CN104458869A - 氨逃逸在线监测分析方法及仪器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种氨逃逸在线监测分析方法及仪器，涉及环境监测技术领域。所述氨逃逸在线监测分析方法包括以下步骤：采样吸收逃逸氨、检测逃逸氨的含量、测量样气采样体积、计算逃逸氨的浓度；所述氨逃逸在线监测分析仪器包括采样吸收单元和检测单元，还包括分析控制单元。本发明采用抽取式采样法，利用采样泵的抽吸力从烟道内抽取样气，过滤后输送到仪器内检测，避免烟气中的灰尘影响检测结果。本发明采用氨气敏电极法检测样气中逃逸氨的浓度，具有检测周期短、检测精度高、抗干扰能力强等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，尤其涉及一种氨逃逸在线监测分析方法及仪器。
背景技术
煤炭等化石燃料燃烧过程会排放大量氮氧化物（NOx）污染物，NOx排放到空气中可形成酸雨、光化学烟雾等，给人们的生产和生活带来了很大危害。目前大多数燃煤发电机组和燃煤锅炉都安装了选择性催化还原法（SCR）或者选择性非催化还原法（SNCR）烟气脱硝装置，用以减小NOx的排放。SCR/SNCR法的原理是使用液氨或氨水作为还原剂注入脱硝装置，在高温下生成氨气（NH3），氨气和烟气中的NOx发生还原反应，生成无害化的N2和H2O。
在实际工艺过程中，氨气和烟气中的NOx不可能恰好完全反应，很可能有少量的氨气未参与还原反应，而从烟气脱硝装置出口逃逸出去，此部分氨气叫做逃逸氨，也叫氨逃逸。逃逸氨会造成环境污染，并增加运行成本。逃逸氨会腐蚀催化剂模块，造成催化剂失活和堵塞，大大缩短催化剂寿命。逃逸氨会与烟气中的SO3发生反应生成硫酸铵盐，沉淀附着在下游设备的表面，造成了设备腐蚀，使得维护费用和工作量显著增加。因此SCR/SNCR脱硝过程需要对氨逃逸进行在线监测分析，以便优化SCR/SNCR工艺中还原剂氨的注入量，从而提高脱硝效率，避免环境污染。控制氨逃逸还能有效地减少铵盐的生成，避免造成对下游设备的腐蚀和危害。
在氨逃逸在线监测分析领域，目前国内外的主流技术是原位式激光分析法。其原理是利用激光的单色性以及对特定气体的吸收特性进行分析。分析仪器一般设计成探头型的结构，直接安装在烟道上。激光发射端和接收端安装在烟道一侧或两侧。激光通过发射端窗口进入烟道，被接收端反射或接收后，进入分析仪器。发射光通过烟气时对NH3的吸收信息保留在光信号中，即形成吸收光谱，通过对吸收光谱的分析最终得到NH3的浓度。
从目前工程实践来看，原位式激光分析法存在如下缺点：
(1)由于是原位安装，仪器无法进行标定和验证，测量准确率无法保证；
(2)由于我国燃煤电厂多使用高灰分燃煤，出口烟气含尘量很高。激光穿过待测烟气，产生大量的光线折射和漫反射，严重影响了激光穿透能力，导致测量偏差大，甚至测量不出来；
(3)现场粉尘造成发射端与接收端镜片堵塞，需要经常维护；烟道振动造成发射端与接收端不能对准，仪器无读数或数据跳变。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种氨逃逸在线监测分析方法及仪器。本发明采用抽取式采样法，利用采样泵的抽吸力从烟道内抽取烟气样品（以下称为样气），过滤后输送到仪器内检测。本发明采用氨气敏电极法检测样气中逃逸氨的浓度。
氨气敏电极法目前用于检测废水和污水中的氨氮，具有检测周期短、检测精度高、抗干扰能力强等优点。其原理如下：氨气敏电极为一复合电极，以pH玻璃电极为指示电极，银-氯化银电极为参比电极。在水样中加入强碱溶液将pH值提高到12以上，所有的铵离子都转化为气态的氨，生成的氨气由于扩散作用通过一层半透膜(水和其他离子则不能通过) ，进入氨气敏电极的内部参与化学反应，改变了电极内部电解液的pH值，从而造成氨气敏电极的电动势的变化。电动势的变化与水样中氨的含量成线性关系，因此根据氨气敏电极的电动势的变化，可以测出水样中氨的含量。
