脫硝工藝系統

NH3逃逸及SO2，NO在線監測方案

1、概述

氮氧化物是造成大氣污染的主要污染源之一。通常所說的氮氧化物 NOx有多種不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4 和 N2O5，其中 NO和 NO2是重要的大氣污染物。

研究表明，氮氧化物的生成途徑有三種：（1）熱力型 NOx，指空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成 NOx；（2）燃料型 NOx，指燃料中含氮化合物在燃燒過程中進行熱分解， 繼而進一步氧化而生成 NOx；（3）快速型 NOx，指燃燒時空氣中的氮和燃料中的碳氫 離子團如 CH 等反應生成 NOx。在這三種形式中，快速型 NOx所占比例不到 5％；在溫度低于 1300℃時，幾乎沒有熱力型 NOx。對常規燃煤鍋爐而言，NOx主要通過燃料型生成途徑而產生?？刂?NOx 排放的技術指標可分為一次措施和二次措施兩類，一次措施是通過各種技術手段降低燃燒過程中的 NOx 生成量；二次措施是將已經生成的 NOx 通過技術手段從煙氣中脫除。

2、脫硝技術介紹

降低 NOx 排放主要有兩種措施。一是控制燃燒過程中 NOx 的生成，即低 NOx 燃 燒技術；二是對生成的NOx 進行處理，我們可以采用不同的方法將NOx轉化成危害性更小的氣體物質，減少NOx的排放。通常我們將此過程統稱為脫硝。而在脫硝系統前后分別對NOx進行監測，可以讓我們了解脫硝系統的效率。由于在脫硝過程中需要注入NH3或是尿素，所以需要對脫硝過程后殘留的NH3進行監測，以保證最終的排放濃度在排放標準以內。在線監測系統的數據不但可以向相關部門匯報排放量，而且可以直接作為脫硝過程中的過程控制參數。

在大規模燃燒礦物燃料的領域，例如水泥廠、電廠，都安裝了前燃（pre-combustion）或后燃（post combustion） NOX控制技術的脫硝裝置，后燃NOX控制技術可以是選擇性催化還原法(SCR)也可以是選擇性非催化還原法(SNCR)，但是無論應用哪種方法，基本原理都是一樣的，即都是通過往反應器內注入氨與氮氧化物發生反應，產生水和N2。注入的氨可以直接以NH3的形式，也可以先通過尿素分解釋放得到NH3再注入的形式，無論何種形式，控制好氨的注入總量和氨在反應區的空間分布便可以最大化的降低NOX排放。氨注入的過少，就會降低還原轉化效率，氨注入的過量，不但不能減少NOX排放，反而因為過量的氨導致NH3逃逸出反應區，逃逸的NH3會與工藝流程中產生的硫酸鹽發生反應生成硫酸銨鹽，且主要都是重硫酸銨鹽。銨鹽會在鍋爐尾部煙道下游固體部件表面上沉淀，例如沉淀在空氣預熱器扇面上，會造成嚴重的設備腐蝕，并因此帶來昂貴的維護費用。在反應區注入的氨分布情況與NO和NO2的分布不匹配時也會出現氨逃逸現象，高氨量逃逸的情況伴隨著NOX轉化效率降低是一種非常糟糕的現象和很嚴重的問題。

通過以上分析可以得出這樣一個結論，我們需要在最低的氨逃逸率水平下去降低氮氧化物的排放水平。在工業領域，越來越多的在線監測技術能夠連續地、精確地、即時地監NH3,NO,NO2,CO,CO2,O2等與礦物燃料燃燒密切相關的氣體。

3、監測方法

由于NH3是一種很活躍的氣體，在采樣過程中會發生化學反應，而且絕大多數注氨脫硝法都是高溫高塵布置，傳統的測量方法煙道直接安裝測量法（光路貫穿管道）存在光學儀器發射與接受探頭易被腐蝕、煙氣煙塵影響光強造成測量精度不足、機械振動引起部件松動、測量受溫度和壓力等過程參數影響、運行維護不便等問題；同時傳統的抽取式方法由于伴熱管線較長會在抽取過程中NH3發生化學反應，測量也會造成偏差。

