环境监测在线分析技术：激光原位测量氨逃逸量的应用案例

（1）烟气脱硝工况

某电厂烟气脱硝工况参数见表5.5。

表5.5　烟气脱硝工况参数表

（2）应用激光原位测量氨逃逸量技术方案

该电厂是典型的2×30万kW燃煤锅炉，脱硝工艺采用SNCR+SCR串联工艺，1个锅炉2个烟道，每个烟道1套SCR，共4个SCR脱硝系统。采用2套双通道RB210，1套主机连接2个烟道光学端，RB210主机放置在两个烟道中间的控制室，通过光缆和同轴电缆连接2个烟道。

对该电厂的氨逃逸量检测，采用加拿大Unisearch的LasIR R系列的双通道RB210 NH3逃逸检测系统，其检测系统参见图5.16。

图5.16　LasIR R系列的双通道RB210 NH3逃逸检测系统

该仪器的技术特点及典型测量数据如下。

1）采用对射式检测逃逸氨浓度的代表性好

该电厂的SCR脱硝后烟气中粉尘含量高达30 000～50 000 mg/Nm3，烟道尺寸长8 m，宽6 m，对射式光学发射和接收探头安装在烟道8 m长边的中部，光束穿透6 m宽的烟道进行测量（扣除烟道保温层厚度，测量光程为4.5 m）。SCR的喷氨是在锅炉省煤器出口和催化剂之间，在催化剂以后逃逸NH3的分布并不是非常均匀的，如果是在烟道的某一点（采用抽取式NH3分析系统）或某一小段（采用对角安装的NH3分析系统）所得到的NH3浓度值都没有代表性，NH3逃逸的检测只能采用贯穿整个烟道的对射式直接检测才真实并有代表性。

在美国，对8 m×6 m燃煤锅炉SCR出口烟道，是在8 m长边两侧分设4组探头，用4路激光穿越6 m宽烟道进行检测，他们认为这样测出的氨逃逸量才真实可靠并具有代表性，谨防氨逃逸量超过5 ppm以后堵塞空气预热器和SCR催化剂层而造成停车事故，国外的这种考虑和配置方式值得我们借鉴。

2）采用较大功率激光器保证高粉尘下的检测要求

RB210氨逃逸分析仪能够在高达50 000 mg/Nm3粉尘工况下直接安装检测，其主要特色是采用14～20 mW功率激光器，能够非常容易地穿透整个高粉尘烟道。在如此高的粉尘以及高水分工况下，在SCR未喷氨时，分析仪的光谱基线非常平，基线噪声非常小，仪器的检测下限达到0.1 ppm以下（4.5 m光程），在喷射氨以后的实际检测，完全能够满足逃逸氨在3 ppm以内的检测要求。(www.xing528.com)

3）采用特殊的发散形激光光束克服烟道震动/变形对接收的影响

由于激光分析仪的光学发射端的焦距可调，发射端发出的是某个发散角度的光束，到达接收端的光斑远大于接收端的聚焦镜头，烟道震动和变形不会导致光束偏离接收端。在锅炉停炉以及重新起炉的过程中，虽然烟道有一定变形，但是没有观察到分析仪数据的中断。

4）采用仪表风吹扫减少光学窗口污染

虽然烟道中的粉尘非常大，但是由于烟道中是负压，采取了外部空气引流以及仪表风吹扫光学端窗口方法，该电厂实践表明，近6个月运行，光学端窗口依然较干净，无须人工清洗光学端窗口。

5）采用直接吸收法测量技术

Unisearch公司激光分析仪采用的是直接吸收法技术，而不是2F（二次谐波）法。频率调制2f测量技术基于气体吸收信号的二次谐波，频率调制增加了检测的灵敏度，但同时造成仪器对于外部因素十分敏感，如传输返回信号的同轴信号线的长度影响以及电路信号的干扰。而直接吸收法是以朗伯-比尔定律为基础的，它的测量稳定性要比频率调制技术好。基于最新的快速电子信号处理技术的全新快速扫描直接吸收信号处理技术已经达到了2f频率调制同样的检测灵敏度。（据了解，日本横河公司的激光分析仪也采用了直接吸收测量法）

6）激光波长（频率）的漂移问题

分析仪主机内置NH3标气参比池，激光器发出的激光分出2%～10%的光强到NH3参比池，通过参比池的NH3中心吸收谱线实时牢牢“锁定”激光器发出的激光波长范围，从而较好地克服了激光波长（频率）的漂移问题。

7）分析仪的校准

为满足仪器期校准的需要，提供了NH3考核模块，考核模块内置NH3标准气室，可以通过光纤的连接“串联”到分析仪与现场光学端之间的光纤中，可以比较考核模块标签浓度与分析仪显示浓度。如果浓度有偏差，用户可以据此校准分析仪。

8）测量数据

1#锅炉A烟道某段30 min NH3逃逸测量数据，参见图5.17。该电厂由于采用的是SNCR+SCR串联的脱硝工艺，所以NH3逃逸率比较低，基本上在1～3 ppm。实践证明本检测系统完全能满足脱硝氨逃逸量，在高粉尘、高水分下的检测要求。

图5.17　某电厂1#锅炉A烟道某段30 min NH3逃逸数据图表