高温脱硝氨逃逸激光在线分析仪应用说明

高温烟气脱硝氨逃逸激光在线分析仪一、总则高温烟气脱硝氨逃逸在线分析仪适用于火电、冶金、化工、建材、垃圾处理等各种锅炉、工业窑炉、焚烧炉等脱硝项目的烟气连续排放监测。本产品中提出了最低限度的技术要求，我方提供满足本方案书和所列标准要求的高质量产品及其相关服务。对国家有关安全、环保等强制性标准，将满足相关要求。我方在设备设计和制造中所涉及的各项规程、规范和标准遵循现行：GB4915-2004水泥工业大气污染物排放标准GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准GB/T16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法HJ/T75-2007固定污染源烟气排放连续监测技术规范HJ/T76-2007固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法HJ/T47-1999烟气采样器技术条件HJ/T48-1999烟尘采样器技术条件HJ/T212-2005污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准SDJ9-87测量仪表装置设计技术规程NEMA-ICS4工业控制设备及系统的端子板NEMA-ICS6工业控制装置及系统的外壳DB-50065交流电气装置的接地设计规范IEC801-5防雷保护设计规范本规范书所使用的标准如与需方所执行的标准有不一致时，将按较高标准执行。3、我公司承诺的设备测量的技术方法为：TDLAS技术，原位安装检测，无需采样。4、本技术说明的最终解释权归合肥金星机电科技发展有限公司所有。二、脱硝过程氨逃逸危害：脱除NOX的控制技术中，不论是选择性催化还原法（SCR）还是选择性非催化还原法（SNCR）在燃煤型发电厂，水泥厂等都得到了越来越多的广泛使用。然而，无论是选择使用SCR法或是SNCR法，掌握好注射到NOX上的氨总量和对于注射分布的控制情况是达到最小的氨逃逸率和最大的除NOX效率的关键所在。过量的氨注射到整个管道或是管道的部分区域都会导致NH3的逃逸。逃逸的NH3将与反应器后部烟道内工艺流程中产生的硫酸发生反应，形成盐类沉淀在锅炉尾部更远区域。这些沉淀物能够腐蚀和污染空气预热器，从而带来昂贵的维护费用。总结具体危害如下：氨逃逸将腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活（即失效）和堵塞，大大缩短催化剂寿命；逃逸的氨气，会与空气中的SO3生成硫酸氨盐（具有腐蚀性和粘结性）使位于脱销下游的空预器蓄热原件堵塞与腐蚀；过量的逃逸氨会被飞灰吸收，导致加气块（灰砖）无法销售；此外，逃逸掉的氨气造成资金的浪费，环境污染；三、脱硝过程氨逃逸监测意义脱硝过程是在水泥厂使用还原剂(液氨、氨水、尿素等）与烟气中NOX产生还原反应，将烟气中的NOX还原为无毒无污染的氮气N2和水H2O。在分解炉内反应温度一般在850℃左右，SCR法脱硝技术是目前国内外最成熟可靠的脱硝技术，脱硝效率高，系统安全稳定，也是水泥行业应用最为广泛的烟气脱硝技术，其氨逃逸率一般小于3PPM。因此当氨逃逸浓度值超出此范围时，可以判断脱硝效率降低或者脱硝喷氨量过大，通过观测连续监测烟道内氨逃逸量及时反馈控制注入氨水量，减小逃逸氨对设备的腐蚀及对环境的污染，进一步有效控制成本，因此我们通过对排气烟囱中实时监测逃逸氨气的值来观察脱硝过程的效率并及时反馈及控制注入氨量具有重要意义。四、氨逃逸激光在线分析仪技术原理我公司氨逃逸激光气体分析仪是一款基于可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)气体分析系统，主要基于可调谐半导体激光吸收光谱技术，采用近红外可调式激光器（TDL）作为光源的光谱吸收气体检测系统。