[发明专利]基于波长调制光谱技术的脱硝氨逃逸率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱硝氨逃逸率在线测量装置及方法，特别涉及基于波长调制光谱技术中四次谐波法在低压环境下的脱硝氨逃逸率在线测量装置及方法。

背景技术

近些年来，环境污染问题愈发引起重视。在《节能减排“十二五”规划》中对电力行业减排提出了明确要求，脱硝成为其重中之重。目前国内电厂普遍采用选择性催化还原技术(SCR)进行脱硝，SCR技术原理为：在催化剂作用下，向烟气中喷入氨，将NO_x还原成N₂和H₂O。注入的氨可以是直接以NH₃的形式，也可以是先通过尿素分解释放再得到NH₃进而注入的形式，其反应机理如下式所示：

4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O

6NO+4NH₃→5N₂+6H₂O   (1)

6NO₂+8NH₃→7N₂+12H₂O

2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O

无论是何种形式，控制好氨的注入总量和氨在反应区的空间分布就可以最大化的提高脱硝效率，降低NO_x的排放。注入的氨过少，就会使还原转化效率变低，但过量的注入氨并不能进一步降低NO_x排放浓度，相反会导致过量的氨气逃逸出反应区。氨逃逸率主要取决于注入氨流量分布的均匀性、NH₃/NO_x摩尔比、温度及催化剂活性等。由于烟气中存在SO₂气体，催化剂在脱硝的同时，还可以使烟气中部分SO₂氧化成SO₃，SO₃会与未反应的氨反应生成硫酸氢铵和硫酸铵，反应机理如下式所示：

NH₃+SO₃+H₂O→NH₄HSO₄   (2)

2NH₃+SO₃+H₂O→(NH₄)₂SO₄

硫酸氢铵具有很大粘性和腐蚀性，如果在低温催化剂上形成，会使催化剂金属支撑架腐蚀，也会造成催化剂部分堵塞，增大催化剂压降或造成催化剂失效，降低脱硝效率，增加氨逃逸；如果在空预器形成，会造成大量灰分在空预器沉降，引起空预器堵塞及阻力上升，严重时将迫使停炉或隔离以清理空预器，也会造成空预器的腐蚀。同时过量氨逃逸到空气中，也会造成新的环境污染和安全隐患。如果能够在反应区下游精确地、迅速的、连续地检测氨逃逸量，就可以瞬间为氨注入系统提供一个反馈，以此优化氨注入系统的运行，并且能够对喷氨量进行最优化控制，一方面减小氨逃逸量，另一方面也减少氨气的浪费。《当前国家鼓励发展的环保产业设备(产品)目录》中指出，烟气脱硝设备的氨逃逸率要求不大于3ppm。

然而国内燃煤电厂高温(约400℃)高粉尘(接近50g/m³)环境给氨逃逸率监测带来诸多难题，另外氨气具有极强的吸附性，而且易溶于水，即便在高温环境下吸附能力依然很强，这便要求无论仪器采用何种测量方式，必须保证处理过程中不能改变氨气含量。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS，Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)技术是目前氨逃逸率在线测量的优选技术，它选择性好，灵敏度高，可实现非接触式测量，并且可以获取区域内平均浓度。目前国内应用较多的氨逃逸率仪表主要包含加拿大优胜光分仪器的LasIR、德国西克的GM700、德国西门子的LDS6、英国仕富梅的servotough Laser、挪威NEO的LaserGasⅡ和杭州聚光科技的LGA-4500等。