根據我們工程經驗，針對循環流化床鍋爐煙氣SNCR脫硝，同時借鑒國外優秀設備的優點提出了半原位半抽取方法.及高溫取樣激光分析方式（在窯尾煙道上開1個孔直接在現場安裝600×400×1500機柜內），高溫恒定190-200度抽取至激光分析全程距離不超過1米，保證了NH3穩定性和測量的準確性。

（可選）同時我們根據國內客戶需求創新國內唯一的NH3，NOX,O2三合一系統（申請實用新型專利），及高溫NH3分析后經冷凝器，穩壓穩流，除塵等措置再進入常溫紅外氣體分析儀監測NOx和O2。減少了中間重復預處理環節，有效的節約成本，集成度更高，提高了穩定性和準確性

 

 

 

 

 

 

抽取式氨表與對射原位式比較

項目	高溫抽取法分析系統	現場安裝式分析系統
維護量	只需6-8個月更換濾芯	管道內煙氣流量，粉塵磨損光學鏡片等現場工況問題，維護量很大
后續運營費用	更換探頭大約1萬左右，探頭可用5年以上	更換儀表15-20萬，一般1-3年
儀表使用壽命	儀表使用工況大大改善，壽命估計可達8年以上	現場使用經驗來看，壽命1-2年
穩定性,準確性	因去除了煙塵、水溫度、干擾，更好	煙塵、水汽溫度有很大干擾，漂移很大
煙塵干擾	很少	巨大
吹掃氣	不需要	大量，而且要求較高
現場校準	在線校準，非常方便	需人工帶標氣標定，工作量恨大
測量精度	1%	無法評估
安裝平臺	單側	需要雙側
對光	用戶無需對光 煙道變形不會導致透 光率的變化	需要經常對光，煙道的變形會導致透光率的變化

 

  現場氨逃逸圖片

 

3.1  NH3監測方法(半原位半抽取)

激光NH3分析儀是基于光譜學技術如可調諧二極管激光吸收光譜技術(TDLAS)已經在很多燃燒礦物燃料的發電廠或其他工業燃燒領域被用于監測NH3,NO,NO2,CO,CO2,O2等氣體濃度監測氣體在自然排放的情況時的濃度。典型的應用是脫硝之前監測NOx（NO+NO2）和脫硝之后監測NOx及NH3。

1） 一個中央單元可配置多種分析模塊：

通用的控制單元

通用的聯接技術

置于通用的機箱中

2） 不同的分析模塊（如SO2、NOx等）分別用于全過程同步實時監測；

3） 在LCD顯示屏上可同時以數字或棒圖方式顯示測量值；

4） 菜單驅動、人機界面；

5） LCD顯示工作狀態及錯誤信息；

6） 多種接口用于分析系統與各主/分系統間的通訊，帶有RS485和以太網接口；

7） 輸出/輸入模塊上具有靈活組態的數字及模擬量輸入/輸出功能；

8） 19英寸抽屜式安裝方式；

9） 具有自動診斷和報警功能；

校正單元包括鋼瓶氣,可手動完成或由數據采集系統自動設定完成，甚至經后者通過網絡遠距離控制實現。系統校正從探頭開始，包括系統所有部件直至分析儀器。潔凈的零氣用來校正零點，校正氣（標準氣）用來校準跨度，而數據采集系統則是對數據進行有效性判斷，在數據有效前提下進行自動修正。

4、系統運行與控制系統

4.1 PLC控制器系統

成套系統以浙中自控PLC為控制中樞，完成系統采樣管道、取樣探頭過濾器的自動吹掃，完成系統自動標定、校對，及系統的流量低、分析值超限、故障等各種系統內部報警、聯鎖，并與DAS站連接。系統采用JAF-S系列PLC。

PLC控制器系統功能主要包括：

? 自動控制煙氣抽取，并自動為分析儀提供分析樣氣；

? 執行分析儀的零點和滿量程校準；

? 自動反吹和冷凝排放；

? 顯示 CEMS

? 報警、計算、定義、擴展；

? 與 DAS 系統通訊；

? 多點測量時，控制氣路切換、采樣排序和采樣周期。

PLC 提供了 24 小時的記錄接口系統，可以將加工過的數據傳輸給 DAS，其控制指令通系統狀態（采樣/校零/?？?/span>/反吹）。

 

