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                脱硝系统氨逃逸测试方法〇浅析

                作者:王猛 禾志强  来源:《能源与节能對同樣是惡魔一族》 
                评论: 更新日期:2020年09月20日

                摘要:目前脱硝系统氨逃逸测试№方法主要可以分为在◣线仪器分析法和离线手¤工采样︻分析法。主要论述了在◣线仪器分析法中的可ω调谐激↑光吸收光谱技术和稀释取样法,及离线手工采样分析⊙法中的靛酚蓝分光■光度法、纳氏试剂分光光≡度法、离子选择电极法和整個寶庫离子色谱法,并对其测量原理、优缺点及五百人改进方法进行了阐述。此外,还简要介绍了飞灰中含氨量的测量。

                引言

                现阶段中国的能源结构中燃煤消耗虽然逐年减⌒少,但其仍然是主体,在各种能源消费形卐式中,电力及热力生产△是最主要的能源消费」渠道之一。煤炭燃料在不同頓時笑了场合的使用中都会产生NOx的污染。近年来,随着环保要求的※提高,脱硝设备已成为各发电厂重要的环保设备。目前最成熟可靠且应用广泛的脱硝技术是选择性催化还原法(SCR),其基本原理为NH3与NOx在催化剂作用下发生氧化还原反应,生成N2和H2O。喷●氨量很关键,喷氨过少,会降低脱硝效率,NOx的排放无法∑ 达标;喷氨过多,虽然可以提高脱︾硝效率,但过量的NH3会增加成本,而且●会导致NH3逃逸。NH3逃逸已而且實力也絕對比這七級仙帝只強不弱严重影响到脱硝经济性和设备的使用寿命,SCR脱硝装置出口浩浩湯湯的NH3逃逸量应控制在2.28mg/m3以下,如此可延长催化剂的更换周期和空预器的⊙检修周期。因此,快速、准『确地测试NH3逃逸量至关重要,可@以确定最优的喷氨量。

                对NH3逃逸量的准确测量比△较困难。目前,国内外对NH3逃逸的监测方法主要有在线仪器分析法和离线手攻擊竟然也融合進去了工采样分析法。在线仪器分析法是指烟气排放连续监测系统(CEMS),其作用是对污染源排放的颗粒物和气态污染物的质量浓度和排放总量连续监测并实时传输到∮主管部门。目前文献中大多将在线仪器分析法分为3类:激光原位测♀量法、抽取法和稀释取样法。事实上激光原位测ζ 量法和抽取法的测︼量原理是相同的(基于可调結界谐激光吸收光谱技术),只是抽取法需要对原烟气ξ 进行预处理,所以从测量原理的也不是全為了冷光角度,本文将在线仪器分析法分为可调谐激光吸收光谱技先去王府术和稀释取样法两类。离线手工采样分析法主要有靛酚蓝分暴動光光度法、纳氏试剂分♀光光度法、离子选择电极法和离子色谱法。本文对各种测量方法的原理、优缺点及改进方法进◥行了综述。

                1在线仪器分析法

                1.1可调谐激光吸收光谱技术

                可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术,属于光谱学方法,其将可调谐半导体激光器作为光源,照射待测气体获得吸收光谱。TDLAS技术是最先进的物质含量测量技术之一,具有较精←确的测量精度,该技术与其≡他检测技术的不同之处在于其使用可调谐半导体激光器作为光源。TDLAS技术主要具有几下几个特点∴:

                a)高选择性、高分辨率的光谱神秘首領緩緩轉過身技术;

                b)具有很好的适用性和安装性;

                c)速度快,灵敏度高。

                1.1.1测量原理

                气体分子具有↘特定的振动和转动频率,当光谱的频率与气体分子本身的特定频率一致时,气体修煉了九種力量分子会吸收光谱的辐射能。可见,每种分子吸收光谱具有选择性,其只能吸收某个或某几个频率范围内的光谱,可根据光谱线的强度得【到气体体积分数。气体吸收激光后,其强度变化遵循Beer-Lambert定律(比尔-朗伯特定律》》),强度为:

                1.png

                1.1.2测量方法

                该技术的测量方法√分为两种,直接吸收测量法和调制光谱测量法。直接吸收测量法是采用→光电二极管等设备测量入射和出射光强,通过传感器测量气室样品温度、压强厚土蠅臉上沒有絲毫慌張和吸收光程,然后根据Beer-Lambert定律即可计算出NH3质量浓度。但在实测中,NH3逃逸量很低№,得到的吸收信号十分微弱,难以区分于噪⌒ 声信号,而且在测量中但你道塵子很难精确确定基线的位置,基线位置造↑成的误差对质量浓度反算结果有很大影响▃,如狂風此很难将直接吸收测量法用于NH3逃逸这样的低质量浓度测量中。

                在直接吸收测量技术基础一百條巨龍直接朝對方上发展出的波长调制光谱(WMS)测量技术可有效消除低频噪声对检测灵☆敏度的影响。直接吸收测量技术通常产生并扫描低频锯齿波〖,而WMS测量技术在低频锯齿波╱的基础上叠加高频▼正弦信号,频率可高达几大手一揮万赫兹,这样调制『光在通过被测气体时,不仅扫描覆盖整个吸收峰,而且在中心频率附近会产生类似于震荡的调制波形。光谱经气体吸收后由光电探测器检测并转◆换后,送入硬件设备锁♂相放大器中,锁相放大器对参考信号和被测信号进行运算分析〗,只对测量信号的同频或倍频分量有十大軍團响应,因此,可以大大降低噪声对测量的干∑ 扰。

                1.1.3激光原位测量法

                基于TDLAS技术的测量方式主要有激光原位法和抽取法。激光原位法将发射和接蟒頭大吼一聲收探头安装在SCR脱如果說你們背后沒人控制硝装置出口烟道的一侧(对角安装)或两侧,激光经发射单元进入烟道,接收探头利用光电检测器接收激光信号,将其转换为电信ω 号,并输出到中央处∏理器进行处理。激光穿过⊙烟气时,NH3吸收特『定波长的激光,形成吸收光谱】,通过分析山峰是多么吸收光谱便可得到NH3质量浓度。采用激光原位测量法直接在烟▼道进行测量,没有采样一劍劃過过程,也没有传输引起的误差,而且不存在转换器的转换效率问题。但由于激光探头直接安装在烟道上,接收探头的位置会因温度波动或烟道振动而发生变化,导致测量不稳〓定,测量精度受激光强度◎的衰减影响严重。此外,脱硝出◣口为高尘环境,受限于光ㄨ源功率、光学器︽件等光学特性,烟尘对激光具有消光作用,部分烟尘也会聚集在探头上伴隨著冰冷,需定期对探头进看著行清扫,否则会影响测量精度,而且烟尘也会对探头造成磨损。为此,可以采用旁】路烟道测量。

                1.1.4抽取法

                就分析原理而言,抽取法与激光原位法相同,区别在于后者增加了预处理〓过程,将设备分为采样部∩分和分析部分,在采样过程中,烟气中的◣大量粉尘会经高温探头过滤掉,然后再送入分析设备,分析系统可安装在环境条件较好的位置。在进入分析室前需要通过180℃的恒温伴热管,且需要设置二次过滤和标气验证阀,便于验证数据的准确性。抽取法的关键是对←原烟气的预处理。为防止◤烟气中的水汽在管路中凝结,需要给探头和气体管路全程∞伴热,但为ぷ避免采样管的老化,伴热温度不可太◣高;此外,在送入分析室前,还需对热烟气小唯正準備生氣进行降温,因为气体吸嗡收光谱会受到高温的严重干扰,为避免水汽凝结,在此之前,还需对气体进行脱水除尘处理,可见,抽取法的关键在于烟气的预█处理。相比于激光原位测量法,抽取法具有如下【优点:

                a)对原烟气进╲行预处理后,去除了◣烟气中大量的粉尘颗粒,提高了测使得整片空間都顫動了起來量精度,减轻了烟气对系统的√损害,可延长设备的醉無情使用寿命;

                b)烟气采样全程高温伴热,保证烟气温度高大寨主和二寨主于酸露点,降低了管路被腐蚀的风险;

                c)标气注入方便,可以随时对分析仪进行标定及验证;

                d)烟气〒采样更具代表性,可插入烟道的核心区域或者ㄨ辐射状多点采样;

                e)由于被测气体经预处理后品西耀星和北辰星质大幅提升,所以该方法对分析设备的灵⌒ 敏度要求不高。

                同时,该方法→也存在一些缺点:

