工业安全与环保 ２０１５年第４１卷第ｌＯ期 ・９２・ Ｉｎｄｕｍｌａｌ Ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｌ 瑚ｍ朗ｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１５ 脱硝工艺中氨逃逸在线监测技术研究 李潘 汪冰冰刘桢 陈聪 （中钢集团武汉安全环保研究院有限公司武汉４３００Ｓ１） 摘要脱硝工艺中，选择性催化还原技术（ｓｃＲ）已成功应用于工业实际，该项技术中，掌握好注入到 Ｎｏｌ的氨总量是达到最小的氨逃逸和最大ＮｏＩ脱除效率的关键。ＳＣＲ出口的烟气高温、高湿、高粉尘及高腐 蚀，使氨逃逸量检测难度增大。传统检测方式在取样及传输过程中存在水分对微量氨的吸收等影响，使得传 统测量方式比较困难。文中设计的激光气体分析仪采用光谱吸收式激光传感技术检测氨，无需采样，无样气 取样及传输影响，是烟气脱硝中测量微量氨最为方便、准确的方法。 关键词ＳＣＲ氨逃逸检测激光传感技术 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ０ｎ Ｏｎ—ｌｉｎｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｔｅ￣ｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ａｍｍｏｎｉａ Ｅｓｃａｐｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ＬＩ Ｐａｎ ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇｂｉｎｇ ＵＵ Ｚｈｅｎ ＣＨＥＮ Ｃｏｎｇ （ ｌｎ删Ｗｕ／ｍｎ ＆Ｅｎｄｍｎｍｅｎｔａ／Ｐｒｏｔｍ￣Ｒｅｓｍ￣ 妇啦Ｃｏ．， ．ＩＶｕｈａｎ ４３００８１） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎ ｐｍｃｅ￣，ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍａｌｙｔｉｃ弛由ｌａ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍｃｃｅｓｄｕＵｙ ａｌ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｉｎ Ⅱｌｉ暑ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｔ’Ｂ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆｏｒ ｍｊｎｉ唧蚰肌蚰０ｎｉａ ｅｓｃａｐｅ ａｎｄ ｍａ￣ｍｍ Ｎ０Ｉ ｒｅｍｏｖａｌ ｄｆｉｃｉｅｎｃｙ ｔｏ ｃｏｎｕｏｌ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ａｍｏｕｎｔ ａｍｍｒｄａ ｉｎｊｅｃｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ Ｎ０Ｉ．Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｔ￣，ｈｉｇｈ ｈｍｉｄｉｔｙ。 ｄｕｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｏｎＴ￣ｏｒｌ ｏｆ ｇａｓ ｆｒｏｍ ｓｃＲ ｅｘｉｔ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ １１１０１＂０ ｄｌｔ￣ｃｕｌｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ｔｈｅｒｅ ｅｍｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｔｈａｔ ｗａｔｅｚ ａｂｓｏｒｂｓ ｔｈｅ ｔｒａｃｅ ｏｆａｍ－ ｍｏｎｉａｉｎｔｈｅ明ｍ ｉｌｌｇ ａｎｄｔｒａｎｓｗｌｇ￣＿ｏｎ ｐｌｏｃｅ鹞ａｎｄ ８０ｔｈｅｔｒａｄｉｉｔｏｎａｌ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｎｏｔ ｐｃ ．