1概述
氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的氮氧化物NOx有多种不同形式:N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5,其中NO和NO2是重要的大气污染物。
研究表明,氮氧化物的生成途径有三种:(1)热力型NOx,指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx;(2)燃料型NOx,指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化而生成NOx;(3)型NOx,指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx。在这三种形式中,型NOx所占比例不到5%;在温度低于1300℃时,几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言,NOx主要通过燃料型生成途径而产生。控制NOx排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类,一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOx生成量;二次措施是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除。
2脱硝技术介绍
降低NOx排放主要有两种措施。一是控制燃烧过程中NOx的生成,即低NOx燃烧技术;二是对生成的NOx进行处理,我们可以采用不同的方法将NOx转化成危害性更小的气体物质,减少NOx的排放。通常我们将此过程统称为脱硝。而在脱硝系统前后分别对NOx进行监测,可以让我们了解脱硝系统的效率。由于在脱硝过程中需要注入NH3或是尿素,所以需要对脱硝过程后残留的NH3进行监测,以保证终的排放浓度在排放标准以内。在线监测系统的数据不但可以向相关部门汇报排放量,而且可以直接作为脱硝过程中的过程控制参数。
在大规模燃烧矿物燃料的领域,例如水泥厂,都安装了前燃(pre-combustion)或后燃(postcombustion)NOX控制技术的脱硝装置,后燃NOX控制技术可以是选择性催化还原法(SCR)也可以是选择性非催化还原法(SNCR),但是无论应用哪种方法,基本原理都是一样的,即都是通过往反应器内注入氨与氮氧化物发生反应,产生水和N2。注入的氨可以直接以NH3的形式,也可以先通过尿素分解释放得到NH3再注入的形式,无论何种形式,控制好氨的注入总量和氨在反应区的空间分布便可以化的降低NOX排放。氨注入的过少,就会降低还原转化效率,氨注入的过量,不但不能减少NOX排放,反而因为过量的氨导致NH3逃逸出反应区,逃逸的NH3会与工艺流程中产生的硫酸盐发生反应生成硫酸铵盐,且主要都是重硫酸铵盐。铵盐会在锅炉尾部烟道下游固体部件表面上沉淀,例如沉淀在空气预热器扇面上,会造成严重的设备腐蚀,并因此带来昂贵的维护费用。在反应区注入的氨分布情况与NO和NO2的分布不匹配时也会出现氨逃逸现象,高氨量逃逸的情况伴随着NOX转化效率降低是一种非常糟糕的现象和很严重的问题。
通过以上分析可以得出这样一个结论,我们需要在的氨逃逸率水平下去降低氮氧化物的排放水平。在工业领域,越来越多的在线监测技术能够连续地、精确地、即时地监NH3,NO,NO2,CO,CO2,O2等与矿物燃料燃烧密切相关的气体。
3监测方法
3.1NH3监测方法(半原位半抽取)
由于NH3是一种很活跃的气体,在采样过程中会发生化学反应,而且绝大多数注氨脱硝法都是高温高尘布置,传统的测量方法烟道直接安装测量法(光路贯穿管道)存在光学仪器发射与接受探头易被腐蚀、烟气烟尘影响光强造成测量精度不足、机械振动引起部件松动、测量受温度和压力等过程参数影响、运行维护不便等问题;同时抽取式方法由于伴热管线较长会在抽取过程中NH3发生化学反应,测量也会造成偏差。
根据我们工程经验,同时借鉴国外优秀设备的优点提出了半原位半抽取方法.及高温自动清洗采样探头安装在烟道上,在旁边连接高温预处理系统(安装在600450500机柜内)和激光分析系统测量NH3,抽取距离不会超过1米,保证了NH3稳定性和测量的准确性;再通过伴热带把烟气传输到分析小屋的机柜中,冷凝,过滤,通过常温气体分析仪监测NOx和O2。
激光NH3分析仪是基于光谱学技术如可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)已经在很多燃烧矿物燃料的发电厂或其他工业燃烧领域被用于监测NH3,NO,NO2,CO,CO2,O2等气体浓度监测气体在自然排放的情况时的浓度。典型的应用是脱硝之前监测NOx(NO+NO2)和脱硝之后监测NOx及NH3。原理图:
3.2NOx、O2监测方法(高温抽取式)
系统采用高温采样,高温伴热,急速冷凝,精细过滤,把气流稳定、不含粉尘、水分的NOx样气送到红外气体分析仪中分析。
4NH3监测系统组成
4.1NH3激光分析仪原理