                a)分析系统远离采样系统,会造強大成测量滞后;

                b)当全程伴热系统的温控异常嗯时,测试结果会存在一定的偏差;

                c)原烟气的预处理过程复杂,容易产生泄漏□ 和腐蚀等现象;

                d)在系统反吹扫阶段,分析仪■退出运行,出现卐间歇性数据空白;

                e)系统复杂,维护量大,维护成本〇高。

                1.1.5改进方法

                张立芳等人针对目前测量下限那團火紅色火焰猛然暴漲起來无法满足电厂监测▽要求的问题,通过相关性分析和小波分析技术对低质量浓度下受噪声影响严重的谐波信号进行降噪处理后,大幅改善了谐波信号的信噪比,降低了吸收光谱的测∩量下限,而且无需增加复杂的设备就可很好地抑制噪声的◆影响。俞李斌等人同样●为了实现低体积分数的NH3逃逸测量,采∑ 用波长为2.25μm附近〗的可调谐激光,研究了二次谐波法调制电压↙和调制频率对氨吸收信号吸收比的影响,选取最佳调制频率和调制這樣电压,使信噪比圖神黑狼頓時發出了痛苦达到最大,可测量NH3的最低体积分数为4×10-7。

                1.2稀释取样法

                稀¤释取样法是美国环保署EPA的优选方★法,目前,国□ 内使用的便是美国热电稀释取样法。该方法是用压缩空气按比∏例稀释样气,再将其送至烟气分析仪进行分析。将采样@探头设计为独特的音速小孔,当音速上萬金仙了吧小孔两端的压差大于0.46倍时,气体将以恒定的流量通过音速小孔,流量不受压力和温度的影响。稀释系统中的稀释比通常在1∶250~1∶100之间,实际运行中常采用1∶100。采用化学发光法对烟气进行分析:首先需要将烟气中的NH3转化为NO,然后Ψ 将其与O3混合,生♀成激发态的NO2与O2,激发态的NO2在返回基态时会发出〖红外光,光强与NO质量浓度呈线性◎关系,如下:

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                NH3转化为NO的过程需要◤通过转化炉完成。在样气进入分析仪后分为3路:第1路在750℃的不锈钢转化三大仙帝炉内将所有的NH3和NO2均转化为NO,然后 什么由烟气分析仪测得总氮(TN)质量浓度;第2路先经除氨预处理器去除样气中的NH3,其中一部分在325℃的转化炉◥内将NO2还原为NO,再进入烟♀气分析仪测得NOx质量浓度;另一部分直接进入分】析仪测量NO质量浓度。由↓此可得到NOx的总质量浓度,最后用TN质量浓度减♀去NOx质量浓度计算得到样利潤可以增加幾倍气中的NH3逃逸量。

                稀释取样法具有以下优点:

                a)经两级过滤,样气中的大量烟尘被去除,而且经过压缩空气稀释,极大地降低了烟气中有害气体的质量浓度,有效降低了烟气对系统的危害,分析仪的工作环境相对较∞好,减少了仪器的维≡护工作量。

                b)样ぷ气流量小,传输◥速度快,可①以保证分析数据的及时性。

                c)该方法的取样探头安装简单,避免正好了在线分析仪的安装问题。由于NH3的活性较好高,为保证测量精度及减小取样过程中的NH3损失,取样探头距转化炉和分析仪的安装距离一㊣般不大于5m。

                d)稀释取样法的校准全系统校【准,可有效保证测量精度█。

                但是,稀释取样法也存在☉一些缺点:

                a)由于NH3与高温探头的接触反应、取样》管路中NH3的吸附及NH3与其他物质他最厲害反应生成铵盐,导致取样时烟气中的NH3损耗较大。

                b)转化炉的转化问题,在不同温度等一下下,NH3与不同物质接触,转化为NO的比率有很「大差异。

                可以采用一些方法缓解以上问题,比如采用恰当的采◇样流速和温度,可以控制取样管路輝煌中□ №NH3的吸附及铵盐◤的形成;采样探头采用铬镍铁合金可以有≡效减少NH3的接触反应;经压缩空气稀释后的样气采用伴热带进行保看了一眼温,维持烟嗡气温度,并保证其具有一定的流速,确保在传输过程中样气状态不发生较大变化。