4.2  數據采集系統

1、系統（DAS）的組成

數據采集處理與通訊子系統由工控機、液晶顯示器、組態軟件等組成。由專用系統運行軟件支持?？梢砸?/span>4-20mA的信號DCS系統連接，滿足對工況進行監測的需要。自動完成數據處理、報告的形式選擇和遠程傳送，產生的排放量報告可按用戶要求設計。同時提供完整的各參數的排放量及成套系統運行狀況的顯示。能夠提供對氣體分析儀自動校正支持，并打印記錄其原始校正數據及結果。提供CEM系統的自動吹掃及部分故障的自動排除的支持。

2、系統（DAS）的功能

數據采集處理與通訊子系統具有豐富的功能，具體包括：

數據采集：根據需要，定時地采集各個通道的模擬量/數字量數據。采樣的對象可以包括NH3、CO、CO2、 SO2、NOx、O₂、粉塵、煙氣排量參考參數（溫度、壓力、流速）等。

l  數據處理：根據采樣得到的數據，可以計算得到各種測量項的分析結果以及需要的統計 數據，可以提供煙氣氣體成分即時值、指定時間段內的平均值和指定時間段內的排放量， 并且可以識別無效的數據。

l  數據保存：根據需要，可以保存原始采樣數據和統計數據。如各通道采樣原始數據，即時煙氣氣體濃度，單位時間內煙氣氣體濃度平均值，小時、日、月、年內煙氣氣體濃度平均值和各種煙氣的累計干煙氣排放量。

l  數據顯示：可以即時顯示采集到的通道煙氣監測數據和監測日期時間。形式可以有：

1   數值顯示：顯示各通道各種煙氣的測量值。每個數據組伴隨顯示正常范圍值和超限報警值。屏幕上可以始終保留顯示幾個數據組?？?/span>以通過鼠標操作顯示當日內以往數據組。

2  條形圖顯示：每個通道的采樣數據在一個條形圖上顯示，條形圖有濃度標尺，正常范圍值和超限報警值。在圖上以不同顏色的背景顯示。每采樣一次，條形圖刷新一次。在條形圖上方，顯示條形圖所示的數值。

3  顯示采樣趨勢圖：以曲線的形式顯示當前測量的各通道的煙氣濃 度。

4  顯示歷史數據：選擇某一通道，在某一段時間內，某一時間單位下的濃度或累計排 放量。

?   數據打?。焊鶕枰梢源蛴蟊?、顯示內容、校正記錄等。

?   適應性：系統具有自適應性，只要修改系統設置和建立相應的測試模板，系統就可以適應新的一次測量儀表。修改系統設置，也可以改變測量對象。

?   系統操作：

1 校準：通過系統設置，系統可以定時定標。如果需要，也可以在安全認證后在操作 界面上即時定標。

2 反吹：通過在系統設定，系統可以定時反吹。如果需要，也可以在安全認證后在 操作界面上即時反吹。

3 報警：系統可以提供超限報警和事故報警。

4 自檢：系統提供自檢工具，若有異常，給出提示。

為保證數據的安全性和保密性，進入系統必須經過安全認證，以避免誤操作和確保系統數據的保密性，提供數據備份功能。

4.3  高溫自動清洗采樣探頭

高溫加熱采樣腔，2um陶瓷濾芯，并具有銨鹽清洗裝置，能有效的防止氨氣結晶造成采樣管路堵塞，自動反吹，確保樣氣組分完整性。

技術參數：

采樣溫度:Max. 600(最高)；

工作環境溫度:-20℃～+80℃；

采樣腔加熱溫度: 180℃(可選:220℃)；

陶瓷濾芯,過濾精度:2um ,L=75mm，可選SS316濾芯；

過濾腔容量:40cm3；

帶單路反吹，反吹氣控制單元(進口高溫氣動閥\單向閥\電磁閥等)；

反吹氣源: 儀用壓縮空氣，壓力范圍:0.4mBar-0.8mBar，反吹氣接口：OD6/4mm或OD8/6mm卡套式接頭；

采樣氣出口：OD6/4mm或OD8/6mm SS316卡套式頭；

備有校準氣入口，為OD6/4mm或OD8/6mm卡套接頭；

供電電源：220VAC/50Hz/600W；

防護級:IP65；

4.4  恒功率高溫采樣管線

有效防止煙氣中水分冷凝 保證氣體組分測量的精度與可靠性，管內加熱溫度220℃為脫硫、脫銷、垃圾焚燒爐、脫硫監測持續提供高溫樣氣。
內芯樣管：Φ6mm、Φ8mm、單芯、雙芯可選