本发明提供一种氨逃逸在线监测分析方法。具体方案如下：
氨逃逸在线监测分析方法，包括以下步骤：
步骤1：启动采样泵，对含逃逸氨的烟气进行采样，样气过滤除尘后被吸入喷淋器中，与纯水充分接触，使样气中的逃逸氨完全溶于纯水，形成氨水待测液；
步骤2：采样至设定时间，关闭采样泵，停止采样，抽取喷淋器中的氨水待测液到检测池中，向检测池中加入释放剂，使氨水待测液释放出氨气，根据氨气敏电极的电动势的变化，测出氨水待测液中氨的含量，也就是样气中逃逸氨的含量M；
步骤3：根据采样时间和采样流量，测出样气采样体积V；
步骤4：计算样气中逃逸氨的浓度C；
所述样气中逃逸氨的浓度根据公式（1）计算：
（1）
C：样气中逃逸氨的浓度，mg/m3；
M：样气中逃逸氨的含量，mg；
V：样气采样体积，m3。
本发明还提供一种应用上述方法的氨逃逸在线监测分析仪器，所述氨逃逸在线监测分析仪器包括采样吸收单元和检测单元；
所述采样吸收单元包括采样管、过滤器、伴热管、喷淋器、纯水瓶、除水器、流量计、采样泵；所述采样管的一端位于烟道内，另一端连接过滤器，所述伴热管的一端连接过滤器，另一端连接喷淋器的进气口；所述喷淋器的入水口通过管路连接纯水瓶，出气口通过管道连接除水器；所述除水器通过管道连接流量计；所述流量计通过管道连接采样泵；
所述检测单元包括排阀、注射器、释放剂瓶、检测池、氨气敏电极、电磁阀；所述排阀有多个端口，其中一个端口通过管道连接喷淋器的出水口，一个端口通过管道连接注射器，一个端口通过管道连接释放剂瓶，一个端口通过管道连接检测池；所述氨气敏电极插设在检测池内；所述检测池通过管道连接电磁阀；
所述氨逃逸在线监测分析仪器还包括分析控制单元，分析控制单元对仪器进行自动化控制、数据采集与处理、存储与输出。
本发明的有益效果：本发明采用抽取式采样法，利用采样泵的抽吸力从烟道内抽取样气，过滤后输送到仪器内检测，避免烟气中的灰尘影响检测结果。本发明采用氨气敏电极法检测样气中逃逸氨的浓度，具有检测周期短、检测精度高、抗干扰能力强等优点。
附图说明
图1是本发明实施例中氨逃逸在线监测分析仪器的工作流程图。
图2是本发明实施例中氨逃逸在线监测分析仪器的结构示意图。
图3是本发明实施例中氨逃逸在线监测分析仪器增加分析控制单元的结构示意图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。
如图2所示的氨逃逸在线监测分析仪器，包括采样吸收单元和检测单元。采样吸收单元包括采样管1、过滤器2、伴热管3、喷淋器4、纯水瓶5、除水器6、流量计7、采样泵8。检测单元包括排阀9、注射器10、释放剂瓶11、检测池12、氨气敏电极13、电磁阀14。
采样管1的一端位于烟道内，另一端连接过滤器2。伴热管3的一端连接过滤器2，另一端连接喷淋器4的进气口。喷淋器4的入水口通过管道连接纯水瓶5，出气口通过管道连接除水器6。除水器6通过管道连接流量计7。流量计7通过管道连接采样泵8。采样管1用于采集样气。过滤器2用于过滤样气中的灰尘，避免样气中的灰尘影响检测结果。伴热管3用于输送样气。过滤器2和伴热管3上设有加热装置，用于加热样气，避免样气在采样过程中冷凝而不能准确检测。喷淋器4用于喷淋纯水，使样气中的逃逸氨完全溶于纯水，形成氨水待测液。纯水瓶5用于储存纯水。除水器6用于去除样气中的水分，避免腐蚀流量计和采样泵。流量计7用于测量采样流量。采样泵8用于提供采样所需的抽吸力。
排阀9有多个端口，其中一个端口通过管道连接喷淋器4的出水口，一个端口通过管道连接注射器10，一个端口通过管道连接释放剂瓶11，一个端口通过管道连接检测池12。氨气敏电极13插设在检测池12内。检测池12通过管道连接电磁阀14。注射器10用于抽取氨水待测液和释放剂。释放剂瓶11用于储存释放剂。氨气敏电极13用于检测样气中逃逸氨的含量。电磁阀14用于排出检测池12中的氨水待测液。
