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煙氣在線檢測技術(shù)在脫硫脫硝中的應(yīng)用探討

來源:四方光電(武漢)儀器有限公司   2017年03月22日 10:10  

    近年來,霧霾已然成為了嚴(yán)重影響我國居民生產(chǎn)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(nèi)霧霾頻發(fā),但并沒有像當(dāng)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)、O2NH3等;而脫硫前需要檢測SO2SO3;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(jìn)脫硫塔前安裝一套CEMS,這樣做的好處是煙氣采樣數(shù)據(jù)上傳時間短,容易實現(xiàn)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(zhì)(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(nèi)進(jìn)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SO2NOx的體積比、反應(yīng)溫度、吸收劑的粒度和停留時間。

    在CEMS系統(tǒng)中,抽取法結(jié)合紅外氣體分析技術(shù)是主流,微流紅外技術(shù)則是紅外氣體分析技術(shù)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(fù)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(zhǔn)確、抗震性好等多種優(yōu)勢,目前在進(jìn)口紅外煙氣分析儀中普遍使用。值得一提的是,國內(nèi)也有銳意自控這種自主研發(fā)微流紅外氣體分析技術(shù)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(yīng)用中,解決好煙氣分析問題是脫硫、脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。下文將結(jié)合銳意自控的紅外煙氣分析儀Gasboard-3000,介紹微流紅外技術(shù)在煙氣脫硫、脫硝效率監(jiān)測中應(yīng)用的挑戰(zhàn)及對策,并闡述經(jīng)過改進(jìn)的微流紅外傳感器在煙氣檢測中的主要技術(shù)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(qiáng)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(shè)有窄帶紅外濾光片,這種濾光片是一種多層的半導(dǎo)體鍍膜,溫度升高會使得濾光片朝長波方向偏移,從而進(jìn)一步影響SO2、NO的測量結(jié)果。特別是在北方晝夜溫差較大的地域,即使設(shè)備房安裝了空調(diào),也會存在一定的溫差。大多數(shù)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(dǎo)致測量結(jié)果變化的問題,但這種方法只能解決部分問題,并不能*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(yīng)曲線

不同溫度和氣體濃度下的NO傳感器響應(yīng)曲線

    怎樣zui大限度的消除溫度變化對測量結(jié)果帶來的影響呢?Gasboard-3000內(nèi)部設(shè)置有溫控裝置及超溫保護(hù)電路,通過對包括濾光片在內(nèi)的整個傳感器進(jìn)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(shè)置了“雙重保險”:當(dāng)外部環(huán)境溫度變化時,由于傳感器處于恒溫裝置內(nèi)部,因此受溫度變化影響極??;即使有一定的溫度波動,也可以通過溫度修正來減少溫度漂移,從而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)氣檢定時合格,在工業(yè)現(xiàn)場測試卻達(dá)不到要求的原因。

H2OSO2、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(chǔ)上,增加了調(diào)水機(jī)構(gòu)。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(diào)節(jié)調(diào)水機(jī)構(gòu),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(diào)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(diào)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(nèi)。

    3、消除HC化合物對SO2測量的影響

   除了水分干擾以外,碳?xì)浠衔锶缃够瘡S排放的氣態(tài)污染物中存在未燃盡的CH4、C2H6C3H8等組分,也會對SO2的測量結(jié)果帶來很大干擾。如下圖所示,SO2的吸收峰波段為7.287.62μm,在該波段CH4的吸收干擾zui大,其次是C3H8C2H6。

SO2、CH4、C2H6、C3H8的吸收光譜對照圖

    為減少HCSO2測量的影響, Gasboard-3000在傳統(tǒng)的微流紅外傳感器基礎(chǔ)上,設(shè)計了帶CH4濾波氣室的SO2傳感器。實驗表明,通入4000ppmCH4,碳?xì)浠衔飳?/span>SO2的干擾不超過4ppm。

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(zhì)量要求的提高,我國大氣污染治理行業(yè)逐步駛?cè)肟燔嚨馈W鳛榇髿饩C合治理的關(guān)鍵設(shè)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*的監(jiān)督與控制作用,其應(yīng)用前景也日益廣闊。也隨著工業(yè)技術(shù)的不斷更新完善,計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,CEMS系統(tǒng)集成化自動化程度越來越高,可以預(yù)見微流紅外技術(shù)將來必在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

來源:公眾號@工業(yè)過程氣體監(jiān)測技術(shù),轉(zhuǎn)載請務(wù)必注明出處。

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