                2离线手工采样分析法

                2.1靛酚蓝分光光度法

                靛酚蓝分光光度法是利用稀□ 硫酸吸收液吸〖收烟气中的NH3生成(NH4)2SO4,在Na2Fe(CN)5NO·2H2O及NaClO的存在下,与水杨酸(C7H6O3)反应生成蓝绿色靛酚蓝染料,根据颜金剛劍一蕉下色的深浅╱╱,比色定量。在分析过程中加入藍袍老者搖了搖頭Na3C6H5O7·2H2O试剂可消除常见金属离子(Fe3+等金属离子)的干扰。NaClO-C7H6O3分光光度法的分析原理与靛酚蓝分光光度法类似,区别ω在于配置C7H6O3溶液时,前者加入的是酒石酸钾钠试剂,而后者加入的∩是Na3C6H5O7·2H2O试剂。靛酚蓝分光光度法〒对采样温度、测试时〗间等有较高要求,但其操作蘇醒才好便捷、精度高,适合于现场实验室分析。但是,该方法的抗灰分干扰性能较差,混入少量的灰分就会对结果产生很大的影响。靛酚蓝分光光度法的检出眼珠突然飛了出來质量浓度范←围为0.01~2mg/m3。该方法也是测量空气中NH3的仲裁方法。

                路璐等人通过大★量的现场试验,对测量NH3逃逸量的靛酚蓝分光光度法进行了全面研究,并对该╳方法进行了如下优化:

                a)在采集NH3逃逸样等一下那王恒和董海濤來了品时☆,采样温度应控制在200℃以上,如此可防止气态土行孫冷然笑道NH4HSO4的凝结;

                b)在采集NH3逃逸样品时防御毀天星域,最佳的采样烟气流量为5L/min,采样时间为20min,因为采样流量过大会使烟气与稀硫酸吸收液无法充分反应,导致部分NH3又随烟气逃逸出◆去,使测试结果偏小;

                c)稀硫酸吸收液的物ζ质的量浓度控制在0.004~0.006mol/L,吸收液〓物质的量浓度太大时,显色反应无法进行,出现♀不显色的情况;

                d)采集NH3逃逸样品的吸收装置改用2只100mL的多孔玻璃吸收瓶串联组成,分别装有30~40mL的稀硫酸吸而后看著遠處收液;

                e)水杨酸显那初級仙君頓時大驚失色色剂的最佳用量为0.5mL,显色时间由1h缩短为30min,显色剂用量过小,会使显色不完≡全,用量过大,使反应体系中的酸度过大,吸光度迅速下★降。

                2.2纳氏试剂分光光≡度法

                该方法的测量原理是用稀硫酸吸收液吸收烟气中的NH3后,与纳氏试剂作用生成黄色化合隨后緩緩道物,依据颜色的深浅,比色定量。其优点是操作简便、测试速度快,但在纳氏试剂中含有HgI2,其易挥发且『对人体有害,需要有废液处理装置。此外,在测※试过程中,水溶液中▲的NH3与NH4+会相互转化,显色条件苛∮刻,调节pH显色后误差较大。因此,通常不建议采用该方法测量脱硝系统中的NH3逃逸快质量浓度〇,该方法常用于水中氨氮含量的测只要云星主答應成為我第九殿定[16]。该方法的检出质量浓度范围为0.4~4mg/m3。

                2.3离子选择电极法该方法

                选用复▃合电极-氨气敏电极进行测量,指示电极和参㊣比电极分别为pH玻璃【电极和银-氯化银电极,将其置于盛有物质的量浓度不知道为0.1mol/L的NH4Cl内充液的塑料仙府懸浮在半空之中套管内,通过微孔疏水膜将管底与试液分隔,并在透气膜和pH玻璃电极之间形成一薄层液膜。其测量原理是:在烟气中▼的NH3被稀硫酸吸收液吸收后,铵盐在强碱离子调节剂的作」用下转化为NH3,由扩散作用〓通过透气膜(其他离子和水均不能通过),使NH4Cl电解←液膜层内NH4+=NH3+H+的反应向左移动,以改变H+浓度,其变化由pH玻璃电极测得。在恒定的离子强度笑意下,测得的电极电位与NH3质量浓度的对数呈线性关系。从而可根据电位值计算出NH3质量浓度。离子ξ 选择电极法的优点是准确、快速、易于操作、所需的试剂少。此方法对NH3的检出质量浓度范围为10~17000000mg/m3。该方法的测量精度随着电█极的更新换代逐步提高。

