PIMS多点式激光光谱氨逃逸监测系统介绍及实际应用(2)

2020-05-08 10:31

位检测(in-situ measurement)的响应时间。实际上,PIMs的这种快速响应更加适合于工艺流程检测需要,是替代原位检测的一种独特技术。

PIMs的过滤器反吹系统可以通过R系列分析仪设定反吹时间和频率,即使在100g/m3的粉尘工况下,也能保证探杆和过滤器不堵塞,过滤系统的维护量小。 PIMs氨逃逸检测系统的另一个核心技术是整套系统的免标定技术,PIMs系统并不需要用户通过氨气标准气体对系统进行定期标定。免标定技术是通过LasIR R系列激光光谱分析仪来实现的, R系列激光光谱分析仪内置了密封的氨气标准气体,用户可以通过分析仪的lasIRview 软件设定系统的零点(Zero)和跨度(Span)来定期考核。本质上,Unisearch的激光分析仪能实现零点和跨度无系统漂移,除了内置标准气体外,真正的原因是Unisearch的激光光谱分析仪采用的是直接吸收法(DI : Direct Absorption ) TDLAS技术,而不是通常的二次谐波法(2F)的TDLAS技术。

下图是用户自定义的利用内置标准氨气进行的零点和跨度考核数据截图:

本质上PIMs是一种独特光学检测终端,PIMs直接安装在烟道,通过光缆/同轴电缆与分析小屋的LasIR R系列多通道激光光谱分析仪连接,构成一套完整的氨逃逸监测系统。LasIR R系列分析仪发出的激光通过光缆到达PIMs光学端,激光在PIMs的检测池内多次反射后到达检测器,检测器将光信号转换成电信号通过同轴电缆传输回R系列分析仪,分析仪通过光谱分析仪,计算出逃逸氨的浓度。

R系列多通道分析仪在1到16通道都能提供,可以连接多个PIMs终端组成多点氨逃逸监测系统。由于多个PIMs都是独立的检测单元,所以多点能够同时进行监测,并且分析仪对应每个通道都有独立的4-20mA输出。值得注意的是,多点的检测浓度值最终并不进行平均,而是将多点的检测浓度值传输至电厂DCS,提供给SCR进行喷氨优化。 这种多点监测系统最大可能的反映了烟道中逃逸氨的分布情况,对于SCR的喷氨优化以及催化剂的区域活性检测非常有意义。

下图是一个以四通道PIMs系统为例的示意图:

可以从示意图中看出,这种四点检测系统可以大致的反应出烟道截面各个区域的氨逃逸分布。国际上通常也是通过这种多点监测解决逃逸氨的不均匀性问题。

下图为优胜公司在中国某电厂660MW超临界机组A、B烟道上安装的两套四通道PIMS多点式系统的现场照片。

通过两套四通道的PIMS监测系统,A烟道可获得A1、A2、A3、A4四个监测点的数据,B烟道可获得B1、B2、B3、B4四个监测点的数据。下图是A、B烟道在喷氨优化之前的氨逃逸和NOx的分布图:

从以上实际监测到数据可以看出,在A、B烟道在没有做喷氨优化之前,氨逃逸和NOx的分布非常不均,相邻监测点氨逃逸差别甚至达到30ppm,相应的NOx的差别也达到几十mg/m3。该电厂基于这个状况做个相应的喷氨优化,下图为喷氨优化后的氨逃逸和NOx的分布图:

从上图可以看出,喷氨优化后的氨逃逸和NOx的分布获得了极大的改善,所有8个监测点的氨逃逸浓度均控制到3ppm以下。

我们可以从实际安装的PIMS多点式监测系统数据上看出,单点氨逃逸(或混合采样)监测对于SCR的喷氨优化没有实质性的意义,只有通过多点氨逃逸独立并且同时监测,才可能全面获得某个烟气截面上氨逃逸的实际分布情况,给SCR喷氨优化提供实时的数据支

持,最终将烟道中各区域的氨逃逸都降低到工艺设计要求,防止后端空预器由于ABS结晶引起的堵塞。

4、TDLAS技术介绍

PIMs氨逃逸检测系统除了PIMs技术以外,另一个核心是基于TDLAS技术的R系列激光光谱分析仪。

加拿大Unisearch (优胜)成立于1980年,1994年推出了基于TDLAS技术的气体分析仪,是世界上第一批推出商品化的TDLAS分析仪的公司。 TDLAS 技术原理:

TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy可调式二极管激光吸收光谱)技术的核心是使用近红外二极管激光器做为光源,通过实时改变激光器的温度以及注入电流产生高频窄波段的激光扫描,激光器产生的窄波段扫描激光束通过光纤传输到检测光学端,在光学端激光束穿过被检测气体后被聚焦到光电检测器,光电检测器将吸收光谱电信号通过同轴电缆传输回分析仪,分析仪通过对扫描吸收光谱的分析计算得到检测气体的浓度。 TDLAS技术基于气体对特定波长光谱的选择性吸收原理来获得气体的吸收光谱,定量分析上基于Lambert Beer 定律: I=Io exp(-σcl ) I:被吸收后的光强度 Io :吸收前的光强度 σ: 吸收截面 c:吸收物质的浓度 l:光程路径长度

基于TDLAS 技术的LasIR R系列气体分析仪可检测如下气体:

HF、HCL、H2S、NH3、HCN、H2O、D2O、HDO、CH4、CO、CO2、O2 .... TDLAS的技术核心是通过对单一气体吸收峰做窄带的高频扫描,由于激光光源的光谱宽度可精细到0.0001nm ,所以通过电流和温度调节,可以在极小的范围内对单一吸收峰进行扫描,从而避开了邻近其他气体吸收峰的干扰,可以做到真正意义上的无背景气体交叉干扰。

UNISEARCH公司在2000年弃用了原来的二次谐波法(2F) TDLAS技术,而采用了直接吸收法(DA) 的TDLAS技术, 直接吸收法TDLAS技术最大的优势在于可以借助目标气体参比池锁定目标气体吸收峰,真正实现分析仪无系统漂移。这种直接吸收法技术优势在HF、HCN、HCL、NH3、H2S等剧毒气体监测中表现尤其明显。UNISEARCH 公司的HF分析仪在全世界的电解铝厂HF监测中占有绝对的份额,其中主要原因是由于UNISEARCH 的HF分析仪无需用户使用HF标气进行标定。

UNISEARCH公司的TDLAS技术的另一个特点是使用光纤输出激光器,使用光纤输出的激光器可以将分析仪配置成多通道的分析仪系统,实现现场的多点同时检测。 总结

SCR脱硝工艺的氨逃逸监测实际上是一个世界性的难题,尤其对于中国电厂的高粉尘工况下的烟气。基于PIMs技术和TDLAS技术氨逃逸监测系统是在国内外大量传统氨逃逸分析仪在高粉尘工况下不能正常工作的现实情况下开发成功的,它保留了TDLAS的技术优势,用PIMs光学端替代传统的原位对射光学端(in-situ),并且充分利用了TDLAS的光纤分布优势,组成了一套多点氨逃逸监测系统。基于PIMs和TDLAS技术的氨逃逸监测系统,解决了氨逃逸检测中的5大难题,解决了氨逃逸分布不均的问题。这种准确、全面的氨逃逸监测数据将会对SCR的优化控制起到至关重要的作用。


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