其特定气体只吸收特定波长的光谱，依据Beer-Lambert定律，一束单色光照射吸收介质表面，在通过一定厚度的介质后，由于介质吸收了一部分光能，透射光的强度就要减弱。吸收介质的浓度愈大，介质的厚度愈大，则光强度的减弱愈显著，即吸收的强度与气体浓度成正比，通过气体吸收强度的检测，计算出特定气体的浓度，激光器发出初始光强为0I，频率为的单色激光，通过吸收介质后接收的激光强度I为：)),()(exp(00PcLTTSII(1)0：气体吸收线的中心频率S：吸收线强T：温度：吸收线型函数c：气体分子数浓度P：压力L：吸收光程氨气近红外分子吸收满足1),()(0PcLTTS条件，使用吸光度A表示气体对光的吸收，则有：PcLTTSIIA),()()ln(00(2)提取气体有效吸收光谱获得吸光度，得到气体浓度c为：PLTTSAc),()(0结合先进的光机设计、微弱信号检测技术、计算机软硬件技术实现。利用了半导体激光器的窄线宽和波长可调谐特性，扫描目标气体分子的单根吸收谱线，从而实现气体浓度的高灵敏在线检测；实现了气体红外激光吸收光谱的自动测量、浓度定量分析、监测结果显示及数据储存等功能。已经在多个水泥厂，发电厂用于氨逃逸在线监测，获得了长期的，精确的NH3逃逸水平数据。通过TDLAS激光气体分析仪实时在线监测逃逸的NH3从而优化了加入到反应器内的氨量。在目前的水泥厂，这些数据已经用来作为监控和评估NOX排放控制系统效能水平的依据。提高我国工业废气激光在线监测的水平，为控制有毒有害气体排放和减少污染事故的发生提供技术保障。五、技术优势1、单线光谱检测技术：避免背景气体的交叉干扰。TDLAS技术是一种高分辨率、高选择性的吸收光谱技术。与传统红外光谱技术不同，其采用的TDL光源的光谱宽度远小于特定气体吸收谱线的宽度，避免了背景气体间的交叉干扰。图2测量光谱图2、不受粉尘与视窗污染干扰：TDLAS激光气体分析仪采用气体直接吸收绝对测量的方式。依据Beer-Lambert定律：vln(v)(v)(v)PLoIINs浓度（）vI（）——透射光强(v)oI——入射光强因为激光传输光路中的粉尘或视窗污染造成的入射光与透射光的光强减弱是等比例的，因此通过我们的除法运算以及光谱扫描技术完全消除了粉尘和视窗污染的影响。此外分析仪采用了自动增益控制（AGC）技术，可对粉尘进行动态补偿，使分析仪可适用于气体组分剧烈变化的场合。无论是粉尘含量变化还是气体组分变化，或是探头对准度发生一定偏差的情况下，AGC技术都可以自动根据接收的信号强度控制增益，使得中央处理单元接收到的信号经光缆传输后不至失真，为吸收信号拟合反演浓度提供足够强度的信号。3、在线测量技术：本产品不需要采样直接测量氨浓度，没有样气取样及传输带来的影响，也不存在转换器的转换效率问题。采用激光分析原位测量微量氨是线测量，更具有代表性。抽取法在样气取样及传输过程存在水分对微量氨的吸收等影响因素，使得抽取分析法测量微量氨很困难，准确度也难于保证，且也有时间延迟对处理结果的影响。4、光纤分布：TDLAS激光气体分析仪可实现分析仪主机及处理单元和现场光学传感器系统分离布置安装。分析仪主机及处理单元通过光缆和同轴电缆与现场光学传感系统连接，分离距离可达1公里，使用户远离现场危险场所。5、检测范围极宽：TDLAS激光气体分析仪可以在ppb-%范围内进行气体检测，其他气体检测系统无法与之比拟，它真正适合于工业流程气体的监测。6、现场免维护：氨逃逸激光在线监测仪使用户远离危险场所，由于监测仪是放置在控制室内，现场只有光学发射端已经接收端，监测仪的任何维护以及查看都在控制是内完成，而现场的光学单元在安装完成后基本不用再去维护，现场对光学探头只需采用仪表气连续吹扫，装置采用三级过滤，并带自动排污功能，能够保证吹入光学探头的为洁净空气，且基本上无需人工维护。这对于危险的化工厂，高烟囱等场所尤其重要。