[发明专利]微量氨浓度测量装置及其应用

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种微量氨浓度测量装置及其应用，尤其适用于环保领域中测量燃煤锅炉中烟气经氨法脱硫或者脱硝处理后的微量氨逃逸量的微量氨浓度测量装置及其应用。

背景技术

我国是以煤炭为主要能源供应的少数国家之一，燃煤过程中产生的SO₂、NO_X等大气污染物质成为危害我国大气环境的主要污染源。为了降低SO₂、NO_X的排放量，国内外涌现了多种脱硫脱硝技术，其中以NH₃基（如氨、尿素）为脱除剂的方法在脱硫、脱硝中均有很好的工程应用，比如：氨法烟气脱硫技术、以氨作还原剂的选择性催化还原（SCR）或选择性非催化还原（SNCR）烟气脱硝技术。

氨法烟气脱硫技术，是以氨(废氨水、液氨、碳铵或氨水等)为原料，回收烟气中的SO₂，生产高价值的化肥。但是该工艺存在两个主要问题：一是从氨水中挥发出来的氨气会随着烟气逃逸；二是氨法烟气脱硫过程易产生大量的气溶胶颗粒，气溶胶微粒主要由氨水挥发的气态NH₃与烟气中的SO₂发生气相反应生成，含(NH₄)₂SO₃、NH₄HSO₃、(NH₄)₂S₂O₅和(NH₄)₂SO₃·H₂O等组分，其中(NH₄)₂SO₃占主要部分。这些气溶胶依靠常规的喷淋和除雾是难以去除的，会随着烟气排到大气中去。

SCR和SNCR烟气脱硝技术的原理是一样的，即通过注入氨与烟气中的氮氧化物发生反应，产生水和N₂，注入的氨可以是直接以NH₃的形式，也可以是先通过尿素分解释放得到NH₃进而注入的形式。注入氨量过少，就会使还原转化效率降低，注入过量则不但不能减少NO_X排放，反而因为过量的氨导致NH₃逃逸出反应区。逃逸的NH₃会和烟气中的硫酸盐发生反应生成硫酸铵盐，其中主要是重硫酸铵盐。铵盐会在锅炉尾部烟道下游固体部件表面上沉淀，例如沉淀在空气预热器风扇上面，会造成严重的腐蚀，并带来昂贵的维护费用。

在氨法烟气脱硫和脱硝工程中，由于氨逃逸既造成了原料的损失，又带来了大气二次污染。因此，在满足脱除效果的情况下必须严格控制氨逃逸量，需要实时对该参数进行监测。净化工艺出口烟气中含有的NH₃逃逸量是重要的性能考核指标，在上述工艺中一般要求氨逃逸量小于3.0ppmv(干基，6%O₂)。

NH₃化学活性高，在样气输送过程中极易被“污染”，而且某些原理的分析仪并不能直接测量其浓度，需借助于转换器，经过复杂的变换过程才可分析。一旦转换存在偏差，测量结果必将受到影响，分析精度无法得到保障，尤其微量氨逃逸量检测难度更大。目前工程中测量氨浓度通常采用激光二极管气体分析仪，其直接监测工艺生产中的气体，以半导体激光器作为光源，并采用可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）对信号进行调制。TDLAS技术将激光源所发光的波长调制等于混合气体中NH₃的特定吸收波长，当光透过后会产生吸收，依据比尔兰姆波特定律分析接收信号就可得到NH₃的浓度。但是在实际工程应用中，由于逃逸氨的浓度过低，产生的信号非常微弱；并且由于燃煤锅炉烟气中含有粉尘，并存在动态变化，粉尘对激光分析仪有遮挡会影响信号强度，甚至完全阻挡激光传输与接收，而且其动态变化会造成信号不稳定，不利于信号的检测。因此氨逃逸量往往测量不准确，而且激光气体分析仪只能测游离氨，无法测出铵盐中那部分NH₃含量，对于氨法脱硫工艺，该参数即使测量准确也不能完全反应真实的氨逃逸量。

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