置216控制和操作。艮口， 根据常规装置和方法，按照一组指令或逻辑流程图(本领域的技术人员应理解，这可部分由软件程序组成)，控制装置216可从系统200的其他元件获取数据，检测样品，处理/监 测数据，与系统的操作者交流，和/或控制系统的不同装置(例如还原剂注射器212和/或 TDLAS装置204，208)的操作。以下更详细讨论控制控制装置216操作的一组指令或逻辑流。根据本申请的实施 方案，这些指令可描述于软件程序中，用计算机化控制装置216执行，一般用于检测、测定、 计算和/或监控来自内燃机100的燃烧排气的性质，和/或优化SCR系统的功能。本领域 的技术人员应理解，这些指令或逻辑可通过控制装置216执行并实施。在一些实施方案中， 控制装置216可包括常规计算机。例如但不作为限制，控制装置216可作为具有用于总系 统水平控制的主或中央处理器区段的单一专用集成电路，和在中央处理器区段控制下进行 不同具体组合、功能和其他过程的单独专用区段执行。本领域的技术人员应理解，控制装置 216也可用多种单独专用或可编程集成或其他电子电路或装置执行，例如硬连线电子或逻 辑电路，包括分立元件电路或可编程逻辑装置，如PLDs、PALs、PLAs等。控制装置216也可 用适当程序化通用计算机执行，例如微处理器或微控制或其他处理器装置，如CPU或MPU， 它们单独或与一个或多个外围数据和信号处理装置结合使用。通常，有限状态机能够在上 面执行指令/逻辑流和本文所述其他功能的任何装置或类似装置均能够作为控制装置216 发挥功能。如所述，下游TDLAS装置204和上游TDLAS装置208可包括结合可调谐二极管激光 器的任何常规吸收光谱技术(在其他实施方案中，可使用其他类型的可调谐和不可调谐激 光器。在本说明书中可调谐二极管激光器用作此类型吸收光谱应用的优选和高功能替代)。 图3为根据本申请的实施方案可使用的可调谐二极管激光吸收光谱的原理的示意图。如所 示，此简化图解一般显示可调谐二极管激光吸收光谱装置300，所述光谱装置300包括可包 括发射器光学器件304的激光发射器302和可包括接收器光学器件308的激光检测器或接 收器306。可调谐二极管激光吸收光谱仪一般产生沿着激光光路310(即，虚线)方向的一 条或多条激光。激光由激光发射器302发射，使得它们通过吸收介质312(即，检测物质浓 度的介质)。在通过吸收介质后，激光由激光接收器306接收。通过使物质浓度水平与吸 收介质312吸收激光相关，此技术得到吸收介质312中物质的浓度或量。一般基于激光的 光学光谱技术有检测和监控气体介质中成分的巨大潜力。这种技术一般提供许多重要的优 点，例如高灵敏度和高选择性与非侵入和遥感能力。在一些实施方案中，激光发射器302可包括可调谐激光器。一般可调谐激光器为 可以控制方式改变其工作波长的激光器。这一特征允许使用的灵活性，并且是为何本文结 合优选的实施方案描述可调谐激光器的原因。本领域的技术人员应理解，可调谐激光器有 很多类型和种类。它们以气态、液态和固态存在。可调谐激光器的类型中有准分子激光器、 C02激光器、染料激光器(液态和固态)、过渡金属固态激光器、半导体二极管激光器和自由 电子激光器。所有这些均是本申请考虑的可能替代，并且可调谐二极管激光器是特别优选 的实施方案。作为TDLAS应用的部分，设计可调谐二极管激光器集中在对气态待测化合物 (即，物质)具有特异性的单一吸收波长。可调谐二极管激光器能够达到低检测限，并且实 质上无干扰。相关领域的技术人员应理解，在直接气相激光吸收光谱中定量测定通常基于 比尔定律，比尔定律陈述，对于恒定光程长度，通过吸收介质的入射光能的强度随浓度按指 数规律减小。
更具体地讲，比尔-朗伯定律描述在激光束通过均勻气体介质时入射和透射光谱 强度之间的关系。当在频率ν的光谱窄辐射通过长度L[cm]的均勻气体介质时，透射强度 It与入射强度Itl的关系为
权利要求
1.一种用于监测和/或控制来自内燃机116燃烧排气流的氮氧化物和还原剂的排放 水平的系统，其中内燃机116包括选择性催化还原装置202，该选择性催化还原装置202置 于将燃烧排气流引导到选择性催化还原装置202的上游导管IM和引导燃烧排气流离开 选择性催化还原装置202的下游导管1 之间的燃烧排气流中，所述选择性催化还原装置 202具有催化剂，该催化剂构造成在还原剂和氧气存在下，使燃烧排气中所含的氮氧化物催 化还原成元素氮，并且其中内燃机116还包括还原剂注射器212，该还原剂注射器212将还 原剂注入选择性催化还原装置202上游的燃烧排气流中，所述系统包括激光吸收光谱装置300，所述光谱装置300置于下游导管126中，并构造成测定燃烧排 气流中至少氮氧化物和还原剂的浓度水平；和控制装置216 ；其中激光吸收光谱装置300构造成向控制装置216提供涉及氮氧化物和还原剂测定浓 度水平的及时数据。
2.权利要求1的系统，其中及时数据包括含小于0.1秒滞后时间的数据。
3.权利要求1的系统，其中激光吸收光谱装置300包括可调谐二极管激光器，且其中所 述还原剂包括氨。
4.权利要求3的系统，其中激光吸收光谱装置300包括第一可调谐二极管激光光谱装置300 ；所述系统还包括置于上游导管1 中还原剂注射器212上游的第二可调谐二极管激光 光谱装置300;并且第二可调谐激光吸收光谱装置300构造成测定燃烧排气流中至少氮氧化物的浓度水 平，并向控制装置216提供涉及氮氧化物测定浓度水平的及时数据。
