脱硝工艺系统

脱硝工艺系统


脱硝工艺系统


NH3逃逸及SO2NO在线监测方案

1、概述

氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的氮氧化物 NOx有多种不同形式:N2ONONO2N2O3N2O4 N2O5,其中 NONO2是重要的大气污染物。

研究表明,氮氧化物的生成途径有三种:(1)热力型 NOx,指空气中的氮气在高温下氧化而生成 NOx;(2)燃料型 NOx,指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解, 继而进一步氧化而生成 NOx;(3)快速型 NOx,指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢 离子团如 CH 等反应生成 NOx。在这三种形式中,快速型 NOx所占比例不到 5%;在温度低于 1300℃时,几乎没有热力型 NOx。对常规燃煤锅炉而言,NOx主要通过燃料型生成途径而产生。控制 NOx 排放的技术指标可分为一次措施和二次措施两类,一次措施是通过各种技术手段降低燃烧过程中的 NOx 生成量;二次措施是将已经生成的 NOx 通过技术手段从烟气中脱除。

2、脱硝技术介绍

降低 NOx 排放主要有两种措施。一是控制燃烧过程中 NOx 的生成,即低 NOx 燃 烧技术;二是对生成的NOx 进行处理,我们可以采用不同的方法将NOx转化成危害性更小的气体物质,减少NOx的排放。通常我们将此过程统称为脱硝。而在脱硝系统前后分别对NOx进行监测,可以让我们了解脱硝系统的效率。由于在脱硝过程中需要注入NH3或是尿素,所以需要对脱硝过程后残留的NH3进行监测,以保证最终的排放浓度在排放标准以内。在线监测系统的数据不但可以向相关部门汇报排放量,而且可以直接作为脱硝过程中的过程控制参数。

在大规模燃烧矿物燃料的领域,例如水泥厂、电厂,都安装了前燃(pre-combustion)或后燃(post combustionNOX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,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,并因此带来昂贵的维护费用。在反应区注入的氨分布情况与NONO2的分布不匹配时也会出现氨逃逸现象,高氨量逃逸的情况伴随着NOX转化效率降低是一种非常糟糕的现象和很严重的问题。

通过以上分析可以得出这样一个结论,我们需要在最低的氨逃逸率水平下去降低氮氧化物的排放水平。在工业领域,越来越多的在线监测技术能够连续地、精确地、即时地监NH3,NO,NO2,CO,CO2,O2等与矿物燃料燃烧密切相关的气体。

3、监测方法

由于NH3是一种很活跃的气体,在采样过程中会发生化学反应,而且绝大多数注氨脱硝法都是高温高尘布置,传统的测量方法烟道直接安装测量法(光路贯穿管道)存在光学仪器发射与接受探头易被腐蚀、烟气烟尘影响光强造成测量精度不足、机械振动引起部件松动、测量受温度和压力等过程参数影响、运行维护不便等问题;同时传统的抽取式方法由于伴热管线较长会在抽取过程中NH3发生化学反应,测量也会造成偏差。

根据我们工程经验,针对循环流化床锅炉烟气SNCR脱硝,同时借鉴国外优秀设备的优点提出了半原位半抽取方法.及高温取样激光分析方式(在窑尾烟道上开1个孔直接在现场安装600×400×1500机柜内),高温恒定190-200度抽取至激光分析全程距离不超过1米,保证了NH3稳定性和测量的准确性。

(可选)同时我们根据国内客户需求创新国内唯一的NH3NOX,O2三合一系统(申请实用新型专利),及高温NH3分析后经冷凝器,稳压稳流,除尘等措置再进入常温红外气体分析仪监测NOxO2。减少了中间重复预处理环节,有效的节约成本,集成度更高,提高了稳定性和准确性

 

 

 

 

 

 

