氨逃逸分析技术的对比及探讨.docx

氨逃逸分析技术的对比及探讨 随着国内各行业 “超低排放 ”改造的呼声增大， 作为烟气脱硝过程 SCR/SNCR 的关键工艺指 标，氨逃逸检测分析的需求也日益增多。 目前现有氨逃逸分析技术主要基于气体吸收光谱技 术，根据光源波长不同可分为中红外激光、近红外激光、紫外差分 3 种吸收光谱分析技术。 本文主要对比探讨这 3 种技术在现场使用中存在的优缺点。 、 近红外 (NIR) 激光吸收光谱技术： 由于氨分子在近红外波段 (800-2500nm) 的吸收峰线强度很低，如图 1 所示，约只有中红 外波段的 0.01 倍，为 4x10 -21 cm-1/ (molec?cm -2) 。因此该技术通常需要几十次反射形成约 30m 的长光程吸收池来增强氨气对激光的吸收以达到 0.1ppm 的检测精度，如图 2 所示为近 红外激光吸收光谱技术的检测原理，可调谐激光器发射的为波长 1512nm 或 1531nm 的近 红外激光。但是，随之长光程也带来了以下 3 点不可避免的缺点。 100 倍图 1 NH3 100 倍 图 2 近红外激光吸收光谱原理示意图 1）调光难度升级。为防止烟气中的硫酸氢铵（ ABS）冷凝，分析仪中使用的长光程气体吸 收池通常加热至 180~250 ℃高温（高于 ABS 熔点），对光学镜片和机械机构存在一定的热 胀冷缩效应，又在 20~30m 长光程下，会对光路造成一定的热致偏差，现场经常需要矫正 光路，对仪器维护的专业要求较高。 2）可靠性差。长光程吸收池的整体通光率与镜片的单次反射率成幂指数关系： E=R^N ， 其中 E为输出光与输入光功率比， R 为镜片单次反射率， N为激光在池内反射次数；因此 长 光程吸收池的通光性能受镜片反射率变化的影响巨大，在 SCR 出口恶劣的烟气状况下，镜 片反射率下降 10% 即可让长光程吸收池基本无光输出，造成探测器接收不到信号。 例如： 干净的镜片单次反射率可达 97% ，经 30 次反射， 长光程吸收池的通光率为 0.97^30 ≈60% ； 若镜片单次反射率降低到 90% （现场运行一至两周就可能造成如图 3 所示的效果），通光 率则剧降为 0.9^30 ≈4% 。 图 3 采用多次反射长光程吸收池的光学镜片在脱硝工况运行下受腐蚀情况 当然， 输出激光光强急剧下降造成仪器的灵敏度、 探测精度、 以及数据可靠性等都大打折 扣，甚至造成信号直接丢失。在 SCR工况现场， ABS 的沉积非常易附着于镜片表面，易影 响表面反射率。 3 ）维修周期频繁，维修成本高。受镜片反射率的影响，使用现场需不定期的拆卸仪器进行 镜片的清洁或更换，还需要重新对光，不仅要求专业人员操作，且维护非常耗时耗力。 、 紫外差分吸收光谱 （DOAS） 技术： DOAS 主要利用吸收分子在紫外到可见光波段的窄带吸收强度通过朗伯 - 比尔定律来推演 气体的浓度，其特点在于根据被测气体在所选波段上的频率特性，将吸收截面分成两部分， 随波长快速变化的窄带吸收截面和随波长缓慢变化的宽带吸收截面。 将透射光强与原始光强 对比， 得到对比的吸收度， 利用多项式拟合出一条吸收度慢变化曲线， 然后将慢变化曲线从 吸收度中减去， 便可得到差分吸收度的信号， 将差分吸收度与分子的吸收截面进行拟合， 可 计算得到待测气体的浓度值。如图 4，氘灯发射宽光谱光源，经气体吸收后的光被分束器分 成 2 束光路， 斩波器对光路进行调制， 滤光片使 2 束光路分别通过不同的波长， 最后在锁相 放大器中解调获得气体浓度。 图 5 NO 的吸收光谱 （左图 ），SO2 的吸收光谱 （右图 ） DOAS 在实际应用中测量氨逃逸通常需要把烟气中 NH3 转化为 NO，采用间接测量方法， 转化过程通过转化炉完成。样气进入分析仪后分 2 路：一路经过 750 ℃ 的不锈钢转化炉， 所有的 NH3 和氮氧化物都氧化成了 NO，然后进入烟气分析仪测得总含氮浓度 NT。第二路 经过氨去除器后得到不含氨的样气。 其中一路经 325 ℃的转化炉把 NO2 还原成 NO，由分析 仪测得 NOx浓度。另一路不经过任何转化进入分析仪， 测得 NO 浓度。这两路的 NO经过计 算得出 NOTx 的总含量。终可计算得到氨逃逸量： NH3=NT-NOTx 。 如图 5 所示， SO2 和 NO 在紫外 200nm 和 220nm 范围内有明显的吸收峰重叠现象， 而这一范围正是绝大多数 DOAS 仪器的波长扫描范围。因此， SO2 的存在会导致 NO 吸收 5 ）误差小。氨气直接吸收检测，不存在转化率问题；也不存在转化过程中吸收剂和转化炉 效率变化影响测量准确度的问题。 6 ）检测成本低。 全程高温热湿法采样伴热， 无需除尘， 无需其他气体预处理， 无需转化炉， 无需稀释采