氨逃逸量检测技术及产品简介

在SCR反应器出口，存在烟气高温（300～400℃）、高湿（水汽接近饱和）、高粉尘（20～25 g/Nm3），以及ABS（硫酸氢胺）易结露等问题，使氨的微量分析难度增大。表5.4是某燃煤发电厂SCR反应器出口的工况条件表。

表5.4　某燃煤发电厂SCR反应器出口的工况条件表

对SCR反应器出口氨逃逸量的检测，大多采用激光原位测量方法，也有采用催化还原-化学发光分析法及傅里叶变换红外光谱法检测。

（1）激光原位法和采样法检测氨逃逸量

激光分析仪检测微量氨是基于在近红外波段NH3的特征吸收光谱，NH3及H2O在近红外波段的吸收谱图如图5.9所示。

采用激光气体分析仪检测SCR反应器出口的微量氨有原位安装和采样分析两种方式，两种方式各有优缺点，依据现场工况情况而定。

原位安装方式的显著优点是无须取样及复杂的样气处理系统，且无测量时间的滞后，国外检测SCR出口的氨逃逸量，大多采用原位测量方式。这种测量方式存在的主要问题是：

①激光分析仪安装在SCR出口附近高达数十米的钢质平台上，由于仪器的发射、接收探头直接安装在烟道壁上，易受钢制烟道振动及钢制烟道受温度变化发生形变等因素的影响，可能产生测量不稳定或不应有的指示漂移。

图5.9　近红外波段NH3、H2O的吸收谱图

②不适合粉尘含量较高场合，我国燃煤锅炉烟气含尘量往往偏高，SCR又处于锅炉省煤器出口的高尘段，粉尘含量过高导致光学窗口玻片很快污染，致使测量光束的透射率降低，影响测量的准确性。

③SCR的喷氨是在锅炉省煤器出口和催化剂层之间，在催化剂层之后逃逸氨的分布并不是十分均匀的，氨逃逸量的检测应使激光光束贯穿整个烟道其测量结果才具有代表性，目前SCR反应器出口烟道最大尺寸长8 m、宽6 m，多数厂家的激光器功率不足1 mW，仅能测量烟道2 m长的一小段距离，所得到的NH3浓度值没有代表性。

采样分析方式的优点是适用范围广，粉尘含量较高场合仍然可以使用，维护和校准方便。其缺点是：

①样品处理难度大，特别是取样探头的除尘和全系统（探头、管线、测量气室）的加热保温问题，脱硝烟气中存在的ABS（硫酸氢铵）易结露，酸露点高达147℃，根据经验，系统加热保温温度应高达200℃以上。

②可能存在微量氨吸附及测量滞后问题，导致测量数据失真。

（2）原位检测氨逃逸量的激光分析仪产品

目前国内燃煤电厂SCR原位测量微量氨使用的半导体激光气体分析仪产品主要有：德国西门子公司的LDS6、西克麦哈克公司的GM700、美国LGR公司的ICOS、挪威纳斯克公司的Laser GasⅡ系列及加拿大Unisearch公司的LasIR R系列等。

西门子LDS6激光气体分析仪如图5.10所示，该仪器激光光源安装控制器内，通过光纤技术可以实现一个控制器带3个测量探头。

Sick-Maihak GM700激光气体分析系统具有单侧安装和跨烟道双侧安装两种。单侧安装探头（参见图5.11）集成了发射和接收器单元，单侧安装相对双侧安装受烟道震动影响小，该仪器可在测量光路中添加NH3参比气室作为参照物来“锁定”测量频率（波长），以防吸收峰的漂移。

加拿大Unisearch的LasIR R系列激光气体分析仪如图5.12所示。该系列激光气体分析仪中，测微量氨产品的激光器功率高达14～20 mW，能够较容易地穿透高粉尘烟道，其光束设计也具有特色，有较强的抗颗粒物、液滴影响和抗震动漂移能力，在微量氨的监测已得到较好应用，其技术特点和应用实例见本章5.5.6“激光原位测量氨逃逸量的应用案例”一节。此外，该公司还具有采样式激光分析仪，也采用光纤技术，检测气室为光线多返式结构，光程最长达55 m。

图5.10　西门子LDS6激光气体分析仪测量示意图

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图5.11　Sick-Maihak GM700激光气体分析系统（单侧）

图5.12　加拿大Unisearch的LasIR R系列激光气体分析仪

（3）采样检测氨逃逸量的激光分析仪产品

图5.13是杭州聚光公司研制的采样式脱硝烟气微量氨激光分析仪的外形图，该仪器采用多级过滤方式滤除了烟气中的大量粉尘，并且全程伴热到200℃以上，确保烟气中的水分不会冷凝，微量NH3不会溶入液态水中或与SO3发生反应而损失掉。

图5.13　聚光公司采样式脱硝烟气微量氨激光分析仪

（4）催化剂还原-化学发光间接法检测氨逃逸量

采用间接催化剂还原-化学发光法测量微量NH3的原理，是在样品取样探头上设置催化剂通道及非催化剂通道，催化剂通道的反应器将样品中的NH3定量还原，再通过化学发光法NOx分析仪测定两个通道的NOx浓度差值，即可计算出微量NH3浓度值。其中非催化剂通道测量NOx，还原催化剂通道测量（NOx—NH3）。催化还原的化学反应与脱硝原理相同。

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

图5.14是日本堀场适用于燃煤锅炉低烟尘脱硝的ENDA-C2000间接催化剂还原-化学发光法NH3分析仪测量原理图。

图5.14　催化剂还原-化学发光间接法NH3分析仪的测量原理图

图5.15是该仪器采用的样气温度低于350℃的取样探头结构图。由采样管、探头前过滤器、催化剂、反吹型过滤网及反吹系统等构成。

日本堀场ENDA-C2000利用非催化剂通道和催化剂通道的NOx浓度差通过交替流动调制方式，只使用一个化学发光分析仪检测，再通过计算获取NH3浓度。该系统可同时测量NOx、NH3含量，NH3的测量范围为0～10 ppmNH3。

还原催化剂使用与脱硝装置所使用的同种类的催化剂（组成蜂窝状结构），确保了使用寿命和性能。取样探头的前处理装置将样气温度设定在350℃，并采用过滤加反吹系统，有效提高取样探头的耐久性。

（5）热湿法傅里叶变换红外光谱仪检测逃逸氨

热湿法傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）可以同时检测多种组分，包括SO2、NO、NO2、NH3、HCl等，也可检测脱硝反应器的NO、NO2、NH3，由于价格较贵，目前在脱硝工艺中的应用不多。

图5.15　ENDA-C2000带反吹的加热取样探头

FTIR由取样、样品处理、傅立叶变换红外光谱仪等部分组成。

取样处理部分由高温取样探头、加热样气输送管线及气体处理单元等组成。气体处理单元包括：高温泵、高温切换阀、二次过滤器和流量计，所有部件均安装在恒温180℃的机箱内。其中高温采样泵从烟道中抽取烟气，烟气经二次过滤器再过滤，除去超细烟尘，流量计对烟气流量进行监视。