                潘栋等人通过实验黑風寨里对比研究了靛酚蓝分光光度法、纳氏试剂分♀光光度法和离子选择电极法三种方法,通过比较,他们发现:

                a)靛酚蓝分光光度法和离子选择电极法对测试时间的要求较高,时间太短会造成较大的误差,而纳氏试剂分光光度法♀♀对@测试时间无要求。对于大批ω量的取样测试,纳氏◇试剂分光光度法更加适用。

                b)离子选择电极法对样液中低浓度飞灰的抗干扰能力非常〒突出,基本不受灰量的影响,而靛酚蓝分光光度法和纳氏试剂分光光度法则受灰量相对影响较大。

                c)离子选择电极法在实际测量中更容易达到最佳的测量精度。

                d)综合比较,离子选择电极法对粉尘的抗干扰性强,纳氏试剂分光光度法的测︼试结果更稳定,这两种方法更适用于对脱硝装置出口NH3逃逸量的☆测量。

                2.4离子色谱法

                用稀硫酸吸收液吸收烟气中的NH3生成(NH4)2SO4溶液,采用离注意子色谱法定量分析溶液中的NH4+。用阳离子分析柱分离勢力過來溶液,用采样抑制型电导检测离子色谱法检测,以NH4+的保留时间定量,根据峰高或峰面积定量得出NH3含量。该方法的检出质量浓度下限为0.04mg/m3。离√子色谱法的优点是快速简单、准确度高、灵敏度◣高及重复性好,但离子色谱仪比较昂贵◣◣,不便于携∩带,因此其不便于NH3逃逸的现水元波冰冷场检测。该方法可用于高校和科研院所中实验室精确监测。

                3飞灰中含氨量的测量

                通常,NH3逃逸的原因是脱硝过程中喷氨量过多,对各区域喷氨不均匀及催化剂层的活性下降∴等,但在实际▅运行过程中,这些因素很难被及时准确地发现并控制。《火↘电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法(征求意见¤稿)》中提到可通过分析飞灰中的含氨量及时准恩怨之后确地获知NH3逃逸率,但目前国内还未有较成熟的检测方法。根据国外火电厂的运行经验,电除尘中飞灰含氨量的正常范围是50~100mg/kg,因此,可以通过定期分析电除尘器中飞灰的含氨量换■算得到NH3逃逸质量浓度。

                该方法的分析『过程如下:

                a)采∞集电除尘器第一电场灰斗内的飞灰,得到待测样品;

                b)将帝品仙器待测样品溶于Ψ A溶液,得到待测样品溶液;

                c)通过离子选择电极法或离子色谱法测定溶液中血絲掛在嘴角的NH3浓度,进而折算出脱硝系统的NH3逃逸量。

                该方法简单实用,但其难点∑ 在于具有代表性的飞灰样品的选择问题→,以及如何确定煤质、烟温、飞灰性质等因素对测试▃结果的影响,因此,该方法还需进一步优化和改进。周飞▓梅等人[20]采用离子色谱這樣法测量了除尘器飞灰中方向飛掠而來的氨含量,通过对溶液pH值、搅拌时间、水灰比进行优化和调整试验,得到的测试结果相对标准偏差均小于5%,表明利用离子色谱法∏测定飞灰中方向飛掠而來的氨含量达到△了较高的精密度和准确度。

                4结语

                《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》发布后,要求全国燃煤发电机组在▼2020年前全部实现超Ψ低排放。目前已有大量机组实现了超低排放改造,随着改造的更多更好無錯全小說进行,烟气脱硝设备的增加与改造定会越来越多,NH3逃逸的监测也变得更为重要。通过以上介绍可以看到,每种测量方法各有优缺点。在线仪器分析法中的TDLAS技术由于具有高分辨〗率、高灵敏度︽等优势,在脱硝监测中得到推广。离线手工ξ 采样分析法中的离子选择电极法具有快速、准确及抗粉尘干扰能力强等优㊣点,适用于现场测试小唯目光冰冷。目前电厂的在线监测情面對千仞峰况均不理想,需要辅以离线测量定期测试,校核在线测量数据,以提高脱硝系统NH3逃逸∏量监测的准确性。

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