CN111855603A - 一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，属于氨逃逸监测技术领域。本发明包括采样探头、烟气预处理单元、氨气分析仪、电磁阀组、压缩空气预处理单元、传输管线，采样探头通过传输管线连接烟气预处理单元，烟气预处理单元通过传输管线连接氨气分析仪，压缩空气预处理单元通过传输管线分别连接电磁阀组、烟气预处理单元、采样探头、氨气分析仪，电磁阀组通过传输管线分别连接采样探头及烟气预处理单元，电磁阀组还连接有标准气源。本发明能够连续并准确监测选择性催化还原法或选择性非催化还原法的氨逃逸量，通过对氨逃逸的监测，控制氨的使用量，提高脱硝装置的运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及氨逃逸监测技术领域，尤其涉及一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统。
背景技术
在大规模燃烧矿物燃料的领域，例如燃煤发电厂，都安装了前燃（pre-combustion)或后燃（post combustion）NOx控制技术的脱硝装置，后燃NOx控制技术可以是选择性催化还原法(SCR) 也可以是选择性非催化还原法(SNCR)，但是无论应用哪种方法，基本原理都是一样的，即都是通过往反应器内注入氨与氮氧化物发生反应，产生水和N2。注入的氨可以直接以NH3的形式，也可以先通过尿素分解释放得到NH3再注入的形式，无论何种形式，控制好氨的注入总量和氨在反应区的空间分布便可以最大化的降低NOx排放。
氨注入的过少，就会降低还原转化效率，氨注入的过量，不但不能减少NOx排放，反而因为过量的氨导致NH3 逃逸出反应区。氨逃逸过量会产生以下弊端：逃逸的NH3会与工艺流程中产生的硫酸盐发生反应生成硫酸铵盐，且主要都是重硫酸铵盐。铵盐会在锅炉尾部烟道下游固体部件表面上沉淀，例如沉淀在空气预热器扇面上，会造成严重的设备腐蚀与堵塞，影响机组的安全运行。氨逃逸将腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活（即失效）和堵塞，大大缩短催化剂寿命。过量的逃逸氨会被飞灰吸收，导致加气块（灰砖）无法销售。逃逸掉的氨气造成资金的浪费，环境污染。
而目前对于氨逃逸的监测大致分为以下三种，分别存在的弊端如下：
1、对穿式激光法：烟道震动影响对光，难以维护；粉尘和水气引起镜片污染，影响透光率；光程短，精度和检出限不足；无法标定和验证。
2、单侧激光法：粉尘和水气引起镜片污染，影响透光率；光程短，精度和检出限不足；无法标定和验证。
3、抽取式激光法：光程短，精度和检出限不足。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其能够连续并准确监测选择性催化还原法或选择性非催化还原法的氨逃逸量，通过对氨逃逸的监测，控制氨的使用量，提高脱硝装置的运行效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，包括采样探头、烟气预处理单元、氨气分析仪、电磁阀组、压缩空气预处理单元、传输管线，所述采样探头通过传输管线连接所述烟气预处理单元，所述烟气预处理单元通过传输管线连接所述氨气分析仪，所述压缩空气预处理单元通过传输管线分别连接所述电磁阀组、烟气预处理单元、采样探头、氨气分析仪，所述电磁阀组通过传输管线分别连接所述采样探头及烟气预处理单元，所述电磁阀组还连接有标准气源。
作为本发明优选，所述采样探头内、采样探头向烟气预处理单元输气的传输管线内、烟气预处理单元向氨气分析仪输气的传输管线内均设有加热装置。
作为本发明优选，所述传输管线包括样品输送管、标气输送管和备用输送管。
作为本发明优选，所述烟气预处理单元包括第一颗粒物过滤器、射流泵、逆止阀，所述采样探头连接所述第一颗粒物过滤器，所述第一颗粒物过滤器连接所述氨气分析仪的进气端，所述氨气分析仪的出气端连接所述射流泵，所述第一颗粒物过滤器上游通过直通标气管连接至所述电磁阀组，所述逆止阀设于所述直通标气管上，所述直通表气管上还设有针阀，所述射流泵的进气端连接所述压缩空气预处理单元，所述射流泵的出气端连接排空汇流管或连通室外。
