一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法，针对脱硝后烟气中水蒸气和逃逸氨浓度的同时在线测量需求，首先基于直接吸收光谱技术对高浓度水蒸气浓度进行在线测量，通过测量水分子吸收谱线位置以及已知的氨气分子吸收谱线与水分子吸收谱线的相对位置，锁定了氨气分子吸收谱线位置；其次在采用波长调制光谱技术进行低浓度氨气在线测量时，根据氨气分子吸收谱线位置调整激光器输出波长扫描范围，使得在测量低浓度氨气时避开了水分子吸收谱线的干扰；最后针对高浓度氨气的在线测量，采用多元线性回归法来反演氨气浓度，实现了水蒸气和氨气浓度的在线同时测量，消除了水蒸气对氨气测量的干扰，且适合低浓度和高浓度逃逸氨的测量。氨的测量。氨的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法


[0001]本专利技术涉及气体浓度检测
，具体涉及一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法。

技术介绍

[0002]目前燃煤电厂普遍采用低氮燃烧技术与选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术相结合的方式来控制氮氧化合物(NO
X
)的排放，其中SCR脱硝技术是保证烟气NO
X
排放达标的关键。SCR技术采用氨水作为还原剂，为了保证NO
X
排放不超标，工厂往往在脱硝过程中加入过量的氨水，导致烟气中存在多余的氨气，这一现象被称为氨逃逸。研发高精度的脱硝后烟气在线检测技术对于脱硝系统的正常运行的调控尤为重要。针对脱硝后烟气浓度的在线测量，目前采用较多的方法是可调谐激光吸收光谱技术，且气体采样方式为基于热湿法的直接抽取式。根据国家最新的标准规定，SCR脱销氨逃逸标准为2.5mg/m3(3ppm)。热湿法测量得到的氨气浓度结果为湿基浓度，测量后的氨气浓度需要折算为标准状况下干烟气中的浓度，也即干基浓度，以便和国家排放标准进行比对，因此也需要同时对烟气中水蒸气浓度进行在线测量。
[0003]目前多数仪器使用工作在1512nm波段的近红外激光器用于脱硝后烟气在线测量。通过查询HITRAN数据库可知，氨气分子在1512nm波长附近有十分显著的吸收峰，在温度473K条件下，吸收谱线强度达到了～10
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21
cm/cm
‑2˙
molecule级别，十分适用于高温状态下低浓度氨气的在线检测。基于可调谐激光吸收光谱技术采用1512nm附近吸收谱线进行脱硝后烟气浓度在线测量时，主要面临以下几个问题：
[0004]1)常规的脱硝后烟气在线分析仪只针对氨气浓度进行在线测量，无法对水蒸气浓度进行同时测量，而水蒸气浓度的同时测量对于干基状态下脱硝后烟气浓度的折算是必需的；
[0005]2)脱硝出口处烟气中水蒸气浓度较高(＞10％)，而NH3浓度一般较低(＜10ppm)，因此常采用波长调制光谱技术即二次谐波检测法来实现低浓度NH3的在线测量。但高浓度水蒸气吸收光谱对氨气吸收光谱的测量引入的干扰十分严重，在一些水蒸气浓度较高的场合(＞20％)，由于水蒸气的干扰甚至会导致仪器无法测量氨气浓度，因此研究水蒸气吸收光谱干扰的去除方法对于高精度氨气浓度的在线测量十分重要；
[0006]3)在脱硝过程中，由于氨喷枪雾化不好、氨水与烟气不能充分混合、燃烧排放烟气中的NO
X
浓度大幅波动时往往也会通过喷入过量的氨水以实现“达标排放”，该行为会导致脱硝出口处的脱硝后烟气浓度明显升高。而常规采用的波长调制光谱技术只适合低浓度氨气在线测量，氨气浓度过高时会因为饱和的原因而无法准确测量。如果使用直接吸收光谱技术检测高浓度氨气，则由于氨气在1512nm处吸收谱线分布过多而导致难以分离出单个吸收光谱用于氨气浓度的在线测量。因此，研究相应的高浓度氨气在线测量技术也十分必要。
[0007]中国专利申请号CN201610313560的名称为“一种基于TDLAS技术的脱硝后烟气浓度检测装置和方法”的专利技术专利通过测量1512nm附近氨气吸收谱线附近水蒸气的吸收峰的
位置进而锁定氨气吸收峰的位置，结合二次谐波检测技术进而测量脱硝后烟气的浓度，该专利技术采用二次谐波检测技术，但无法实现水蒸气浓度的同时测量，且当氨气浓度较高时，采用二次谐波法也无法对氨气浓度进行准确测量。中国专利申请号CN201810335295的名称为“一种多次增强光谱高精度氨气检测装置及检测方法”的专利技术专利通过提高光程且采用二次谐波法以实现高精度氨气检测，但该专利技术也无法实现水蒸气浓度的同时测量，且当氨气浓度较高时，无法使用二次谐波法进行测量。研究者刘立富等公开了一种柴油发动机排放氨气快速在线监测系统，采用1512.2nm吸收谱线结合二次谐波检测技术实现了发动机排放氨气含量的实时快速监测要求，该系统同样也无法同时测量水蒸气含量，且对于较高浓度氨气的测量，二次谐波检测技术也并不适用(刘立富,吴强,王志平,等.柴油发动机排放氨气快速在线监测系统的研究与应用[J].分析仪器,2021,第3期,14
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19页)

