为了控制燃煤电厂烟气中的氮氧化物(NOx)排放量,通常利用选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)装置对烟气进行脱硝处理。实际脱硝过程中的喷氨量、烟气温度和水含量对脱硝效率有着决定性的影响。因此,实时监测烟气中的逃逸氨浓度、烟气温度和水蒸气浓度对于有效提高燃煤电厂的脱硝效率,最大限度实现节能减排有重要意义。本文针对此实际需求,基于激光波长调制光谱(WMS)检测技术,研制了用于燃煤电厂脱硝尾气中多组分多参量同时测量的便携式激光传感器。主要工作内容如下。第一,发展了用于同时测量NH3和H20浓度以及温度的WMS-2f/1f免标定测量方法。利用变调制技术,在综合考虑信号幅度和谱线重叠情况下,对位于目标谱段(6611～6613cm-1)内的NH3和H20吸收谱线分别采用不同的调制幅度,得到最优的WMS信号。改进了WMS信号的仿真算法,并将该算法与Levenberg-Marquardt非线性最小二乘法相结合,利用WMS-2f/1f信号多谱线回归分析得到氨气浓度、水蒸气的温度和浓度等参量。该方法具有反演速度快,无需标定的优点。第二,集成了用于同时测量燃煤电厂脱销尾气的逃逸NH3浓度、温度、H20浓度和压强等参量的便携式激光传感器。传感器由主机和插入烟道的探枪两部分组成。首先,对传感器核心器件--1512nm分布反馈激光器特性进行了测试,得到了其调制参数。然后,将该激光器与激光驱动模块、锁相放大模块、控制模块以及显示屏等模块集成,并编写了数据采集、处理、存储和显示等程序,完成了传感器主机部分设计。最后,基于Herriott气体池结构,对传感器的探枪部分进行了机械设计,包括延长杆、过滤器、气室以及激光发射和接收耦合部分。该探枪具有防尘、抗振、抗高温和气密性好等优点。第三,评价了激光传感器各项性能指标并进行了现场实验。在实验室条件下根据国家标准对研制的激光传感器的性能指标进行评价,结果表明,氨气的检测限可达0.1ppm,响应时间为5秒。将该激光传感器系统在中国神华国能某发电厂进行实地现场实验,得到的氨逃逸结果与在线测量结果吻合,表明本激光传感器能够在恶劣工况下满足燃煤电厂对于脱硝NH3逃逸的检测需求。