作为本发明优选，所述氨气分析仪连接所述射流泵的管线与所述氨气分析仪的压力传感器接口连接。
作为本发明优选，所述压缩空气预处理单元包括依次连接的第一调压过滤阀、第二颗粒物过滤器、第三颗粒物过滤器、干燥器，所述干燥器的出气端分别连接有第一减压阀、反吹气开关阀、第二减压阀，所述第一减压阀的出气端分别连接所述烟气预处理单元和备用管线开关阀，所述反吹气开关阀连接所述采样探头，所述第二减压阀的出气端分别连接所述电磁阀组和氨气分析仪。
作为本发明优选，所述反吹气开关阀与采样探头之间的管线上设有第三减压阀、第一三通电磁阀、第二逆止阀。
作为本发明优选，所述第二减压阀与氨气分析仪之间的管线上设有第一流量计。
作为本发明优选，所述电磁阀组包括第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第四三通电磁阀、直通电磁阀，所述直通电磁阀的进气端通过第四减压阀连接有标准氨气源，出气端连接所述第二三通电磁阀；所述第四三通电磁阀的进气端通过第五减压阀连接有标准氮气源，出气端连接所述第二三通电磁阀；所述第三三通电磁阀的进气端连接所述压缩空气预处理单元，出气端连接所述第二三通电磁阀；所述第二三通电磁阀的一个进气端连接所述烟气预处理单元，另一个进气端连接所述第三三通电磁阀、第四三通电磁阀和直通电磁阀，出气端通过全程标气管连接所述采样探头。
作为本发明优选，所述第二三通电磁阀连接所述第三三通电磁阀、第四三通电磁阀和直通电磁阀的进气端设有第二流量计。
本发明的优点是：
1、标定与校验：可用标准气体对系统进行全程标定与校验；
2、不受烟道震动影响：旁路测量不受现场震动等环境因素影响；
3、高温热湿采样，减少烟气冷凝，避免粉尘和水气对测量光路和气室的污染；
4、氨气分析仪采用高温紫外傅立叶变换原理，NH3对紫外光有非常典型的周期性吸收光谱，采用傅立叶变换（FFT）进行光谱分析，依据朗伯比尔定律测量出UV光的吸收量，实现NH3的测量，并实现更高的测量精度和检出限，检出限可达0.1mg/m3。
附图说明
图1为本发明一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统的结构原理图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，包括采样探头1、烟气预处理单元2、氨气分析仪3、电磁阀组4、压缩空气预处理单元5、传输管线。
其中，采样探头1采用射流采样的直接抽取方式，避免采用运动部件，比如电动隔膜泵等，以避免影响探头的高温耐受性及故障率。采样探头内置有加热装置，适用于高粉尘环境的高温湿热采样，能够有效防止冷凝或铵盐结晶，最高加热温度可达180℃。另外，探头采用双极粉尘过滤，两极过滤器间集成加热截止阀，反吹、校验、维护时可关断取样点气流；而内置过滤器的过滤方式采用由内而外，保证探头腔室内干净，更换滤芯时可带出粉尘。并且，采样探头设有反吹气接口，配合所述压缩空气预处理单元5提供的反吹气体可对采样探头进行有效的反吹，以排出粉尘，确保采样探头的畅通。采样探头还设有标定气口，可将氨气标准气体通入到探头最前端以进行全过程标定。
所述烟气预处理单元2主要包括第一颗粒物过滤器21、射流泵22、逆止阀23，所述第一颗粒物过滤器21用于进一步过滤采样探头输送过来的样气；所述射流泵22用于将经过氨气分析仪检验后的样气排出；所述逆止阀23设置于连接第一颗粒物过滤器21上游的直通标气管上，以保证标气的单向传输。
所述氨气分析仪3利用了高温快速傅立叶变换紫外光学吸收分析原理：利用NH3对紫外光的吸收特性，NH3对紫外光有非常典型的周期性吸收光谱，采用傅立叶变换（FFT）进行光谱分析，依据朗伯比尔定律测量出UV光的吸收量，实现NH3的测量；分析单元选用高温型，分析仪内部气路可加热至220℃，并允许湿热气流直接进入分析仪；NH3检出限低至0.1ppm；测量数据通过4-20mA模拟信号输出至用户DCS控制系统。