基于可调二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的激光光谱气体分析,包括内置可调谐激光器的分析仪、发射激光光束并穿过被测介质的光学发射端、安装在被测介质另一端接收透射光的接收端。测量的数据被保存在分析控制器内的闪存卡或外部电脑上,外部电脑通过以太网网口或RS232端口与分析控制器连接,数据信息也可以传送到企业的数据库。
分析仪定量分析是以Beer-Lambert定律为基础,Beer-Lambert定律指出了光吸收与光穿过被检测的物质之间的关系,当一束频率为V的光束穿过吸收物质后,在其穿过的光径上的光强变化为:
I(v)=I0(v)exp[-σ(v)CL]
I(v):光束穿过一个光程距离为L的被测气体介质后的透射光强度
I0(v):入射光强度
σ(v):被测气体的吸收横截面
C:被测气体的浓度
L:光程
在分析控制器内部,光纤耦合激光器通过光多路器可以实现气体的多点监测,系统能够做到使用单台分析控制器同时做1~16个不同点的同步监测,另外,在激光器可调谐范围之内,当不同的气体吸收谱线非常接近时,一台分析控制器也可以对多种气体进行同时监测。无电源要求的光学传感单元能非常容易的满足有防爆要求的检测场合(可以配置发射端和接受端都使用光纤传输)。
系统包含了适当的硬件和软件,是无需校正的系统,所以在现场无需使用标气瓶对系统进行校正。为了某些用户仪器管理规程的需要,我们可以提供手持式小巧的考核模块,当需要时,用户可以使用这个考核模块对整个系统(分析控制器和光学传感单元)进行考核,也可以使用自动考核功能对系统进行自动考核,自动考核的结果将被保存并显示在屏幕上。系统考核有两种选择,一是在光路上通入浓度已知的气体进行考核,二是使用我们可选的考核模块进行在线(inline)或离线(offline)考核。LasIRTM系统、实时原地对气体浓度进行监测,检测线性达到动态5级(105,即ppm级到%级),是真正适合于各种不同工业气体监测的气体分析系统。
4.2逃逸NH3分析仪概述
4.2.1概述
由于绝大多数注氨脱硝法设备采用都是高温高尘布置,传统的现场烟道直接安装在线测量方式存在发射与接收探头易被腐蚀、烟气粉尘影响光强造成测量精度不准、机械振动引起部件松动、测量受温度和压力等过程参数影响、运行维护不便等问题,无法满足实际工艺中的逃逸NH3检测应用需求。
上海速跃生产的SY-DLGA系列可调式二极管激光吸收光谱(TDLAS)NH3气体分析仪,是采用世界的激光测量技术与中国环保监测技术相结合,通过具有多年在工业流程领域中积累丰富经验的核心技术人员精心打造丽成。该气体分析仪是由大方科技自主研发制造的高端气体监测设备,主要应用于氨法脱硝领域过程中逃逸NH3的监测分析,为脱硝工艺过程控制提供了有效依据。
该产品采用抽取旁路测量的方式,光学非接触测量,具有测量精度高、抗干扰能力强等诸多优势,可应用于高压及高温场合,通过处理系统控制流量与压力可直接测量高温、强腐蚀性气体。
4.2.2分析仪特点
测量精度高,不受背景气体交叉干扰
采用可调谐二极管激光吸收光谱技术进行气体的测量,以红外可调谐激光器作为光源,发射出特定波长激光束,穿过待测气体,通过探测器接收端将光信号转换成电信号,通过分析因被测气体吸收导致的激光光强衰减,实现自灵敏精确监测待测气体浓度。由于激光谱宽特别窄(小τ于),且只发射待测气体吸收的特定波长,使测量不受测量环境中其它成分的干扰。
高效防腐
抽取式旁路测量的分析方式,采用全程高温伴热,有效地保证了具有腐蚀性样气的温度均高于其酸露点,确保接触部件避免被腐蚀。
可靠性高,经济运行(易于操作和维护)
分析仪内部无任何运动部件,针对工业环境的独特系统设计,极大地增强了可靠性。分析仪人机交互界面友好,温度液晶大屏幕显示,菜单式操作,基本不需要说明书就能掌握仪器的操作。经预处理抽取测量,仪器寿命长;维护方便,运行费用低。
系统无漂移,避免了定期校正需要:
SY-DLGA系列NH3分析仪采用多次反射,和披长调制光谱技术,并且进行动态的补偿,实时锁住气体吸收谱线,不受温度、压力以及环境变化的影响,不存在漂移现象。
安装调试灵活:
采用19"标准机箱,能安装在成套设备中,安装方便,开机便可正常运行无需进行现场光路调试。分析仪远离测量点,使得参数调试更加简单便捷。
长期可靠稳定的数据存储:
支持U盘存储,保证数据的长期可靠存贮,可任意查询各时间开共段的历史数据。
4.2.3技术介绍
采用国际、具有高检测灵敏度的可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),通过调制激光频率使其扫过被测气体吸收谱线,然后采用锁相放大技术测量被气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。半导体激光穿过被测气体的光强衰减基于朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律,即被测组分对特定波长的光具有吸收,且吸收强度与组分浓度成正比,通过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。
国内独家实现多次反射一一光程可达到30米,检测下限更低、具有无可比拟的检测精度
