1、氨逃逸分析技術的對比及探討隨著國內各行業 超低排放”改造的呼聲增大，作為煙氣脫硝過程 SCR/SNCR的關鍵工藝指 標，氨逃逸檢測分析的需求也日益增多。目前現有氨逃逸分析技術主要基于氣體吸收光譜技術，根據光源波長不同可分為中紅外激光、近紅外激光、紫外差分3種吸收光譜分析技術。本文主要對比探討這 3種技術在現場使用中存在的優缺點。1、 近紅外（NIR）激光吸收光譜技術:由于氨分子在近紅外波段（800-2500nm）的吸收峰線強度很低，如圖 1所示，約只有中紅外波段的0.01倍，為4x10-21cm-i/（moiec?cm -2）。因此該技術通常需要幾十次反射形成約30m的長光程吸收池來增強氨氣對

2、激光的吸收以達到0.1ppm的檢測精度，如圖2所示為近紅外激光吸收光譜技術的檢測原理，可調諧激光器發射的為波長1512nm或1531nm的近紅外激光。但是，隨之長光程也帶來了以下3點不可避免的缺點。WavelengthWavenumber (cm')100倍圖1 NH3在近紅外波段（藍色框）比中紅外波段（紅色框）的吸收譜線弱近數器處理I1應七圖2近紅外激光吸收光譜原理示意圖1）調光難度升級。為防止煙氣中的硫酸氫俊（ABS）冷凝，分析儀中使用的長光程氣體吸收池通常加熱至180250 C高溫（高于ABS熔點），對光學鏡片和機械機構存在一定的熱 脹冷縮效應，又在 2030m長光程下，會對光路

3、造成一定的熱致偏差，現場經常需要矯正 光路，對儀器維護的專業要求較高。2）可靠性差。長光程吸收池的整體通光率與鏡片的單次反射率成哥指數關系：E=RAN ,其中E為輸出光與輸入光功率比，R為鏡片單次反射率，N為激光在池內反射次數；因此 長光程吸收池的通光性能受鏡片反射率變化的影響巨大，在SCR出口惡劣的煙氣狀況下，鏡片反射率下降10%即可讓長光程吸收池基本無光輸出，造成探測器接收不到信號。例如：干凈的鏡片單次反射率可達 97%,經30次反射，長光程吸收池白通光率為 0.97人3060% ; 若鏡片單次反射率降低到90% （現場運行一至兩周就可能造成如圖3所示的效果），通光率則劇降為0.9人304

4、% 。圖3采用多次反射長光程吸收池的光學鏡片在脫硝工況運行下受腐蝕情況當然，輸出激光光強急劇下降造成儀器的靈敏度、 探測精度、以及數據可靠性等都大打折 扣，甚至造成信號直接丟失。在 SCR工況現場，ABS的沉積非常易附著于鏡片表面，易影 響表面反射率。3）維修周期頻繁，維修成本高。受鏡片反射率的影響，使用現場需不定期的拆卸儀器進行 鏡片的清潔或更換，還需要重新對光，不僅要求專業人員操作，且維護非常耗時耗力。2、 紫外差分吸收光譜（DOAS）技術：DOAS主要利用吸收分子在紫外到可見光波段的窄帶吸收強度通過朗伯-比爾定律來推演氣體的濃度，其特點在于根據被測氣體在所選波段上的頻率特性，將吸收截面分

5、成兩部分， 隨波長快速變化的窄帶吸收截面和隨波長緩慢變化的寬帶吸收截面。將透射光強與原始光強對比，得到對比的吸收度，利用多項式擬合出一條吸收度慢變化曲線，然后將慢變化曲線從吸收度中減去，便可得到差分吸收度的信號，將差分吸收度與分子的吸收截面進行擬合，可計算得到待測氣體的濃度值。如圖4,笊燈發射寬光譜光源，經氣體吸收后的光被分束器分成2束光路，斬波器對光路進行調制， 濾光片使2束光路分別通過不同的波長，最后在鎖相放大器中解調獲得氣體濃度。圖4紫外差分吸收光譜原理示意圖圖5 NO的吸收光譜（左圖），SO2的吸收光譜（右圖）DOAS在實際應用中測量氨逃逸通常需要把煙氣中NH3轉化為NO,采用間接測量

6、方法，轉化過程通過轉化爐完成。樣氣進入分析儀后分2路：一路經過750 C的不銹鋼轉化爐，所有的NH3和氮氧化物都氧化成了 NO,然后進入煙氣分析儀測得總含氮濃度NT。第二路經過氨去除器后得到不含氨的樣氣。其中一路經325 c的轉化爐把NO2還原成NO,由分析儀測得NOx濃度。另一路不經過任何轉化進入分析儀，測得NO濃度。這兩路的NO經過計算得出NOTx的總含量。終可計算得到氨逃逸量：NH3=NT-NOTx 。如圖5所示，SO2和NO 在紫外200nm 和220nm 范圍內有明顯的吸收峰重疊現象， 而這一范圍正是絕大多數DOAS儀器的波長掃描范圍。因此，SO2的存在會導致 NO吸收度測量的不準確

7、。在燃煤鍋爐脫硝之后、脫硫之前，恰巧為氨逃逸分析儀的采樣位置，煙氣中SO2濃度通常高達數百 mg/m 3,會嚴重影響 NO氣體的吸收度測量,從而導致 NH3 濃度計算可靠性大大降低。DOAS在現場使用中主要缺點如下：1） 抗SO2干擾能力差、精度低。SO2與NO氣體在紫外波段重疊且難以區分，易產生交叉 干擾；而對于儀器使用現場，氨逃逸分析采樣恰巧又在脫硫之前，SO2存在不可避免且濃度高，波動大，導致基于 DOAS檢測技術的產品受較大的交叉干擾，數據較不準確。2）間接測量受轉化爐轉化效率和氨氣吸收效率影響，誤差很大。煙氣經過兩路轉化爐將含 NH3和不含NH3的氮氧化物氧化成 NO,這里有一個轉化