上述氨逃逸在线监测分析仪器的工作流程如图1所示，包括以下步骤。
采样吸收逃逸氨：启动采样泵8，对含逃逸氨的烟气进行采样；在采样泵8产生的负压作用下，样气进入采样管1，经过滤器2除尘后进入伴热管3，然后被吸入喷淋器4中，同时纯水也从纯水瓶5中被吸入喷淋器4中，样气与纯水在喷淋器4中充分接触，使样气中的逃逸氨完全溶于纯水，形成氨水待测液；未被纯水吸收的样气从喷淋器4中被抽出，经除水器6去除水分，再通过流量计7，最后被采样泵8排出仪器。
检测逃逸氨的含量：采样至设定时间，关闭采样泵8，停止采样；注射器10通过排阀9抽取喷淋器4中的氨水待测液注入检测池12中，然后通过排阀9抽取释放剂瓶11中的释放剂注入检测池12中，使氨水待测液释放出氨气；根据氨气敏电极13的电动势的变化，测出氨水待测液中氨的含量，也就是样气中逃逸氨的含量M；检测结束后，打开电磁阀14，排出检测池12中的氨水待测液。
测量样气采样体积：根据采样时间和流量计7的采样流量，测出样气采样体积V。
计算逃逸氨的浓度：根据公式（1）计算样气中逃逸氨的浓度C：
（1）
C：样气中逃逸氨的浓度, mg/m3；
M：样气中逃逸氨的含量，mg；
V：样气采样体积，m3。
如图3所示的氨逃逸在线监测分析仪器，在仪器中增加分析控制单元15，分析控制单元15对仪器进行自动化控制、数据采集与处理、存储与输出，按时序根据设定的采样时间对样气进行监测分析，计算并输出样气中逃逸氨的浓度。
本发明采用抽取式采样法，利用采样泵的抽吸力从烟道内抽取样气，过滤后输送到仪器内检测，避免烟气中的灰尘影响检测结果。本发明采用氨气敏电极法检测样气中逃逸氨的浓度，具有检测周期短、检测精度高、抗干扰能力强等优点。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。
Claims (3)
1.氨逃逸在线监测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：启动采样泵，对含逃逸氨的烟气进行采样，样气过滤除尘后被吸入喷淋器中，与纯水充分接触，使样气中的逃逸氨完全溶于纯水，形成氨水待测液；
步骤2：采样至设定时间，关闭采样泵，停止采样，抽取喷淋器中的氨水待测液到检测池中，向检测池中加入释放剂，使氨水待测液释放出氨气，根据氨气敏电极的电动势的变化，测出氨水待测液中氨的含量，也就是样气中逃逸氨的含量M；
步骤3：根据采样时间和采样流量，测出样气采样体积V；
步骤4：计算样气中逃逸氨的浓度C；
所述样气中逃逸氨的浓度根据公式（1）计算：
（1）
C：样气中逃逸氨的浓度，mg/m3；
M：样气中逃逸氨的含量，mg；
V：样气采样体积，m3。
2.氨逃逸在线监测分析仪器，其特征在于：所述氨逃逸在线监测分析仪器包括采样吸收单元和检测单元；
所述采样吸收单元包括采样管、过滤器、伴热管、喷淋器、纯水瓶、除水器、流量计、采样泵；所述采样管的一端位于烟道内，另一端连接过滤器，所述伴热管的一端连接过滤器，另一端连接喷淋器的进气口；所述喷淋器的入水口通过管路连接纯水瓶，出气口通过管道连接除水器；所述除水器通过管道连接流量计；所述流量计通过管道连接采样泵；
所述检测单元包括排阀、注射器、释放剂瓶、检测池、氨气敏电极、电磁阀；所述排阀有多个端口，其中一个端口通过管道连接喷淋器的出水口，一个端口通过管道连接注射器，一个端口通过管道连接释放剂瓶，一个端口通过管道连接检测池；所述氨气敏电极插设在检测池内；所述检测池通过管道连接电磁阀。
3. 根据权利要求2所述的氨逃逸在线监测分析仪器，其特征在于：所述氨逃逸在线监测分析仪器还包括分析控制单元，分析控制单元对仪器进行自动化控制、数据采集与处理、存储与输出。
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