所述压缩空气预处理单元5包括依次连接的第一调压过滤阀51、第二颗粒物过滤器52、第三颗粒物过滤器53、干燥器54，所述干燥器54的出气端分别连接有第一减压阀55、反吹气开关阀56、第二减压阀57。所述第一减压阀55的出气端通过FEP管连接所述射流泵22的进气端，用于提供射流气体，以及备用管线开关阀58，以提供一个备用气源。所述反吹气开关阀56通过PP管连接所述采样探头1的反吹气接口，以实现对采样探头的反吹气，除去粉尘，该段反吹气的管线上还设有用于控制吹扫气压的第三减压阀561、用于控制吹扫开关的第一三通电磁阀562、用于确保吹扫气体单向输送的第二逆止阀563。所述第二减压阀57的出气端通过FEP管连接所述电磁阀组4的系统零气管线，以便于系统进行零位调整，以及通过FEP管连接氨气分析仪3的吹扫接口，用于吹扫氨气分析仪，除去粉尘。其中，第二减压阀57连接氨气分析仪3的管线上设有第一流量计59，以便控制吹扫流量。
所述电磁阀组4主要用于控制标气管线，以及压缩空气预处理单元提供的系统零气管线。电磁阀组4包括第二三通电磁阀41、第三三通电磁阀42、第四三通电磁阀43、直通电磁阀44，所述直通电磁阀44的进气端通过第四减压阀45连接有氨气标准气源，出气端连接所述第二三通电磁阀41；所述第四三通电磁阀43的进气端通过第五减压阀46连接有氮气标准气源，出气端连接所述第二三通电磁阀41；所述第三三通电磁阀42的进气端连接所述压缩空气预处理单元5的系统零气管线，出气端连接所述第二三通电磁阀41；所述第二三通电磁阀41的一个进气端连接所述烟气预处理单元2，另一个进气端连接所述第三三通电磁阀42、第四三通电磁阀43和直通电磁阀44，出气端通过全程标气管47（FEP管）连接所述采样探头。所述第二三通电磁阀连接所述第三三通电磁阀、第四三通电磁阀和直通电磁阀的进气端设有第二流量计48，以便控制标气流量。
所述传输管线用于连接上述各个系统部件，其中，样气所经过的管线至少包括三根输送管，一根为样品输送管，用于样品气体的输送；一根为标气输送管，用于标准气体的全系统校准；一根为备用输送管，用于在上述两根输送管发生故障的情况下紧急备用。并且从采样探头到氨气分析仪之间的管线内设有加热装置，加热温度控制在180±2℃，以减少烟气冷凝。具体的，采样探头1采集到的样气经过采样伴热管6输送至第一颗粒物过滤器21，随后经过不锈钢管输送至氨气分析仪3进行分析，样气自氨气分析仪3的出气端出来后，经过一段循环的不锈钢管后再次输送至氨气分析仪3的压力传感器接口，并且该段循环的不锈钢管还连接于射流泵22的吸气端，当循环不锈钢管内的气压达到设定值后，射流泵22将该段不锈钢管内的样气带出至室外或排空汇流管内。另外，采样伴热管6于第一颗粒物过滤器21上游连接有直通标气管24（FEP管），直通标气管24上设有控制气体单向输送的逆止阀23和调节气量的针阀25，直通标气管24的另一端连接所述第二三通电磁阀41，用于持续进行标定和校验。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，该具体实施方式是基于本发明整体构思下的一种实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，包括采样探头、烟气预处理单元、氨气分析仪、电磁阀组、压缩空气预处理单元、传输管线，所述采样探头通过传输管线连接所述烟气预处理单元，所述烟气预处理单元通过传输管线连接所述氨气分析仪，所述压缩空气预处理单元通过传输管线分别连接所述电磁阀组、烟气预处理单元、采样探头、氨气分析仪，所述电磁阀组通过传输管线分别连接所述采样探头及烟气预处理单元，所述电磁阀组还连接有标准气源。
2.根据权利要求1所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述采样探头内、采样探头向烟气预处理单元输气的传输管线内、烟气预处理单元向氨气分析仪输气的传输管线内均设有加热装置。