Ｌａｓｅｒｇａｓ ａｎａｌｙ￣ｄｅ－ ｖｅｌ叩ｅｄ ｂｙ叫ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ￣ｉｔｕｔｅ ａｄｏｐｔＢ ｔｈｅ ｔｅｌ Ⅺｌ０目ｒ ０ｆＴＤＬＡＳ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ａｍｍｏｎｉａ。ｗｉｔｈｏｕｔ ｓａｍｐｌｉｎｇ，∞ｉｎｉｌｕｅｎｃｅｓ ｄ 明加 ｉｌｌｇ ａｎｄ臼Ｉｍ蜘血画０ｌＩ ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄｔｒａｃｅ ａｍｍｏｎｉａ ｄｅｔｅｃ￣Ｏｌ１． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ＳＣＲ ａｎａｎｏｎｉａ ｅｓｃａｐｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ＴＤＬＡＳ ０引育 ． （ＳＣＲ）工艺。ＳＣＲ技术反应机理为：在催化剂作用 我国ＮｏＩ（氮氧化物）的排放量约有近７０％来自 下，还原剂（ＮＩ－Ｉ３，尿素）选择性地与Ｎｏｌ反应生成Ｎ２ 于煤炭的直接燃烧，而火电厂燃煤量占全国煤炭消 和 Ｏ，而不是被０２所氧化，故称为“选择性”。主 耗总量５０％左右。这个比例今后还将不断增加，其 要的反应式为： 燃煤产生的Ｎ０Ｉ也将持续增长，按照目前的排放控 ４ＮＨ３ ４－４ＮＯ＋０２—ｑＮ２＋６Ｈ２０ 制水平，ＮｏＩ排放量逐年上升，所引发的污染问题也 ４ＮＨ３＋２ＮＯ２＋Ｏ２￣７Ｎ２＋６Ｈ２０ 日趋突出，由此引起一系列的环境和社会问题。为 保证国家经济和社会可持续发展，我国对ＮｏＩ的控 然而，掌握好注入到ＮＯ 上的氨总量和对于注 制要求在逐步提高。根据“新排放标准”要求，２０１４ 入分布的控制是达到最小的氨逃逸和最大的ＮｏＩ 年后所有燃煤机组ＮＯ 排放浓度每标准立方米要 脱除效率的关键所在。注入的氨过少，会使还原转 达到１００ ｍｇ以下，几乎所有燃煤机组都需要安装选 换效率低下，过量的氨注人会导致氨的逃逸，逃逸的 择性催化还原（ＳＣＲ）烟气脱硝装置，才有可能达到 氨将与反应器后部烟道内工艺流程中产生的硫酸盐 此要求。 发生反应。形成盐类沉淀在锅炉尾部更远的区域。 目前国内火电厂多数未采取氮氧化物的减排措 这些沉淀物能够腐蚀和污染空气预热器，从而带来 施。因此。实施新标准在大幅削减污染物排放的同 昂贵的维护费用等问题。因此，要做到在最小的氨 时，还将带动相关的环保技术和产业市场的发展。 逃逸率情况下去降低氮氧化物的排放，连续的、精确 解决氮氧化物的排放问题，国家推广的是烟气脱硝 地、即时的在线氨检测技术就尤为重要。 技术，普遍采用的是比较成熟的选择性催化还原 １ ＮＨｓ检测 ・９３・ ＮＨ３的测量是紧跟着ＳＣＢ过程后采样进行的， 采样测试点的现场环境十分恶劣，检测过程有以下 技术选定响应发射频率范围的激光二极管，将其设 置在适宜的温度值下以确定激光中心频率，通过注 人低频率的锯齿波电流使激光器的频率调制范围为 待测气体的整条吸收谱线，一般为０．２—０．３ ｎｍ 从 困难：①温度高：２５０—４０Ｏ ｏＣ；②潮湿：水分饱和；③ 高含尘量：２０—２５ ｇ／Ｎｍ３；④浓度低：０～１０ ｐｐｍ；⑤烟 气分布非常不稳定，如何确保给分析仪有足够代表 而获得“单线吸收光谱”数据，避免了其他背景气体 性的采样；⑥ＮＨ３的高化学活性，造成低量程分析异 组分的交叉吸收干扰，保证测量的准确性。 常困难；⑦ＮＨ３与Ｈ２０的吸收谱十分靠近。 一被测气体 口其他气体 传统的抽取法分析系统测量氨，通常要求先将 传统光源光谱宽度 ＮＨ３转化为ＮＯ，采用化学荧光分析法检测微量ＮＯ， 再转换成氨的测量值。由于ＳＣＲ出口的烟气高温、 高湿、高粉尘及高腐蚀，容易造成取样探头堵塞或系 统受腐蚀，又由于ＮＨ３的高化学活性，在取样及传 输过程中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。