技术实现思路

[0008]鉴于上述检测技术在脱销烟气中脱硝后烟气浓度在线检测技术存在的不足，本专利技术提供了一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测的方法，以消除高浓度水蒸气对氨气测量的干扰，且可以分别针对低浓度和高浓度氨气进行高精度在线检测。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]提供一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法，步骤包括：
[0011]S1，对脱硝后烟气中的水蒸气浓度进行在线测量，确定水分子吸收谱线位置，并基于已知的水分子吸收谱线与氨气分子吸收谱线的相对位置，锁定氨气分子吸收谱线位置；
[0012]S2，所述脱硝后烟气中为低浓度氨时，根据锁定的所述氨气分子吸收谱线位置和激光器电流调谐系数调整激光器输出波长扫描范围，以在测量低浓度氨气时避开所述水分子吸收谱线的干扰，然后对低浓度氨气进行在线测量；
[0013]S3，同时输出水蒸气浓度和氨气浓度在线测量结果。
[0014]作为优选，步骤S2还包括：
[0015]所述脱硝后烟气中为高浓度氨时，采用多元线性回归法反演得到高浓度氨的氨气浓度。
[0016]作为优选，步骤S1中，基于直接吸收光谱技术对脱硝后烟气中的水蒸气浓度进行在线测量。
[0017]作为优选，步骤S2中，采用波长调制光谱技术对所述脱硝后烟气进行氨气浓度在线测量。
[0018]作为优选，步骤S1中，测量水蒸气浓度时，所述激光器输出的波长扫描范围为1512.0
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1512.5nm。
[0019]作为优选，对所述脱硝后烟气进行水蒸气浓度测量时，确定的所述水分子吸收谱线的中心波长为1512.398nm。
[0020]作为优选，步骤S2中，测量所述脱硝后烟气中的氨气浓度时，所述激光器输出的波长扫描范围为1512.0
‑
1512.3nm
[0021]作为优选，所述低浓度氨为所述脱硝后烟气中氨气浓度在0
‑
100ppm区间范围；所述高浓度氨为所述脱硝后烟气中氨气浓度大于100ppm。
[0022]作为优选，对高浓度氨采用多元线性回归法反演得到所述脱硝后烟气中的氨气浓
度的方法步骤包括：
[0023]S31，对指定波长范围内的每个波长λ下的两种不同浓度分别对应的光谱吸收度，采用基于最小二乘法的多元线性拟合回归进行分析，拟合得到回归系数k；
[0024]S32，计算所述回归系数k与已知氨气浓度c1的乘积得到待测氨气浓度c2。
[0025]作为优选，步骤S31中指定的所述波长范围为1512.2
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1512.3nm。
[0026]本专利技术针对脱硝后烟气中水蒸气和逃逸氨浓度的同时在线测量需求，首先基于直接吸收光谱技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法，其特征在于，步骤包括：S1，对脱硝后烟气中的水蒸气浓度进行在线测量，确定水分子吸收谱线位置，并基于已知的水分子吸收谱线与氨气分子吸收谱线的相对位置，锁定氨气分子吸收谱线位置；S2，所述脱硝后烟气中为低浓度氨时，根据锁定的所述氨气分子吸收谱线位置和激光器电流调谐系数调整激光器输出波长扫描范围，以在测量低浓度氨气时避开所述水分子吸收谱线的干扰，然后对低浓度氨气进行在线测量；S3，同时输出水蒸气浓度和氨气浓度在线测量结果。2.根据权利要求1所述的一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法，其特征在于，步骤S2还包括：所述脱硝后烟气中为高浓度氨时，采用多元线性回归法反演得到高浓度氨的氨气浓度。3.根据权利要求1所述的一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法，其特征在于，步骤S1中，基于直接吸收光谱技术对脱硝后烟气中的水蒸气浓度进行在线测量。4.根据权利要求1所述的一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法，其特征在于，步骤S2中，采用波长调制光谱技术对所述脱硝后烟气进行氨气浓度在线测量。5.根据权利要求1所述的一种氨气和水蒸气浓度同时在线检测方法，其特征在于，步骤S1中，测量水蒸气浓度时，所述激光器输出的波长扫描范围为1512.0
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1512.5nm。6.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海滨，王飞，范金惠，王文苑，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：