3.根据权利要求1所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述传输管线包括样品输送管、标气输送管和备用输送管。
4.根据权利要求1所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述烟气预处理单元包括第一颗粒物过滤器、射流泵、逆止阀，所述采样探头连接所述第一颗粒物过滤器，所述第一颗粒物过滤器连接所述氨气分析仪的进气端，所述氨气分析仪的出气端连接所述射流泵，所述第一颗粒物过滤器上游通过直通标气管连接至所述电磁阀组，所述逆止阀设于所述直通标气管上，所述直通表气管上还设有针阀，所述射流泵的进气端连接所述压缩空气预处理单元，所述射流泵的出气端连接排空汇流管或连通室外。
5.根据权利要求4所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述氨气分析仪连接所述射流泵的管线与所述氨气分析仪的压力传感器接口连接。
6.根据权利要求1所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述压缩空气预处理单元包括依次连接的第一调压过滤阀、第二颗粒物过滤器、第三颗粒物过滤器、干燥器，所述干燥器的出气端分别连接有第一减压阀、反吹气开关阀、第二减压阀，所述第一减压阀的出气端分别连接所述烟气预处理单元和备用管线开关阀，所述反吹气开关阀连接所述采样探头，所述第二减压阀的出气端分别连接所述电磁阀组和氨气分析仪。
7.根据权利要求6所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述反吹气开关阀与采样探头之间的管线上设有第三减压阀、第一三通电磁阀、第二逆止阀。
8.根据权利要求6所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述第二减压阀与氨气分析仪之间的管线上设有第一流量计。
9.根据权利要求1所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述电磁阀组包括第二三通电磁阀、第三三通电磁阀、第四三通电磁阀、直通电磁阀，所述直通电磁阀的进气端通过第四减压阀连接有氨气标准气源，出气端连接所述第二三通电磁阀；所述第四三通电磁阀的进气端通过第五减压阀连接有氮气标准气源，出气端连接所述第二三通电磁阀；所述第三三通电磁阀的进气端连接所述压缩空气预处理单元，出气端连接所述第二三通电磁阀；所述第二三通电磁阀的一个进气端连接所述烟气预处理单元，另一个进气端连接所述第三三通电磁阀、第四三通电磁阀和直通电磁阀，出气端通过全程标气管连接所述采样探头。
10.根据权利要求9所述的一种傅里叶变换紫外氨逃逸在线监测系统，其特征在于，所述第二三通电磁阀连接所述第三三通电磁阀、第四三通电磁阀和直通电磁阀的进气端设有第二流量计。
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113758920A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-12-07 | 北京新叶科技有限公司 | 一种氨逃逸监测装置 |
| CN113996129A (zh) * | 2021-09-16 | 2022-02-01 | 金川集团股份有限公司 | 一种余氯吸收外排样气前置处理装置 |
-
2020
- 2020-08-21 CN CN202010849227.9A patent/CN111855603A/zh active Pending
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| CN113758920A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-12-07 | 北京新叶科技有限公司 | 一种氨逃逸监测装置 |
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