抽取式氨表与对射原位式比较

项目

高温抽取法分析系统

现场安装式分析系统

维护量

只需6-8个月更换滤芯

管道内烟气流量,粉尘磨损光学镜片等现场工况问题,维护量很大

后续运营费用

更换探头大约1万左右,探头可用5年以上

更换仪表15-20万,一般1-3

仪表使用寿命

仪表使用工况大大改善,寿命估计可达8年以上

现场使用经验来看,寿命1-2

稳定性,准确性

因去除了烟尘、水温度、干扰,更好

烟尘、水汽温度有很大干扰,漂移很大

烟尘干扰

很少

巨大

吹扫气

不需要

大量,而且要求较高

现场校准

在线校准,非常方便

需人工带标气标定,工作量恨大

测量精度

1%

无法评估

安装平台

单侧

需要双侧

对光

用户无需对光

烟道变形不会导致透

光率的变化

需要经常对光,烟道的变形会导致透光率的变化

 

IMG_279  现场氨逃逸图片

 

3.1  NH3监测方法(半原位半抽取)

激光NH3分析仪是基于光谱学技术如可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)已经在很多燃烧矿物燃料的发电厂或其他工业燃烧领域被用于监测NH3,NO,NO2,CO,CO2,O2等气体浓度监测气体在自然排放的情况时的浓度。典型的应用是脱硝之前监测NOxNO+NO2)和脱硝之后监测NOxNH3

1) 一个中央单元可配置多种分析模块:

通用的控制单元

通用的联接技术

置于通用的机箱中

2) 不同的分析模块(如SO2NOx等)分别用于全过程同步实时监测;

3) 在LCD显示屏上可同时以数字或棒图方式显示测量值;

4) 菜单驱动、人机界面;

5 LCD显示工作状态及错误信息;

6) 多种接口用于分析系统与各主/分系统间的通讯,带有RS485和以太网接口;

7) 输出/输入模块上具有灵活组态的数字及模拟量输入/输出功能;

8 19英寸抽屉式安装方式;

9) 具有自动诊断和报警功能;

校正单元包括钢瓶气,可手动完成或由数据采集系统自动设定完成,甚至经后者通过网络远距离控制实现。系统校正从探头开始,包括系统所有部件直至分析仪器。洁净的零气用来校正零点,校正气(标准气)用来校准跨度,而数据采集系统则是对数据进行有效性判断,在数据有效前提下进行自动修正。

4、系统运行与控制系统

4.1 PLC控制器系统

成套系统以浙中自控PLC为控制中枢,完成系统采样管道、取样探头过滤器的自动吹扫,完成系统自动标定、校对,及系统的流量低、分析值超限、故障等各种系统内部报警、联锁,并与DAS站连接。系统采用JAF-S系列PLC

PLC控制器系统功能主要包括:

• 自动控制烟气抽取,并自动为分析仪提供分析样气;

• 执行分析仪的零点和满量程校准;

• 自动反吹和冷凝排放;

• 显示 CEMS

• 报警、计算、定义、扩展;

• 与 DAS 系统通讯;

• 多点测量时,控制气路切换、采样排序和采样周期。

PLC 提供了 24 小时的记接口系统可以将加工过的数据传输给 DAS控制指令通系统状态(采样/校零/校跨/反吹)。

 

4.2  数据采集系统

1、系统(DAS)的组成

数据采集处理与通讯子系统由工控机、液晶显示器、组态软件等组成。由专用系统运行软件支持。可以以4-20mA的信号DCS系统连接,满足对工况进行监测的需要。自动完成数据处理、报告的形式选择和远程传送,产生的排放量报告可按用户要求设计。同时提供完整的各参数的排放量及成套系统运行状况的显示。能够提供对气体分析仪自动校正支持,并打印记录其原始校正数据及结果。提供CEM系统的自动吹扫及部分故障的自动排除的支持。

2、系统(DAS)的功能

数据采集处理与通讯子系统具有丰富的功能,具体包括:

数据采集根据需要定时地采各个通道模拟量/量数据。样的对NH3COCO2 SO2NOxO2、粉尘、烟气排量参考参数(温度、压力、流速)等。

l  数据处理根据采样得到的数据可以计算得到各种测量项的分析结果以及需要的统计 数据可以提供烟气气体成分即时值指定时间段内的平均值和指定时间段内的排放量, 并且可以识别无效的数据。

l  数据保存根据需要可以保存原始采样数据和统计数据如各通道采样原始数据即时烟气气体浓度单位时间内烟气气体浓度平均值小时烟气气体浓度平均值和各种烟气的累计干烟气排放量。

l  数据显示:可以即时显示采集到的通道烟气监测数据和监测日期时间。形式可以有:

1   数值显示:显示各通道各种烟气的测量值。每个数据组伴随显示正常范围值和超限报警幕上终保几个。可鼠标示当往数据组。

2  条形图显示:每个通道的采样数据在一个条形图上显示,条形图有浓度标尺,正范围值和限报警值在图上以同颜色的景显示。采样一次条形图刷新一次。在条形图上方,显示条形图所示的数值。

3  示采样趋势图:以曲线的形式显示当前测量的各通道的烟气浓 度。

4  显示据:一通某一内,间单浓度排 放量。

Ø   数据打印:根据需要可以打印报表、显示内容、校正记录等。

Ø   适应性:系统具有自适应性,只要修改系统设置和建立相应的测试模板,系统就可以适应新的一次测量仪表。修改系统设置,也可以改变测量对象。

Ø   系统操作

1 校准:过系统设,系统可定时定标如果需要也可以在全认证后作 界面上即时定标。

2 :通过在系统设定,系统可以定时反吹。如果需要,也可以在安认证后在 操作界面上即时反吹。

3 报警:统可以提供超限报警和事故报警。

4 自检:统提供自检工具,若有异常,给出提示。

为保证数据的安全性和保密性进入系统必须经过安全认证以避免误操作和确保系统数据的保密性,提供数据备份功能。

4.3  高温自动清洗采样探头

高温加热采样腔,2um陶瓷滤芯,并具有铵盐清洗装置,能有效的防止氨气结晶造成采样管路堵塞,自动反吹,确保样气组分完整性。

技术参数:

采样温度:Max. 600(最高)

工作环境温度:-20℃~+80℃;

采样腔加热温度: 180(可选:220)

陶瓷滤芯,过滤精度:2um ,L=75mm,可选SS316滤芯;

过滤腔容量:40cm³;

带单路反吹,反吹气控制单元(进口高温气动阀\单向阀\电磁阀等)

反吹气源: 仪用压缩空气,压力范围:0.4mBar-0.8mBar,反吹气接口:OD6/4mmOD8/6mm卡套式接头;

采样气出口:OD6/4mmOD8/6mm SS316卡套式头;

备有校准气入口,为OD6/4mmOD8/6mm卡套接头;

供电电源:220VAC/50Hz/600W

防护级:IP65

4.4  恒功率高温采样管线

有效防止烟气中水分冷凝 保证气体组分测量的精度与可靠性,管内加热温度220℃为脱硫、脱销、垃圾焚烧炉、脱硫监测持续提供高温样气。
内芯样管:Φ6mm、Φ8mm、单芯、双芯可选

技术参数:

1、单芯管线: PFA材质,OD6/4mm *1

2、进口电加热丝,串联/并联法缠绕

3、样气加热温度:220℃±10%
4
、加热管线外径:OD50mm
5
、黑色编织防磨层

6、功率:45~120W/M 
7
、供电电源: 220VAC 50H

4.5  样气处理系统一

为了排除烟气中的灰尘对激光气体分析仪的干扰,需要对样气进行除尘、去雾处理,使其符合激光气体分析仪的检测要求。样气进入机柜后先经过一个高温过滤器,该过滤器精度能达到0.5um;样气出来后进入一个酸雾过滤器;酸雾过滤器后连接采样泵,采样泵后连接一个三通接口,其中一个接口可以根据需要将样气送至NO检测系统,另一个接口的样气经过进一步的除尘处理进入激光气体分析仪。

