煙氣在線檢測技術在脫硫脫硝中的應用探討
近年(nian)來，霧(wu)霾(mai)(mai)已然(ran)成為(wei)了(le)嚴重影響我國居(ju)民生產生活(huo)的(de)(de)“心肺之患”。燃(ran)煤是(shi)(shi)(shi)造成霧(wu)霾(mai)(mai)的(de)(de)主(zhu)要原因，而我國50%的(de)(de)燃(ran)煤是(shi)(shi)(shi)用于發(fa)電(dian)，因此，要求(qiu)電(dian)廠(chang)和大(da)型燃(ran)煤工廠(chang)除(chu)塵(chen)、脫硫、脫硝(xiao)(xiao)也(ye)就(jiu)成了(le)環保部長期以來治理煙(yan)(yan)氣的(de)(de)主(zhu)要發(fa)展方(fang)向。煙(yan)(yan)氣脫硫、脫硝(xiao)(xiao)工藝使空氣污染因子中具有毒(du)性(xing)的(de)(de)二氧化(hua)(hua)硫、氮(dan)氧化(hua)(hua)物成分得以減少，無(wu)疑是(shi)(shi)(shi)積極的(de)(de)，也(ye)是(shi)(shi)(shi)必須的(de)(de)。這也(ye)是(shi)(shi)(shi)為(wei)什(shen)么國內霧(wu)霾(mai)(mai)頻發(fa)，但(dan)并沒(mei)有像(xiang)當(dang)年(nian)的(de)(de)倫敦那樣發(fa)生毒(du)霧(wu)奪(duo)萬(wan)人性(xing)命(ming)慘劇的(de)(de)原因所在。
典型(xing)電廠鍋爐煙(yan)氣(qi)處理流(liu)程(cheng)是(shi)(shi)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)在前(qian)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫在后(hou)，脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)后(hou)需要(yao)檢(jian)測(ce)如NO、NO2（通(tong)稱NOX，氮氧(yang)化物）、O2及NH3等；而脫(tuo)(tuo)(tuo)硫前(qian)需要(yao)檢(jian)測(ce)SO2、SO3；O2、CO2；粉塵等。按(an)照常規的(de)(de)做法就是(shi)(shi)在脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)出口安裝一套CEMS，除塵器后(hou)進脫(tuo)(tuo)(tuo)硫塔前(qian)安裝一套CEMS，這樣做的(de)(de)好處是(shi)(shi)煙(yan)氣(qi)采樣數(shu)據上傳時間短，容易(yi)實現(xian)脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)的(de)(de)自動(dong)控制(zhi)。以(yi)尿素(su)法、LIFAC工藝等半干法脫(tuo)(tuo)(tuo)硫脫(tuo)(tuo)(tuo)氮系統(tong)為例，其工藝是(shi)(shi)把(ba)堿性物質(zhi)(石(shi)灰石(shi)、氫氧(yang)化鈉、碳酸氫鈉等等)的(de)(de)溶(rong)液或(huo)尿素(su)溶(rong)液噴入爐膛、煙(yan)道或(huo)噴霧洗滌塔內進行(xing)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫脫(tuo)(tuo)(tuo)氮。這類系統(tong)的(de)(de)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫、脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)(xiao)效率就主要(yao)取決于煙(yan)氣(qi)中SO2和NOx的(de)(de)體積比、反應(ying)溫(wen)度、吸收劑的(de)(de)粒度和停留(liu)時間。
在(zai)CEMS系統中(zhong)，抽取法結(jie)合紅(hong)(hong)外(wai)氣(qi)體分析(xi)技術(shu)是主(zhu)流，微流紅(hong)(hong)外(wai)技術(shu)則是紅(hong)(hong)外(wai)氣(qi)體分析(xi)技術(shu)的(de)(de)主(zhu)要發(fa)展趨勢(shi)。傳統的(de)(de)微音電容傳感器檢測紅(hong)(hong)外(wai)光(guang)聲信號的(de)(de)方(fang)法存在(zai)受水分干擾、工藝復雜、抗(kang)震性差等(deng)缺點；相(xiang)較而言，微流紅(hong)(hong)外(wai)探測器具有(you)工藝簡單、測量(liang)準(zhun)確、抗(kang)震性好(hao)等(deng)多種優(you)勢(shi)，目前在(zai)進口(kou)紅(hong)(hong)外(wai)煙氣(qi)分析(xi)儀中(zhong)普(pu)遍使用。值得一提的(de)(de)是，國(guo)內也有(you)銳意自控這種自主(zhu)研發(fa)微流紅(hong)(hong)外(wai)氣(qi)體分析(xi)技術(shu)并將其運用到煙氣(qi)分析(xi)儀的(de)(de)科(ke)技創(chuang)新企業。
不同(tong)檢(jian)測傳感器的非分光紅外測量方法(fa)比較(jiao)