5.权利要求4的系统，其中下游导管1 包括包括第一侧的横截面形状，第一侧跨下游导管126内部与第二侧相对；第一侧和第二侧各自包括一系列孔，这些孔经布置，使得第一侧上的多个孔与第二侧 上的多个孔相对；第一可调谐二极管激光光谱装置300包括置于孔中的多个激光发射器302和多个激光 接收器306，使得激光发射器302跨下游导管126内部与激光接收器306大体相对；并且激光发射器302构造成在预定波长发射激光，激光通过预定激光光路，并由至少一个 激光接收器306接收。
6.权利要求5的系统，其中各激光发射器302与激光接收器306之一配对，并且各对跨 下游导管126内部直接相互相对；并且其中控制装置216构造成用于计算涉及氮氧化物和氨测定浓度水平的空间分布的空 间分布数据，所述空间分布数据反映沿着激光光路测定的氮氧化物和氨浓度水平的变化。
7.权利要求5的系统，其中激光发射器302和激光接收器306的定位和定向构造成产生多个交叉的激光光路；激光光路包括至少a)从激光发射器跨下游导管126内部直接延伸到直接与其相对的 激光接收器的激光光路，和b)从激光发射器跨下游导管126内部斜向延伸到不直接与其相 对的激光接收器306之一的激光光路；并且激光发射器302和激光接收器306的定位和定向构造成使激光光路交点位置跨下游导 管126的横截面区域形成近似格栅。
8.权利要求7的系统，其中控制装置216构造成用于计算涉及氮氧化物和氨浓度水平 的空间分布的空间分布数据，所述空间分布数据反映a)沿着几个激光光路中每一个测定 的氮氧化物和氨浓度水平之间的变化，和b)在激光光路交点计算的可能的氮氧化物和氨 浓度水平之间的变化，其中可能的氮氧化物和氨浓度水平基于沿着交叉成激光光路交点的 各激光光路的氮氧化物和氨的测定浓度水平。
9.权利要求5的系统，其中下游导管126的横截面形状还包括第三侧，第三侧跨下游导管126内部与第四侧相对；第三侧和第四侧各自包括一系列孔，这些孔经布置，使得第三侧上的多个孔与第四侧 上的多个孔相对；第一可调谐二极管激光光谱装置300还包括置于下游导管1 的第三侧和第四侧的孔 中的多个激光发射器302和多个激光接收器306，使得激光发射器302跨下游导管1 内部 与激光接收器306大体相对；沿着下游导管126的第三侧和第四侧布置的激光发射器302构造成在预定波长发射激 光，激光通过预定激光光路，并由沿着下游导管126的第三侧和第四侧布置的至少一个激 光接收器306接收；在第一侧、第二侧、第三侧和第四侧上布置的激光发射器302和激光接收器306的定位 和定向构造成产生多个交叉的激光光路，所述多个交叉的激光光路包括与从第三侧延伸到 第四侧的激光光路交叉的从第一侧延伸到第二侧的激光光路；控制装置216构造成用于计算涉及氮氧化物和氨浓度水平的空间分布的空间分布数 据，所述空间分布数据反映a)沿着几个激光光路中每一个测定的氮氧化物和氨浓度水平 之间的变化；和b)在激光光路交点计算的可能的氮氧化物和氨浓度水平之间的变化，其中 可能的氮氧化物和氨浓度水平基于沿着交叉成激光光路交点的各激光光路的氮氧化物和 氨的测定浓度水平。
10.权利要求5的系统，其中所述预定波长包括至少涉及氮氧化物的吸收波长和涉及 氨的吸收波长。
11.权利要求10的系统，其中所述预定波长包括至少涉及水蒸汽的吸收波长；并且激光吸收光谱装置300构造成基于水蒸汽吸收波长测定燃烧排气流的温度。
12.权利要求7的系统，其中控制装置216基于氮氧化物和还原剂的测定浓度水平，控 制还原剂注射器将还原剂注入燃烧排气流的速率。
13.权利要求12的系统，其中还原剂注射器212包括以空间控制方式注入还原剂的装置；并且还原剂的空间控制注射基于涉及氮氧化物和氨测定浓度水平的空间分布的计算空间 分布数据。
14.权利要求13的系统，其中所述以空间控制方式注入还原剂的装置包括以下元件中 至少一个1)伸入燃烧排气流以提供多个还原剂注射位置的多个还原剂注射喷嘴，2)围绕下游导管1 周边隔开的多个还原剂注射喷嘴，和3)两者；并且其中以空间控制方式注入还原剂的手段包括在具有较高浓度水平的氮氧化物的区域 注入较高水平的还原剂，和在具有较低浓度水平的氮氧化物的区域注入较低水平的还原 剂。
全文摘要
一种用于监测和/或控制来自燃烧排气流的氮氧化物和还原剂的排放水平的系统，其中内燃机116包括置于上游导管124和下游导管126之间的燃烧排气流中的SCR装置，SCR装置具有催化剂，配置成在还原剂和氧气存在下使燃烧排气中所含的氮氧化物催化还原成元素氮，其中内燃机116还包括还原剂注射器212；所述系统包括激光吸收光谱装置300，所述装置300置于下游导管126中，并构造成测定排气中至少氮氧化物和还原剂的浓度水平；和控制装置216。
文档编号G01N21/31GK102116192SQ201010624678
公开日2011年7月6日 申请日期2010年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者A·班纳吉, C·米特拉, S·M·霍伊特, V·V·巴达米 申请人:通用电气公司