4.6  湿度、压力智能传感器

湿度、压力传感器可以实时监控预处理系统工作状况,当回路样气中湿度,压力出现异常时第一时间把信号传送到PLC中,由PLC集中做出应对措施,并发出警报,保证预处理的稳定性,保证分析仪的准确性。

4.7  样气处理系统二(如需监测NO浓度则选用)

样气处理系统二位于SO2NOO2浓度监测机柜内,主要组成有高效冷凝器、精密过滤器、采样泵等为使样气达到红外气体分析要求的处理设备。

半导体冷凝器广泛用于对样品气进行快速脱水并尽量减少易溶与水的气体组分的丢失,为在线气体分析仪表提供干燥完整的样品气体。能在+2℃―+45℃的环境温度下正常工作。

技术参数
1.半导体原理制冷 输入样品气露点:≤+80℃定)
2.
输出样品气露点:≤5.0℃(+25℃环境温度)
3.
工作环境温度:+2~+45
4.
样品气处理能力:250NL/h
5.
样品气输入接口:OD6mmOD8mm卡套可选
6.
冷凝液输出接口:OD6mmOD8mm卡套可选
7.
制冷器高温报警:≥+ 8℃时报警
8.
双级冷凝,适用于两只热交换管

5、氨气检测系统

5.1  NH3 激光分析仪原理

基于可调二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的激光光谱气体分析,包括内置可调谐激光器的分析仪、发射激光光束并穿过被测介质的光学发射端、安装在被测介质另一端接收透射光的接收端。测量的数据被保存在分析控制器内的闪存卡或外部电脑上,外部电脑通过以太网网口或RS232端口与分析控制器连接,数据信息也可以传送到企业的数据库。

分析仪定量分析是以Beer-Lambert定律为基础,Beer-Lambert定律指出了光吸收与光穿过被检测的物质之间的关系,当一束频率为V的光束穿过吸收物质后,在其穿过的光径上的光强变化为:

I(v)=I0(v)exp[-σ(v)CL]

I(v): 光束穿过一个光程距离为L的被测气体介质后的透射光强度

I0(v):入射光强度

σ(v):被测气体的吸收横截面

C:被测气体的浓度

L:光程

在分析控制器内部,光纤耦合激光器通过光多路器可以实现气体的多点监测,系统能够做到使用单台分析控制器同时做1~16个不同点的同步监测,另外,在激光器可调谐范围之内,当不同的气体吸收谱线非常接近时,一台分析控制器也可以对多种气体进行同时监测。无电源要求的光学传感单元能非常容易的满足有防爆要求的检测场合(可以配置发射端和接受端都使用光纤传输)。

系统包含了适当的硬件和软件,是无需校正的系统,所以在现场无需使用标气瓶对系统进行校正。为了某些用户仪器管理规程的需要,我们可以提供手持式小巧的考核模块,当需要时,用户可以使用这个考核模块对整个系统(分析控制器和光学传感单元)进行考核,也可以使用自动考核功能对系统进行自动考核,自动考核的结果将被保存并显示在屏幕上。系统考核有两种选择,一是在光路上通入浓度已知的气体进行考核,二是使用我们可选的考核模块进行在线(inline )或离线(offline)考核。LasIRTM系统快速、实时原地对气体浓度进行监测,检测线性达到动态5级(105 ,即ppm级到%级),是真正适合于各种不同工业气体监测的气体分析系统。

IMG_280原装进口激光传感器

5.2  逃逸NH3分析仪概述

5.2.1  概述

由于绝大多数注氨脱硝法设备采用都是高温高尘布置,传统的现场烟道直接安装在线测量方式存在发射与接收探头易被腐蚀、烟气粉尘影响光强造成测量精度不准、机械振动引起部件松动、测量受温度和压力等过程参数影响、运行维护不便等问题,无法满足实际工艺中的逃逸NH3检测应用需求。

