[发明专利]一种同时测量烟气脱硝中一氧化氮和氨气的装置及方法

说明书

本发明涉及大气污染物监测技术，旨在提供一种同时测量烟气脱硝中一氧化氮和氨气的装置及方法。包括分别通过激光控制器与信号发生器相连的一氧化氮激光器和氨气激光器，其出射光路上各设一个准直器；在光路交汇处设有第一窄带滤光片，用于将两路激光信号耦合后沿一条光路射入测量腔；第一窄带滤光片、测量腔和第二窄带滤光片位于同一光路上，后者用于将射出的激光信号重新分开并投射至两个用于接收激光信号的测量探测器上，两个测量探测器分别通过数据采集单元与计算机相连。本发明能够更准确地掌握烟道内NO与NHsubgt;3/subgt;分布情况，有利于更加精确地控制局部某点的喷氨量。简化了测量光路的布置，使整个装置布局更加紧凑，占用面积更小。

技术领域

本发明涉及大气污染物监测技术，具体涉及一种基于激光吸收光谱的同时测量烟气脱硝中一氧化氮和氨气的装置及方法。

背景技术

随着我国工业水平的提高，大气污染问题越来越引起人们的重视。氮氧化物作为一种主要的大气污染物，绝大部分来自与燃烧过程中产生的一氧化氮(NO)。氮氧化物进入大气会形成酸雨，还与光化学烟雾的形成和臭氧层破坏有关。目前，控制氮氧化物排放是我国治理大气污染的重要措施，烟气脱硝技术作为主要的技术手段得到了广泛的使用。

在我国，干法脱硝是火电厂广泛应用的烟气脱硝技术，这一技术又可以进一步分为选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。SCR技术是把还原剂(氨，尿素)喷入锅炉省煤器下游300℃-400℃的烟道内，在催化剂作用下，将烟气中氮氧化物还原成无害的氮气和水。SNCR技术是利用机械式喷枪将氨基还原剂溶液雾化成液滴喷入炉膛，在950℃-1050℃温度区域(通常为锅炉对流换热区)和没有催化剂的条件下，氨气与氮氧化物进行选择性非催化还原反应，将氮氧化物还原成氮气与水。

不管是选择性催化还原法(SCR)还是选择性非催化还原法(SNCR)，从某种意义上来说，脱硝反应器就是氨反应器。为了保证脱硝效率，通常加入的还原剂是过量的，这就不可避免地将导致氨逃逸的情况。而氨逃逸率控制不好，不仅将使脱硝成本增加，还会导致脱硝效率下降，催化剂失效，空气预热器换热面腐蚀等问题。《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应不大于3ppm。为了达到最小的氨逃逸率和最大的脱除NOx效率，需要精确测量脱硝前后NO浓度和氨逃逸，控制稳定且精确的NH₃/NO投放比例。

目前关于烟气脱硝喷氨控制系统的专利及研究有很多，采用的控制方法也各有利弊。例如公开号为CN105974950A的专利提出了一种包括多个喷淋头和多个氮氧化物浓度检测组件的炉内烟气脱硝喷氨智能系统，能够通过独立地控制多个喷淋头的喷氨量更加精确地控制整个脱硝反应。公开号为CN206483343的专利提出的脱硝喷氨自适应优化控制装置，在喷氨管道与催化剂层之间的烟道侧壁布设了多个吸收光谱式测量装置，并以无线传输方式将激光发射器信号接入计算机。但无论采取何种控制方法，对一氧化氮和氨逃逸量进行快速准确的测量是实施控制手段的前提与基础。

光谱学测量方法具有对预处理的要求比较简单，分析速度快，对气体的选择性好等优点，适用于现场工况比较复杂的测量环境。将激光吸收光谱测量与波长调制法结合，能够降低气体的探测下限，适用于低浓度气体的测量。测量原理为：

可调谐激光吸收光谱技术的基本原理是气体的受激吸收。一束单色激光通过被测气体后，激光强度的衰减遵循Beer-Lambert定律：

其中，I₀和I_t分别为激光入射光强和透射光强，S(T)[cm^-2atm^-1]为气体特征谱线的线强，P[atm]为气体介质的总压，X为气体的体积浓度，Φ(ν)[cm]为线型函数，L[cm]为光程长度。

波长调制技术是一种通过在激光器的扫描信号的基础上加载高频调制信号，在探测端加上锁相放大器滤波解调得到探测信号，以降低噪声的方法，得到的二次谐波信号与特定气体的浓度成正比。