技術參數：

1、單芯管線: PFA材質,OD6/4mm *1

2、進口電加熱絲,串聯/并聯法纏繞

3、樣氣加熱溫度:220℃±10%
4、加熱管線外徑:OD50mm
5、黑色編織防磨層

6、功率:45~120W/M 
7、供電電源: 220VAC 50H

4.5  樣氣處理系統一

為了排除煙氣中的灰塵對激光氣體分析儀的干擾，需要對樣氣進行除塵、去霧處理，使其符合激光氣體分析儀的檢測要求。樣氣進入機柜后先經過一個高溫過濾器，該過濾器精度能達到0.5um；樣氣出來后進入一個酸霧過濾器；酸霧過濾器后連接采樣泵，采樣泵后連接一個三通接口，其中一個接口可以根據需要將樣氣送至NO檢測系統，另一個接口的樣氣經過進一步的除塵處理進入激光氣體分析儀。

4.6  濕度、壓力智能傳感器

濕度、壓力傳感器可以實時監控預處理系統工作狀況，當回路樣氣中濕度，壓力出現異常時第一時間把信號傳送到PLC中，由PLC集中做出應對措施，并發出警報，保證預處理的穩定性，保證分析儀的準確性。

4.7  樣氣處理系統二（如需監測NO濃度則選用）

樣氣處理系統二位于SO2、NO、O2濃度監測機柜內，主要組成有高效冷凝器、精密過濾器、采樣泵等為使樣氣達到紅外氣體分析要求的處理設備。

半導體冷凝器廣泛用于對樣品氣進行快速脫水并盡量減少易溶與水的氣體組分的丟失，為在線氣體分析儀表提供干燥完整的樣品氣體。能在+2℃―+45℃的環境溫度下正常工作。

技術參數
1.半導體原理制冷 輸入樣品氣露點：≤+80℃定）
2.輸出樣品氣露點：≤5.0℃（+25℃環境溫度）
3.工作環境溫度：+2℃~+45℃
4.樣品氣處理能力：250NL/h
5.樣品氣輸入接口：OD6mm、OD8mm卡套可選
6.冷凝液輸出接口：OD6mm、OD8mm卡套可選
7.制冷器高溫報警：≥+ 8℃時報警
8.雙級冷凝，適用于兩只熱交換管

5、氨氣檢測系統

5.1  NH3 激光分析儀原理

基于可調二極管激光吸收光譜（TDLAS）技術的激光光譜氣體分析，包括內置可調諧激光器的分析儀、發射激光光束并穿過被測介質的光學發射端、安裝在被測介質另一端接收透射光的接收端。測量的數據被保存在分析控制器內的閃存卡或外部電腦上，外部電腦通過以太網網口或RS232端口與分析控制器連接，數據信息也可以傳送到企業的數據庫。

分析儀定量分析是以Beer-Lambert定律為基礎，Beer-Lambert定律指出了光吸收與光穿過被檢測的物質之間的關系，當一束頻率為V的光束穿過吸收物質后，在其穿過的光徑上的光強變化為：

I(v)=I0(v)exp[-σ(v)CL]

I(v)： 光束穿過一個光程距離為L的被測氣體介質后的透射光強度

I0(v)：入射光強度

σ(v)：被測氣體的吸收橫截面

C：被測氣體的濃度

L：光程

在分析控制器內部，光纖耦合激光器通過光多路器可以實現氣體的多點監測，系統能夠做到使用單臺分析控制器同時做1~16個不同點的同步監測，另外，在激光器可調諧范圍之內，當不同的氣體吸收譜線非常接近時，一臺分析控制器也可以對多種氣體進行同時監測。無電源要求的光學傳感單元能非常容易的滿足有防爆要求的檢測場合（可以配置發射端和接受端都使用光纖傳輸）。