浙中自控生产的JAF-S系列可调式二极管激光吸收光谱(TDLAS) NH3气体分析仪,是采用世界先进的激光测量技术与中国环保监测技术相结合,通过具有多年在工业流程领域中积累丰富经验的核心技术人员精心打造丽成。该气体分析仪是由浙中自控自主研发制造的高端气体监测设备,主要应用于氨法脱硝领域过程中逃逸NH3的监测分析,为脱硝工艺过程控制提供了有效依据。

该产品采用抽取旁路测量的方式,光学非接触测量,具有测量精度高、抗干扰能力强等诸多优势,可应用于高压及高温场合,通过处理系统控制流量与压力可直接测量高温、强腐蚀性气体。

5.2.2  分析仪特点

测量精度高,不受背景气体交叉干扰IMG_281

采用可调谐二极管激光吸收光谱技术进行气体的测量,以红外可调谐激光器作为光源,发射出特定波长激光束,穿过待测气体,通过探测器接收端将光信号转换成电信号,通过分析因被测气体吸收导致的激光光强衰减,实现自灵敏快速精确监测待测气体浓度。由于激光谱宽特别窄(小τ于O.OOOlnm),且只发射待测气体吸收的特定波长,使测量不受测量环境中其它成分的干扰。

高效防腐

抽取式旁路测量的分析方式,采用全程高温伴热,有效地保证了具有腐蚀性样气的温度均高于其酸露点,确保接触部件避免被腐蚀。

可靠性高,经济运行(易于操作和维护)

分析仪内部无任何运动部件,针对工业环境的独特系统设计,极大地增强了可靠性。分析仪人机交互界面友好,温度液晶大屏幕显示,菜单式操作,基本不需要说明书就能掌握仪器的操作。经预处理抽取测量,仪器寿命长;维护方便,运行费用低。

系统无漂移,避免了定期校正需要

JAF-NH32000系列NH3分析仪采用多次反射,和披长调制光谱技术,并且进行动态的补偿,实时锁 住气体吸收谱线,不受温度、压力以及环境变化的影响,不存在漂移现象。

采用19"标准机箱,能安装在成套设备中,安装方便,开机便可正常运行无需进行现场光路调试。分析仪远离测量点,使得参数调试更加简单便捷。

长期可靠稳定的数据存储

支持U盘存储,保证数据的长期可靠存贮,可任意查询各时间开共段的历史数据。

5.2.3  技术介绍

采用国际领先、具有高检测灵敏度的可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS),通过快速调制激光频率使其扫过被测气体吸收谱线,然后采用锁相放大技术测量被气体吸收后透射谱线中的谐波分量来分析气体的吸收情况。半导体激光

穿过被测气体的光强衰减基于朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律,即被测组分对特定波长的光具有吸收,且吸收强度与组分浓度成正比,通 过测量气体对激光的衰减来测量气体的浓度。

IMG_282

国内独家实现多次反射一一光程可达到30米,检测下限更低、具有无可比拟的检测精度

5.2.4  主要技术指标

项目

指标

测量范围

0-10.0ppm 0-500.0ppm 0-1000.0 ppm 0-5000.0 ppm 0-1.0% 1-5.0%

1-10.0% 0-100.0%,具体量程可根据用户需要设定

检测下限

具体光程(多次反射15-30)与检测下限可根据用户需要设定。光程越长,

检测下限越低

分辨率

+O.3 ppm

响应时间

1 - 30秒,与实际应用有关

漂移

忽略

线性度

R的平方>0.995

标定周期

出厂设定,无需用户定期标定(可通标气进行验证)

输出

模拟信号/数字信号

工作电压

AC 100 V - 120 V 200 V - 240 V;可选择9-16 VDC18-32 VDC

环境温度

10°C - 50 °C










浙公网安备 33070202100303号

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