8、率問題；必須確保無氨路的NH3吸收率一直維持在100% ,同時兩路轉化爐的轉化效率在任何時候均相同，否則就會導致檢測結果的不準確。而在惡劣的工況現場， 保證這些條件長期有效，對現場檢查維護及專業的要求非常高，幾乎不可能實現。3）檢測成本高。增加轉化預處理過程，轉化爐、高溫探頭等長期在高溫下運作，影響設備 使用壽命，增加檢測成本。3、 中紅外（MIR）激光吸收光譜技術：中紅外激光吸收光譜技術與前兩種檢測技術最大的區別在于：第一，采用中紅外波段的激光光源，氣體吸收譜線強度明顯增大，在更小尺寸的光機結構內靈敏度得到近兩個數量級的提升，且能避開其他氣體對氨氣吸收譜線的干擾；第二，采用NH3直接吸收光譜

9、法，直接計算去除預處理、轉化等復雜環節。該方法優點總結如下：1）無需現場調光矯正。采用海爾欣獨創的MIR-SHORT?超短光程氣體吸收池，對光容易，且現場使用高溫環境在 MIR- SHORT?超短光程下對光學結構和機械結構的熱致偏差影響可 忽略不計。2）可靠性高易維護。 單光程帶來鏡片反射率對光強影響明顯變小，MIR-SHORT?超短光程吸收池的激光通光效率大大提高。儀器的精度、穩定性、準確度、可靠性等不再受脫硝工況高粉塵，高俊鹽的影響。3）維修周期長、成本低。鏡片反射率對儀器干擾微小，與近紅外激光技術相比，無需頻繁 檢查、拆機清洗或者更換鏡片。4）抗氣體干擾性能好、精度高。獨創性的采用中紅外

10、波段，該波段為氨在 200600 C高 溫狀態下最強吸收譜線，且該波段內SO2、NH3、NOx等不存在吸收峰重疊現象，大大提高NH3測量的抗交叉干擾能力。5）誤差小。氨氣直接吸收檢測，不存在轉化率問題；也不存在轉化過程中吸收劑和轉化爐 效率變化影響測量準確度的問題。6）檢測成本低。全程高溫熱濕法采樣伴熱， 無需除塵，無需其他氣體預處理， 無需轉化爐, 無需稀釋采樣，減少采樣設備的投入和維護成本。便攜式氨逃逸分析儀”的以下為 海爾欣”公司基于中紅外激光吸收光譜技術自主研發的抗氣體（SO2）干擾性能測試、濃度梯度準確性結果展示。1）抗氣體干擾性能測試圖6為該分析儀的抗 SO2氣體干擾性能測試結果，

11、橫軸為氨氣濃度的理論值，縱軸為實測值，紅色數據點為氨氣單一氣體的濃度實測值，黑色數據點混入 SO2氣體之后氨氣濃度的實測值。測試中用兩臺質量流量計控制標準濃度氨氣和氮氣的混合比例來獲得不同濃度的氨氣。對應氨氣濃度為 4、10、16、20ppm ,分另1J混入 SO2濃度為60、68、80、96mg/m 3如圖6所示，混入SO2氣體前后對氨氣濃度值的測量并沒有影響。而且，可以看出實測數據值有很好的線性度。最后通過數據修正可獲得準確的接近理論值的氨氣濃度。a 10 T2 M 14 IB 2022T hsGTEtiQa.l V 3 lut ppm圖6混入SO2對氨氣濃度測量值的影響2）準確性、線性度

12、測試0.00,51.015時間/hour圖7濃度梯度測試（a）不同濃度的2f光譜（b）分析儀測量氨氣濃度梯度圖7為氨逃逸分析儀”濃度梯度測試結果。測試中用兩臺質量流量計控制標準濃度氨氣和 氮氣的混合比例來獲得不同濃度的氨氣，其中配置的氨氣濃度依次為0 ppm , 5 ppm ,10ppm ,15 ppm , 20 ppm ,測試結果如圖7（b）所示，黑色點為 氨逃逸分析儀”實際測得的 氨氣濃度值，每個濃度梯度測試時間約10分鐘。取濃度梯度測試中穩定后兩分鐘的濃度平均值作為該梯度的測量值，絕對值偏差分別為 0.03/0.03/-0.03/-0.04/0.08 ppm ,相對誤差最大只有 0.6%

13、 ,表明該分析儀具有很高的準確 度。另外，對實測濃度值做線性分析，線性相關系數R2高達0.99995 ,表明該分析儀具有很好的線性度。綜上所述：對比近紅外（TDLAS）激光吸收光譜、紫外差分（DOAS）吸收光譜技術，中紅外激 光吸收（LDIR）光譜技術具有明顯的優勢，對比結果如表1所示。該技術采用單光程，在高溫 使用現場中，熱致光路影響小，無需現場光路矯正，抗氣體干擾性強，使用成本低，維修周 期長；對于測試數據上，具有測量線性度好、準確度高、精度高、誤差小的優點。近紅外激光紫外差分中紅外激光光光難度難容易坑氣體干擾 住易受水干擾易受SO2干擾無干擾氣體池可靠 住差好好氨逃逸測量0.11ppm>1ppm<0.1ppm準確性維護頻度高中低所以，中紅外激光吸收光譜技術為目前SCR工藝氨逃逸測量中低濃度區間準確度差，響應時