系統包含了適當的硬件和軟件，是無需校正的系統，所以在現場無需使用標氣瓶對系統進行校正。為了某些用戶儀器管理規程的需要，我們可以提供手持式小巧的考核模塊，當需要時，用戶可以使用這個考核模塊對整個系統（分析控制器和光學傳感單元）進行考核，也可以使用自動考核功能對系統進行自動考核，自動考核的結果將被保存并顯示在屏幕上。系統考核有兩種選擇，一是在光路上通入濃度已知的氣體進行考核，二是使用我們可選的考核模塊進行在線（inline ）或離線（offline）考核。LasIRTM系統快速、實時原地對氣體濃度進行監測，檢測線性達到動態5級（105 ，即ppm級到%級），是真正適合于各種不同工業氣體監測的氣體分析系統。

原裝進口激光傳感器

5.2  逃逸NH3分析儀概述

5.2.1  概述

由于絕大多數注氨脫硝法設備采用都是高溫高塵布置，傳統的現場煙道直接安裝在線測量方式存在發射與接收探頭易被腐蝕、煙氣粉塵影響光強造成測量精度不準、機械振動引起部件松動、測量受溫度和壓力等過程參數影響、運行維護不便等問題，無法滿足實際工藝中的逃逸NH3檢測應用需求。

浙中自控生產的JAF-S系列可調式二極管激光吸收光譜(TDLAS) NH3氣體分析儀，是采用世界先進的激光測量技術與中國環保監測技術相結合，通過具有多年在工業流程領域中積累豐富經驗的核心技術人員精心打造麗成。該氣體分析儀是由浙中自控自主研發制造的高端氣體監測設備，主要應用于氨法脫硝領域過程中逃逸NH3的監測分析，為脫硝工藝過程控制提供了有效依據。

該產品采用抽取旁路測量的方式，光學非接觸測量，具有測量精度高、抗干擾能力強等諸多優勢，可應用于高壓及高溫場合，通過處理系統控制流量與壓力可直接測量高溫、強腐蝕性氣體。

5.2.2  分析儀特點

測量精度高，不受背景氣體交叉干擾

采用可調諧二極管激光吸收光譜技術進行氣體的測量，以紅外可調諧激光器作為光源，發射出特定波長激光束，穿過待測氣體，通過探測器接收端將光信號轉換成電信號，通過分析因被測氣體吸收導致的激光光強衰減，實現自靈敏快速精確監測待測氣體濃度。由于激光譜寬特別窄(小τ于O.OOOlnm)，且只發射待測氣體吸收的特定波長，使測量不受測量環境中其它成分的干擾。

高效防腐

抽取式旁路測量的分析方式，采用全程高溫伴熱，有效地保證了具有腐蝕性樣氣的溫度均高于其酸露點，確保接觸部件避免被腐蝕。

可靠性高，經濟運行(易于操作和維護)

分析儀內部無任何運動部件，針對工業環境的獨特系統設計，極大地增強了可靠性。分析儀人機交互界面友好，溫度液晶大屏幕顯示，菜單式操作，基本不需要說明書就能掌握儀器的操作。經預處理抽取測量，儀器壽命長;維護方便，運行費用低。

系統無漂移，避免了定期校正需要

JAF-NH32000系列NH3分析儀采用多次反射，和披長調制光譜技術，并且進行動態的補償，實時鎖 住氣體吸收譜線，不受溫度、壓力以及環境變化的影響，不存在漂移現象。

采用19"標準機箱，能安裝在成套設備中，安裝方便，開機便可正常運行無需進行現場光路調試。分析儀遠離測量點，使得參數調試更加簡單便捷。

長期可靠穩定的數據存儲

支持U盤存儲，保證數據的長期可靠存貯，可任意查詢各時間開共段的歷史數據。

5.2.3  技術介紹

采用國際領先、具有高檢測靈敏度的可調諧二極管激光吸收光譜技術(TDLAS)，通過快速調制激光頻率使其掃過被測氣體吸收譜線，然后采用鎖相放大技術測量被氣體吸收后透射譜線中的諧波分量來分析氣體的吸收情況。半導體激光

穿過被測氣體的光強衰減基于朗伯-比爾(Lambert-Beer)定律，即被測組分對特定波長的光具有吸收，且吸收強度與組分濃度成正比，通 過測量氣體對激光的衰減來測量氣體的濃度。

國內獨家實現多次反射一一光程可達到30米，檢測下限更低、具有無可比擬的檢測精度

5.2.4  主要技術指標