科普 | 脱硝工艺中的氨逃逸监测

引言

氮氧化物由于其活性强，目前已被定义为“标准空气污染物”，在空气质量标准中对其含量有明确要求。

由于发电厂是氮氧化物的主要来源，业界开发了洁净燃煤技术和低NOx燃气涡轮机，以消除或减少排放到大气中的污染物。这些技术能够控制燃烧以最大限度地减少氮氧化物的排放，并采用最先进的脱硝系统来实现氮氧化物减排的目的。

脱硝主流方法之一：SCR（选择性催化还原）

SCR（选择性催化还原）方法通过NO_x和氨（NH₃）的反应将NO_x转化为氮气（N₂）和水（H₂O）以减少NO_x排放，是目前脱硝的主流方法之一。   

SCR（选择性催化还原）脱硝方法

氨逃逸的危害

什么是氨逃逸？

在实际应用中，尽管通常NO_x和NH₃之间的反应效率可以大于95％，但NO_x和NH₃之间的反应从来都不会是100%的。总是会有一股残留的NH₃随烟气排放。这种未反应的NH₃被称为氨逃逸量。

氨逃逸量过高或过低都会产生问题：

当喷氨不足时，脱硝效率不足，无法满足污染物排放控制的要求。但是，如果喷氨量过大，氨逃逸率过高，会造成下游空气预热器中氨盐形成的堵塞，会导致排烟不畅，炉膛超压，或者下游烟道腐蚀加剧。因此，氨逃逸量是脱硝装置必须控制的。

监测氨逃逸量的两种方法

控制氨逃逸量的前提是对其进行有效的监测，在工业生产中监测氨逃逸量主要有两种方法：

1. 采用差减-化学发光法，将NH₃转化为NO，然后用化学发光法检测器检测；  

2. 使用直接测量NH₃的可调谐二极管激光法（TDL）

由于每种方法都有其自身的优点与缺点，因此根据实际应用而选择正确的检测方法是非常重要的。

化学发光法的工作原理是一氧化氮（NO）和臭氧（O₃）反应产生激发态的NO₂，当激发态NO₂分子衰变到基态时，产生特征红外光线，其强度与NO浓度成线性比例。差减-化学发光法，先将氨（NH₃）在探头内转化为NO，再使用化学发光反应进行测量。通过计算总氮化物（含有NH₃/NO₂转化成的NO，和原有的NO），与氮氧化物（NO与NO₂之和）之间的差值，得到NH₃的含量。  

通常化学发光法仪表或差减-化学发光法仪表，配合稀释法采样方式。这种稀释采样方式，由于采用干燥的仪表气大比例地稀释烟气，系统可以有效防止水分凝结，不需要采用伴热管线和冷凝器；而且由于稀释后样气各组份浓度都很低，也可以有效防止铵盐的形成；再者，由于采样量比较小，探头过滤器的滤尘负荷小，特别对于燃煤电厂SCR，由于其烟尘浓度甚至高达30~50g/m³，稀释采样系统维护周期可以更长；整体系统可以有效减少维护量。

可调谐二极管激光器（TDL）是一种使用吸收光谱法直接测量NH₃浓度的技术。使用这种技术的好处在于可以在热湿条件下提取和测量样品，这意味着不需要额外去除水分。可调谐二极管激光光谱学采用窄带激光来识别近红外光谱中的目标气体吸收线。该方法对于鉴定所需分子具有高度选择性，并且可以提供非常快的响应时间。

配套多点采样系统，促进烟气测量准确性

在运行TDL分析仪时，使用原位式分析仪或抽取式系统（有时称为非原位分析仪）的应用之间存在重要的区别。原位分析仪测量气体时不需要将其从烟囱或管道中抽取出来。这对于快速响应时间是有利的，但是检测过程也容易受到阻挡光的发射流中的微粒的影响。振动对这种测量方法也有很大影响，通常会使光线无法对中。

抽取式系统将样品通过探头抽出烟道，同时滤除烟尘。这使其成为粉尘浓度较密和振动过大时的理想选择。分析仪柜体位于采样点附近，但因为这种方法涉及样气传输，所以响应时间更长，而且由于NH₃粘性大，易结晶，所以也可能对测量产生一定麻烦！

而且，由于脱硝系统所在烟道通常都是矩形的，烟道非常宽，直管段也非常短，通常对烟气测量产生很大误差。所以，我们也可以配套多点采样系统以促进测量的准确性。因此，各项监测技术的运用都需要关注系统设计的大量细节，需要丰富的系统设计、现场运行经验。这些技术的恰当运用对环境和公众的健康至关重要 。

采用独特稀释技术NO-NO₂-NO_x-NH₃气体分析系统应运而生

根据上文所提到的脱硝应用工况条件特点，赛默飞世尔科技将17i型氨分析仪的转化炉移至PRO2001探头箱体内，开发了EP1002系统，包括了稀释采样探头（含NT转化炉）和原17i的分析主机。

赛默飞17i型氨分析仪主机

赛默飞EP1002探头

EP1002是一套集成了稀释采样、气体分析的NO-NO2-NOx-NH3测量系统 。

赛默飞的气态污染物监测采用独特的稀释技术，与各种直接抽取采样技术相比有着明显的优势。探头稀释比的恒定控制，保证了系统整体精度和稳定运行，稀释及控制部分简单明了，而且彻底消除了系统水分凝结、腐蚀和堵塞的影响。

EP1002系统的主要优势：

赛默飞EP1002系统及17i型氨分析仪主机

关于赛默飞世尔科技

赛默飞世尔科技（纽约证交所代码：TMO）是科学服务领域的世界领导者。公司年销售额超过220亿美元，在全球拥有约70,000名员工。

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