在(zai)實際應(ying)用中，解決好煙氣(qi)(qi)分(fen)析問題是脫硫、脫硝系統高效穩定運行的(de)保障(zhang)。下文(wen)將結(jie)合銳意(yi)自控的(de)紅外煙氣(qi)(qi)分(fen)析儀Gasboard-3000，介紹微流紅外技術在(zai)煙氣(qi)(qi)脫硫、脫硝效率監測(ce)中應(ying)用的(de)挑戰及對策，并闡述經過(guo)改進(jin)的(de)微流紅外傳感器(qi)在(zai)煙氣(qi)(qi)檢測(ce)中的(de)主(zhu)要技術優勢。
紅外(wai)煙氣分析儀Gasboard-3000
1、消除溫度對傳感器信號的影響
環(huan)境溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)對于紅(hong)外(wai)氣(qi)體分(fen)析儀檢測(ce)(ce)(ce)過程存(cun)在較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，它將直(zhi)接影(ying)響(xiang)紅(hong)外(wai)光源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)穩定，影(ying)響(xiang)紅(hong)外(wai)輻射的(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)度(du)，影(ying)響(xiang)測(ce)(ce)(ce)量(liang)氣(qi)室連(lian)續流動的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)樣密度(du)。另一方(fang)(fang)面，為減少其他組(zu)分(fen)對SO2、NO的(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，紅(hong)外(wai)煙氣(qi)分(fen)析儀在微流紅(hong)外(wai)探測(ce)(ce)(ce)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)前端設有窄帶紅(hong)外(wai)濾(lv)光片(pian)，這種(zhong)濾(lv)光片(pian)是一種(zhong)多層的(de)(de)(de)(de)(de)半導(dao)體鍍膜，溫(wen)度(du)升(sheng)高會使(shi)得濾(lv)光片(pian)朝長(chang)波(bo)方(fang)(fang)向偏移，從(cong)而進一步影(ying)響(xiang)SO2、NO的(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)量(liang)結果。特別是在北方(fang)(fang)晝夜溫(wen)差(cha)(cha)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)地域，即使(shi)設備房安裝了空調，也會存(cun)在一定的(de)(de)(de)(de)(de)溫(wen)差(cha)(cha)。大(da)多數(shu)紅(hong)外(wai)煙氣(qi)分(fen)析儀往往采用溫(wen)度(du)修正的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)，來解(jie)決因環(huan)境溫(wen)度(du)變化(hua)導(dao)致測(ce)(ce)(ce)量(liang)結果變化(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)，但這種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)只能(neng)解(jie)決部分(fen)問(wen)題(ti)，并不(bu)能(neng)完全消除由溫(wen)度(du)變化(hua)所(suo)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)誤差(cha)(cha)。
不(bu)同溫度(du)和氣(qi)體濃度(du)下的SO2傳感(gan)器響應曲(qu)線
不同溫(wen)度和氣體濃度下(xia)的(de)NO傳感(gan)器響(xiang)應曲線
怎(zen)樣最(zui)大(da)限度(du)(du)的(de)(de)消除溫(wen)(wen)度(du)(du)變化對測量結果(guo)帶來的(de)(de)影響(xiang)呢？Gasboard-3000內部(bu)設置(zhi)有溫(wen)(wen)控裝置(zhi)及超溫(wen)(wen)保(bao)護電(dian)路，通(tong)過對包括(kuo)濾光片在內的(de)(de)整個傳感器(qi)進(jin)行(xing)整體55℃恒溫(wen)(wen)處(chu)理，同時(shi)配合窄溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍溫(wen)(wen)度(du)(du)修正的(de)(de)方法，為微流紅外氣體傳感器(qi)設置(zhi)了(le)“雙重保(bao)險”：當外部(bu)環境溫(wen)(wen)度(du)(du)變化時(shi)，由于傳感器(qi)處(chu)于恒溫(wen)(wen)裝置(zhi)內部(bu)，因(yin)此受溫(wen)(wen)度(du)(du)變化影響(xiang)極小；即使(shi)有一定的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)(du)波動(dong)，也(ye)可(ke)以通(tong)過溫(wen)(wen)度(du)(du)修正來減少溫(wen)(wen)度(du)(du)漂移，從(cong)而保(bao)證測量結果(guo)的(de)(de)準確性(xing)。
