煙氣在線檢測技術在脫硫脫硝中的應用探討
來源：湖北銳意自控系統(tǒng)有限公司 閱讀：9002 更新時間：2017-03-23 17:04近年來，霧霾已然成為了嚴重影響我國居民生產生活的“心肺之患”。燃煤是造成霧霾的主要原因，而我國50%的燃煤是用于發(fā)電，因此，要求電廠和大型燃煤工廠除塵、脫硫、脫硝也就成了環(huán)保部長期以來治理煙氣的主要發(fā)展方向。煙氣脫硫、脫硝工藝使空氣污染因子中具有毒性的二氧化硫、氮氧化物成分得以減少，無疑是積極的，也是必須的。這也是為什么國內霧霾頻發(fā)，但并沒有像當年的倫敦那樣發(fā)生毒霧奪萬人性命慘劇的原因所在。
典型電廠鍋爐煙氣處理流程是脫硝在前脫硫在后，脫硝后需要檢測如NO、NO2（通稱NOX，氮氧化物）、O2及NH3等；而脫硫前需要檢測SO2、SO3；O2、CO2；粉塵等。按照常規(guī)的做法就是在脫硝出口安裝一套CEMS，除塵器后進脫硫塔前安裝一套CEMS，這樣做的好處是煙氣采樣數據上傳時間短，容易實現脫硝的自動控制。以尿素法、LIFAC工藝等半干法脫硫脫氮系統(tǒng)為例，其工藝是把堿性物質(石灰石、氫氧化鈉、碳酸氫鈉等等)的溶液或尿素溶液噴入爐膛、煙道或噴霧洗滌塔內進行脫硫脫氮。這類系統(tǒng)的脫硫、脫硝效率就主要取決于煙氣中SO2和NOx的體積比、反應溫度、吸收劑的粒度和停留時間。
在CEMS系統(tǒng)中，抽取法結合紅外氣體分析技術是主流，微流紅外技術則是紅外氣體分析技術的主要發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的微音電容傳感器檢測紅外光聲信號的方法存在受水分干擾、工藝復雜、抗震性差等缺點；相較而言，微流紅外探測器具有工藝簡單、測量準確、抗震性好等多種優(yōu)勢，目前在進口紅外煙氣分析儀中普遍使用。值得一提的是，國內也有銳意自控這種自主研發(fā)微流紅外氣體分析技術并將其運用到煙氣分析儀的科技創(chuàng)新企業(yè)。
不同檢測傳感器的非分光紅外測量方法比較
在實際應用中，解決好煙氣分析問題是脫硫、脫硝系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行的保障。下文將結合銳意自控的紅外煙氣分析儀Gasboard-3000，介紹微流紅外技術在煙氣脫硫、脫硝效率監(jiān)測中應用的挑戰(zhàn)及對策，并闡述經過改進的微流紅外傳感器在煙氣檢測中的主要技術優(yōu)勢。
紅外煙氣分析儀Gasboard-3000
1、消除溫度對傳感器信號的影響
環(huán)境溫度的變化對于紅外氣體分析儀檢測過程存在較大的影響，它將直接影響紅外光源的穩(wěn)定，影響紅外輻射的強度，影響測量氣室連續(xù)流動的氣樣密度。另一方面，為減少其他組分對SO2、NO的影響，紅外煙氣分析儀在微流紅外探測器的前端設有窄帶紅外濾光片，這種濾光片是一種多層的半導體鍍膜，溫度升高會使得濾光片朝長波方向偏移，從而進一步影響SO2、NO的測量結果。特別是在北方晝夜溫差較大的地域，即使設備房安裝了空調，也會存在一定的溫差。大多數紅外煙氣分析儀往往采用溫度修正的方法，來解決因環(huán)境溫度變化導致測量結果變化的問題，但這種方法只能解決部分問題，并不能完全消除由溫度變化所帶來的誤差。
不同溫度和氣體濃度下的SO2傳感器響應曲線
不同溫度和氣體濃度下的NO傳感器響應曲線
怎樣最大限度的消除溫度變化對測量結果帶來的影響呢？Gasboard-3000內部設置有溫控裝置及超溫保護電路，通過對包括濾光片在內的整個傳感器進行整體55℃恒溫處理，同時配合窄溫度范圍溫度修正的方法，為微流紅外氣體傳感器設置了“雙重保險”：當外部環(huán)境溫度變化時，由于傳感器處于恒溫裝置內部，因此受溫度變化影響極。患词褂幸欢ǖ臏囟炔▌，也可以通過溫度修正來減少溫度漂移，從而保證測量結果的準確性。
2、消除水分對SO2、NO測量的影響
無論是半干法脫硫還是濕法脫硫，脫硫后的煙氣溫度都比較低且含有大量水分。水分是影響二氧化硫和氮氧化物測量的主要干擾物（參考H2O、SO2、NO紅外吸收光譜圖），水分干擾直接影響了儀器的測量精度。這也是為什么部分紅外氣體分析儀在實驗室條件下使用標準氣檢定時合格，在工業(yè)現場測試卻達不到要求的原因。
H2O、SO2、NO紅外吸收光譜圖
通常CEMS系統(tǒng)取樣中采取冷干法脫除水分，以防止水分冷凝和水分干擾，但由于排放工況的變化和冷凝效率的原因，冷凝器的出口露點往往存在波動。在高濕低濃度條件下，水分的干擾往往超過了儀器本身的測量誤差，干擾誤差尤為明顯。
Gasboard-3000在傳統(tǒng)微流紅外傳感器的基礎上，增加了調水機構。它通過將不同溫度下的飽和空氣依次通入紅外傳感器，通過調節(jié)調水機構，使得含有非冷凝水的氣體與N2的信號一致。同時通過硬件調節(jié)及線性修正，來消除H2O（氣）對SO2、NOx的干擾。實驗表明，通過該方法調節(jié)后的傳感器可以滿足各種水分含量條件下的水分干擾消除，干擾的程度可控制在5ppm以內。
3、消除HC化合物對SO2測量的影響
除了水分干擾以外，碳氫化合物如焦化廠排放的氣態(tài)污染物中存在未燃盡的CH4、C2H6、C3H8等組分，也會對SO2的測量結果帶來很大干擾。如下圖所示，SO2的吸收峰波段為7.28～7.62μm，在該波段CH4的吸收干擾最大，其次是C3H8和C2H6。
SO2、CH4、C2H6、C3H8的吸收光譜對照圖
為減少HC對SO2測量的影響， Gasboard-3000在傳統(tǒng)的微流紅外傳感器基礎上，設計了帶CH4濾波氣室的SO2傳感器。實驗表明，通入4000ppm的CH4，碳氫化合物對SO2的干擾不超過4ppm。
帶CH4濾波氣室的SO2傳感器
隨著國家對大氣環(huán)境的重視以及人們對空氣質量要求的提高,我國大氣污染治理行業(yè)逐步駛入快車道。作為大氣綜合治理的關鍵設備，煙氣分析儀在工業(yè)煙囪廢氣監(jiān)測以及脫硫、脫硝系統(tǒng)的效率監(jiān)測中正發(fā)揮著不可或缺的監(jiān)督與控制作用，其應用前景也日益廣闊。也隨著工業(yè)技術的不斷更新完善，計算機應用技術的發(fā)展，CEMS系統(tǒng)集成化自動化程度越來越高，可以預見微流紅外技術將來必在環(huán)保領域發(fā)揮越來越重要的作用。
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