激光原位测量式氨逃逸仪表在托电公司的应用

一、引言

“十二五”期间，我国将NOX列入污染物总量控制的约束性指标，减排幅度设定为10%；制定并实施NOX新的排放指标限值，新建、扩建、改建火电厂建设烟气脱硝装置，重点区域内的火电厂应在“十二五”期间全部安装烟气脱硝设施。

目前，火力发电厂的烟气脱硝方法主要有选择性催化还原法（SCR）、非选择性催化还原法（SNCR）以及在二者基础上发展起来的SNCR/SCR联合烟气脱硝技术。选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）还原剂均可采用液氨、尿素和氨水，烟气脱硝装置运行时应控制加入最优化量的氨，既要保证能最大程度的脱除NOX，又只允许最小限度的氨逃逸。注入过量的氨不仅会增加腐蚀，缩短SCR催化剂寿命，还会污染烟尘，增加空气预热器中氨盐的沉积，以及增加向大气的氨排放。特别是铵盐――硫酸氢胺（ABS）的形成，ABS在温度降低时，会吸收烟气中的水分，形成腐蚀性溶液，会堵塞催化剂，造成催化剂失活（即失效）。烟气经过空气预热器时，在热交换表面会形成ABS，并产生沉积，降低空气预热器的效率。氨逃逸量的准确测量具有重要意义，对SCR出口的氨逃逸量监测并控制在2―3×10-6（ppm），可延长空气预热器检修周期及催化剂更换周期。在燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验中，氨逃逸浓度是主要性能指标之一。本文阐述了氨的测定方法，详细介绍了Neo LaserGas II激光原位测量式氨逃逸仪表的测量原理以及在托电公司的应用情况。

二、氨逃逸检测方法对比

SCR出口的烟气高温、高湿、高粉尘及高腐蚀，使氨逃逸量法对策监测难度很大。如何确保烟气取样，处理后的微量氨是真实的，成为非常重要的技术课题。

抽取法分析系统测量微量氨，通常要求先将NH3先转化为NO，采用化学荧光分析法检测微量NO，再转换成氨的测量值，存在转换器转换效率问题。另外，在样气取样及传输过程存在水分对微量氨的吸收等影响因素，使得抽取分析法测量微量氨很困难，准确度也难于保证。

采用原位式分析系统检测微量氨，无需采样直接测量氨浓度，没有样气取样及传输带来的影响，也不存在转换器的转换效率问题。采用激光分析原位测量微量氨是线测量，更具有代表性。

Neo LaserGas II是挪威NEO Monitors公司采用可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术的典型的氨逃逸激光原位测量仪表。

三、Neo LaserGas II 激光分析仪原理介绍

挪威NEO Monitors公司是可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）气体分析仪全球最主要供应商之一，是该领域的开拓者和领导者，其产品广泛应用于排放监测及工业过程控制领域，目前在全世界超过40个国家和地区安装了近6000套激光光谱气体分析仪。

1.测量原理

调谐激光分析微量氨系统，是基于通过对气体的特征吸收光谱来测定气体成份浓度。将气体吸收谱线按波长展开，不同气体在某些特定波长产生吸收峰被称为该气体的特征吸收谱线。由于选择的可调谐激光光谱的宽度远小于被测气体的特征吸收谱线的宽度，通过选择激光波长接近于待测成份的某吸收谱线。可调谐激光二极管采取改变激励电流或温度，使激光波长被调谐实现涵盖所选的波长范围，包涵吸收谱线，当激光波长等于被测气体的特征吸收波长，激光将被吸收，其吸收程度可从接收信号分析得到。通过对NH3的吸收谱线的信号检测，可测量NH3浓度。

NEO激光光谱分析仪采用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），是一种运用固态激光光源的非接触式光学测量方法，所以传感器能够不受污染物和腐蚀性气体的影响，免除了日常维护。与传统的UV（紫外）或IR（红外）分析仪不同，Neo LaserGas II分析仪采用“单线光谱”和二次谐波检出技术，从而避免了其他组分的交叉干扰。由于分析仪没有抽取式烟气监测系统的取样预处理部分，进一步提高了测量的可靠性，并排除了取样预处理系统带来的误差。

2. LaserGas II 原位监测气体分析仪技术特点

NEO公司的LaserGas II 单光路激光分析仪是一款高可靠性的气体分析仪，实现真正的原位连续测量。分析仪采用跨烟囱、烟道或反应器的安装设计，常规跨度为0.5到20米，同时支持旁路安装或抽取式安装。分析仪采用一个发射单元和一个接收单元的配置模式，测量整条光路的平均气体浓度。图1为LaserGas II 单光路激光分析仪结构示意图。 LaserGas II系统主要包括中央处理单元、激光发射单元、接收探头、复合光缆与回路光缆等，复合光缆由光纤和低压传输电缆（24V）组成，连接探头和中央处理单元。

LaserGas II系统的中央处理单元，包括操作控制面板、显示、处理器、激光源、内置参比池和输入/输出等，控制处理器最多可控制三个采样点。发射与接收探头分别安装在被测烟道的两侧，发射探头由光缆接头传输发出激光，接收探头通过光电检测器接收被吸收后的激光信号，并转化为电信号，通过电缆输出到中央处理器进行信号处理，探头的光学部件采取正压空气保护。

LaserGas II 单光路激光分析仪的主要技术特点有：（1）测量响应速度快；（2）非常低的检出限ppb级或低ppm级；（3）无取样系统，现场原位测量；（4）无背景气体交叉干扰、稳定性高；（5）没有零点漂移、胜任多种恶劣环境条件：高温、高粉尘、腐蚀性气体；（6）线测量：整个烟囱直径/烟道宽度的平均浓度、无运动部件，没有易耗品。

四、Neo LaserGas II 激光分析仪学在托电公司的应用

内蒙古大唐国际托克托发电公司积极响应国家减排政策，已经完成了#4、#6、#7、#8、#11、#12机组的脱硝改造工作，并且#4、#6、#7、#8、#11机组的脱硝已经通过国家环保部门的验收工作，目前托电公司正在进行着其他机组的脱硝改造工作，计划明年实现所有10台机组全部投入脱硝，享受脱硝电价政策。

托电公司所有的机组的脱硝系统采用的都是选择性催化还原法（SCR），催化还原剂采用的是液氨，托电公司有专门的氨区；每台机组在脱硝出口烟道都安装了两套氨逃逸在线检测仪表，所有机组的氨逃逸仪表都是采用的Neo LaserGas II激光分析仪。

目前#4、#7、#8、#11机组已经投用约半年时间，通过对氨逃逸仪表检修维护情况来看，Neo LaserGas II的氨逃逸仪表检测较为准确，能够客观反应烟气中氨浓度，设备调试维护方便。当然该仪表也有其本身的缺点，该仪表受锅炉吹灰影响较大，当锅炉吹灰时，氨逃逸仪表通光率小导致仪表输出长时间保持和波动，图2为托电#12机组脱硝系统A、B侧氨逃逸月趋势图，从图中可以看出总体来说氨逃逸仪表还是可靠准确的，在受外界影响时会产生波动。

[1]王森等. 在线分析仪器手册.北京.化学工业出版社.2008. 9.