2、消除水分對SO2、NO測量的影響
無論是(shi)半干法(fa)(fa)脫(tuo)硫還是(shi)濕法(fa)(fa)脫(tuo)硫，脫(tuo)硫后的(de)(de)煙(yan)氣溫度都(dou)比較低且(qie)含(han)有大量(liang)水(shui)分(fen)。水(shui)分(fen)是(shi)影響二氧化硫和(he)氮氧化物測(ce)量(liang)的(de)(de)主要干擾物（參考H2O、SO2、NO紅外(wai)吸收光譜圖），水(shui)分(fen)干擾直接影響了儀器的(de)(de)測(ce)量(liang)精(jing)度。這也是(shi)為什么(me)部分(fen)紅外(wai)氣體(ti)分(fen)析儀在實(shi)驗室條件(jian)下(xia)使用標準(zhun)氣檢定時合格，在工(gong)業現場測(ce)試卻達不到要求的(de)(de)原(yuan)因。
H2O、SO2、NO紅外吸收光譜(pu)圖(tu)
通常CEMS系統取樣中(zhong)采取冷干法(fa)脫(tuo)除水(shui)分，以防止水(shui)分冷凝(ning)和水(shui)分干擾(rao)，但由于排放(fang)工況的變化(hua)和冷凝(ning)效率的原因(yin)，冷凝(ning)器(qi)的出(chu)口露(lu)點往(wang)往(wang)存在波(bo)動。在高(gao)濕低濃度(du)條件下，水(shui)分的干擾(rao)往(wang)往(wang)超過(guo)了儀器(qi)本身的測量誤(wu)差，干擾(rao)誤(wu)差尤為明(ming)顯(xian)。
Gasboard-3000在(zai)傳(chuan)統微(wei)流紅外傳(chuan)感(gan)器的(de)基(ji)礎上，增加了(le)調水(shui)機構。它通(tong)(tong)過(guo)將不同(tong)溫(wen)度(du)下的(de)飽(bao)和空(kong)氣(qi)依次通(tong)(tong)入紅外傳(chuan)感(gan)器，通(tong)(tong)過(guo)調節(jie)調水(shui)機構，使(shi)得含(han)有(you)非冷凝水(shui)的(de)氣(qi)體(ti)與N2的(de)信號一致。同(tong)時通(tong)(tong)過(guo)硬件調節(jie)及線性(xing)修正，來消除H2O（氣(qi)）對SO2、NOx的(de)干(gan)(gan)擾。實(shi)驗表明(ming)，通(tong)(tong)過(guo)該方法調節(jie)后的(de)傳(chuan)感(gan)器可(ke)以滿足各種(zhong)水(shui)分含(han)量條件下的(de)水(shui)分干(gan)(gan)擾消除，干(gan)(gan)擾的(de)程度(du)可(ke)控制在(zai)5ppm以內。
3、消除HC化合物對SO2測量的影響
除(chu)了水分干擾以外，碳氫化(hua)合物(wu)(wu)如(ru)焦化(hua)廠(chang)排放的氣態污(wu)染物(wu)(wu)中存在(zai)未燃盡(jin)的CH4、C2H6、C3H8等組分，也會對SO2的測量(liang)結果帶來很大干擾。如(ru)下(xia)圖所(suo)示，SO2的吸收峰波段為7.28～7.62μm，在(zai)該波段CH4的吸收干擾最(zui)大，其次是C3H8和(he)C2H6。
SO2、CH4、C2H6、C3H8的吸收光(guang)譜對(dui)照圖
為減(jian)少HC對SO2測量(liang)的(de)(de)影響， Gasboard-3000在傳統的(de)(de)微流紅(hong)外(wai)傳感器(qi)基礎上，設計了帶CH4濾波氣室的(de)(de)SO2傳感器(qi)。實驗表(biao)明，通入4000ppm的(de)(de)CH4，碳氫化合物對SO2的(de)(de)干擾(rao)不超過4ppm。
帶CH4濾波氣(qi)室的(de)SO2傳感器(qi)
隨著(zhu)國家對(dui)大氣(qi)(qi)環境的(de)重視以及人(ren)們(men)對(dui)空氣(qi)(qi)質量要求(qiu)的(de)提高,我國大氣(qi)(qi)污染治(zhi)理(li)行業(ye)逐步駛入(ru)快車道。作為大氣(qi)(qi)綜合治(zhi)理(li)的(de)關鍵(jian)設備，煙氣(qi)(qi)分析儀在工(gong)業(ye)煙囪廢氣(qi)(qi)監(jian)測以及脫(tuo)硫、脫(tuo)硝系統的(de)效率監(jian)測中正發(fa)揮(hui)著(zhu)不可或缺的(de)監(jian)督與控制(zhi)作用，其應(ying)用前(qian)景(jing)也(ye)日益廣闊。也(ye)隨著(zhu)工(gong)業(ye)技術(shu)(shu)的(de)不斷(duan)更新完善(shan)，計算(suan)機(ji)應(ying)用技術(shu)(shu)的(de)發(fa)展，CEMS系統集(ji)成化自(zi)動化程度越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)高，可以預見微(wei)流(liu)紅外技術(shu)(shu)將來(lai)(lai)必在環保領域(yu)發(fa)揮(hui)越(yue)(yue)來(lai)(lai)越(yue)(yue)重要的(de)作用。
來源：微(wei)信公眾號(hao)@工業過程氣體(ti)監測技術，轉載請務必注明(ming)出處(chu)。
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