7、自动校准技术：无需校准，氨逃逸监测系统内置特定气体校准池，通过对校准池的实时监测，锁住气体吸收谱线，使系统处于实时校正状态，不受温度、电源以及系统部件老化影响，不存在漂移问题。前期安装调试完毕后，用户无需对系统进行定期校准，是真正的免维护系统。六、系统组成及主要参数1、系统组成系统主要由系统分析主机、在线分析系统软件、光学探头、预埋件、空气净化处理装置、传输光缆和信号线缆等几部分组成，如图3图3氨逃逸测量原理图由于NH3逃逸监测的光学法兰安装点都在除尘器后，气体的粉尘和水汽含量较低，所以我们推荐使用对射式的光学系统。系统红外半导体激光束通过光纤传输发射探头，经扩束后出射，经过检测区域到达接收探头，由光电探测器将光信号转换为电信号，并由屏蔽信号电缆传输到系统主机，主机对光电信号进行采集，通过高频扫描激光器输出波长可以获得氨气分子一条完整的吸收光谱，由系统专用软件对采集到的光谱信号进行分析处理，可以快速反演出检测区实时氨气浓度，浓度数据由通讯模块传输到上位机，用于脱硝过程的优化控制。2、主要技术参数测量范围：0~20ppm；监测光程：1~12米检测限：典型安装环境可达0.1ppm（大于10m光程）；安装方式：对射型、悬臂型；校准方式：内置参比池的动态调整系统，无定期校正要求；激光级别：class1,对眼睛无害线性偏差：≤1％测量值精度：≤2％测量值零点漂移：≤1％量程漂移：≤1％FS响应时间：≤1秒；监测方式：连续自动测量；环境温度：-10℃~+50℃；电源：AC220V±10%V，50Hz±1Hz操作系统：Linux七、氨逃逸监测反馈控制说明实际在应用过程中，NOx如果持续上升，通过增大喷氨量的同时氨逃逸量持续增大，可能出现以下几种情况，仅供参考：1.脱硝设备流量数据问题；2.脱硝设备喷氨探头雾化效果不佳；3.分解炉温度过高或过低；通过对水泥行业的数据统计，一般来说调整过氨水流量1-2分钟左右氨逃逸逐渐出现反应，因此可初步得出氨逃逸数值基本可以反应2分钟左右前的分解炉内的NH3与NOx反应情况，氨逃逸值可作为一个重要指导数据参与到整个脱硝系统的控制。技术答疑：1.针对氨水值瞬时值为零，氨逃逸检测值不为零情况；a.烟气内分布非常不稳定，且氨气具有很高的吸附性和水溶性，以及高化学活性，因此从喷氨水开始直至烟囱尾气排放，氨水经过的路径较长工艺复杂，所以即使停止注入氨水，长时间尾排烟囱内还会存有微量的氨分子。b.是所有的仪器自身具有线性误差，我公司的氨逃逸激光在线监测仪经第三方计量单位计量认证得出的线性误差为≤1%测量范围。2.氨水量瞬时值的改变与氨逃逸值之间关联问题；我们知道脱硝是用注入的氨水来和烟气里的NOX反应，转化成N2和H2O，降低污染物因子NOX的排放，在生产过程中通过减少注氨量及减小逃逸氨对设备的腐蚀及对环境的污染，进一步有效控制成本，因此我们通过对排气烟囱中实时监测逃逸氨气的值来观察脱硝过程的效率并能及时反馈及控制注入氨量。因为我们氨逃逸激光在线检测仪现在的监测环境是一个开放式，高流速的烟囱，而非一个封闭的环境，再加上烟囱中的烟气分布不均匀，工艺过程复杂，因此对氨气的测量属于瞬时连续测量，故可能无法直接获得与氨水注入量构成瞬间明显的关联性。对此，我们可以根据烟气中的NOX排放量结合氨逃逸量的相关性来判断，如下图1，2所示，图1水泥厂烟道废气中测量的氨逃逸和NOX浓度曲线图2逃逸的NH3与NOX浓度值的线性相关性就图1中所示，在注入氨水的过程中，NOX明显发生降低，此刻监测的逃逸氨量明显成上升趋势，当NOX的值达到需求浓度时，可以根据逃逸氨量的趋势来实时调节注入氨水量，因此监测的烟道氨逃逸浓度值趋势给注入氨水量提供了一个参考依据。3.现场氨逃逸量的范围问题；根据我司长期对水泥厂脱硝过程氨逃逸检测的经验，脱硝过程烟道内的氨逃逸量正常值为1~3ppm左右，根据不同的窑炉工况、收尘工艺等对脱硝效率的影响，监测的氨逃逸值会有所变化，此范围仅提供一个参考。