同时分析系统的 标定和维护费用昂贵。 传统方法测量ＮＨ３的不确定性和高额的维护 频率 费用提出寻找可靠测量技术的要求。如果管道粉尘 图ｌ采用ＴＤＬＡＳ技术的单线吸收谱线 烟气对光透过率影响不大，则可采用激光原位气体 由于系统大部分背景噪声，尤其是１／ｆ噪声具 分析仪检测微量氨，无需采样，可直接测量氨浓度， 有低频段强度大、随着频率的升高会逐渐降低的特 没有样气取样及传输带来的影响。如果管道内粉尘 点，因此，ＴＤＬＡＳ通过对二极管电流进行波长调制或 油污太大，光透过率很低时，可设计简单的预处理系 频率调制，实现在高频条件下检测信号，有效地抑制 统，过滤、除尘、伴热后进入气室进行测量，无需考虑 背景噪声，使检测灵敏度得到极大提高。 化学转化效率影响。因此，采用激光法测量微量氨 ３系统设计方案 比直接抽取法测量微量氨有很大的优势。 本系统的技术方案是：给分布反馈式激光器某 ２－Ｉ１）ＬＡＳ理论基础 一合适工作温度和低频锯齿波驱动电流使其输出波 可调谐二极管激光吸收光谱技术又称为可调谐 长在待测气体的某个吸收峰波长附近（仅能被待测 半导体激光吸收光谱技术，英文名称为．ＩＤＩ （．Ｉ、ｌｎ． 气体吸收），形成窄带光源。同时加人高频正弦信号 ａｂｌｅ Ｄｉｏｄｅ ＬａｓｅｒＡｂｓｏ￣ｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）ｏ 对波长进行调制，调制后的光源通过待测气体，由于 ＴＤＬＡＳ是一种高分辨率吸收光谱技术。它与传 气体的吸收作用，部分光能被吸收，其强度减弱，输 统红外光谱技术不同的是，ＴＤＬＡＳ采用的光源是可 出光包含有调制频率的二次谐波信号，而且信号幅 调谐二极管激光器。传统红外光源由于线宽很大。 度正比于气体的浓度，波长调制转换为强度调制。 得到的吸收光谱通常同时包含被测气体吸收谱线和 然后用锁相放大技术提取出探测器接收到的含有气 很多背景气体的吸收谱线，存在气体交叉干扰。可 体浓度信号的二次谐波信号，最后通过比尔一朗伯 调谐二极管激光的线宽远小于传统红外光源的线 特定律间接地计算出待测气体浓度，反映到显示界 宽，单模特性优秀，发射激光波长在小范围具有可调 面和上位机，实现气体浓度的高灵敏度测量。 谐性，激光的发射波长随二极管温度和驱动电流的 系统的硬件设计思路如图２所示。系统主控单 变化而改变。如图１所示，传统光源光谱宽度中除 位由飞思卡尔公司的ｌ６位单片机ＭＣ９Ｓ１２ＤＧ１２８和 了包含待测气体的吸收谱线外，还包含了其他气体 ８位单片机ＭＣ９Ｓ０８ＡＷ６０组成，主单片机完成系统 （背景气体）的吸收谱线；而可调谐二极管激光器自 的激光发射单元和系统控制部分，辅单片机完成人 身谱线宽度如图中心所显示约为０．００１砌。ＴＤＬＡＳ 机交互操作功能的实现。 ・９４・ 图２系统硬件设计方案 将一定频率的三角波正弦波和直流偏置叠加驱 设计的氨分析系统现场测试数据能够满足电厂工艺 动光源，光源发出一定波段范围的光通过光纤传输 要求。其具有可靠性高，维护方便，测量不受背景气 经气体吸收后，光电探测器把经气体吸收后的光信 体的交叉干扰，测量准确性高，可以实施连续性测 号转换为电信号。电信号经过放大、滤波、锁相处理 量。响应速度快．不受粉尘与视窗污染的影响，恶劣 得到反映浓度的二次谐波信号。然后经单片机采集工业环境下适应能力强等优点，其所具备的自动分 计算并进行数据处理，最后通过４—２０ ｍＡ电流媒介 析控制功能能够保证系统稳定运行，延长了维护周 传输至上位机进行监控。 期。 ４实际应用总结 作者简介李潘，助理工程师，主要研兜方向：激光检潮技 整个脱硝工艺的效率和氨逃逸密切相关，文中 术。 ’ （收稿日期：２０ｌ４—０９—０Ｓ） （上接第２９页） 率呈增大趋势，且增大趋势逐渐变缓。 有良好的稳定性，重复７次试验，活性没有下降，且 （４）甲基橙的光倦化降解受初始 值影响，在 质量没有损失，具有较好的应用前景。 偏酸性和碱性条件下反应较快，弱碱性条件下反应 作者筒介苗娟，女．讲师。河南济ｊ曛人，研究方向为污染控 较慢。 ．４化学与技术。 （５）本研究制备的负载型 ／Ｈ＾Ｐ光催化剂具 （‘Ｉｊ【藕日期：２０１４—０９一Ｏ５）
