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2020-05

基于量子级联激光技术的高精度气体分析模块—蜂鸟系列

Author:admin
简介:

       实时测量CO,CO2,NO,NO2,NH3,O2,N2O等过程和排放气体,对优化燃烧、脱硝工艺、环保考核均非常关键。历经多年的不断研发创新与打磨,海尔欣重磅推出了面向工业烟气分析市场的高端OEM产品——蜂鸟系列高精度激光气体分析模块。该产品面向广大系统集成商,仪器经销商、科研院校等高端工业客户,在硬件、软件、光谱算法、通信协议、易用性、易维护性、性价比等方面从最大程度满足客户需求。蜂鸟系列产品基于下一代红外激光光谱技术,结合客户自行开发的取样除尘预处理系统,只需全程高温伴热分析,无需冷凝除水或稀释采样,非常适合安装于采样点附近,产品运行稳定,精度高,实时性高,维护量小,使得下一代锅炉燃烧、工艺控制、排放监控成为可能。

       下面我们依据环境保护标准HJ76 -2017《固定污染源烟气(SO2、NOX、颗粒物)排放连续监测系统技术要求及检测方法》,以氨气测量模块为例,介绍蜂鸟模块的各项核心性能参数。


蜂鸟模块技术参数:


       以下测试中使用了高纯度的氮气和标称浓度为20.8ppm的氨标准气体,通过使用流量计混合不同比例的氮气和氨标准气体获得不同浓度的氨气。

1)浓度梯度:                                        

图1. 蜂鸟模块通入不同浓度氨气的测量曲线



       上图是蜂鸟模块通入氮气和不同浓度氨气的测量曲线,通入的氨气浓度依次为1ppm、2ppm、3ppm、5ppm、10ppm、15ppm、20.8ppm。


2)线性度:          

          

                              图2. 蜂鸟模块的线性度曲线

       


       将设定通入的浓度和测量浓度做线性拟合,可以得到线性系数为1.0005,截距为0.05,R2等于0.99982,这表明蜂鸟模块具有非常高的线性度和极高的零点测量准确度。


3)响应时间:          

图3. 蜂鸟模块的响应时间

       

       在通气流量为2L/min的条件下,测量得到蜂鸟模块的响应时间(T90)为3秒,这不仅能够满足工业现场快速检测氨气浓度的要求,而且使得精准喷氨成为可能。


4)重复性:                                        

图4. 蜂鸟模块的重复性

       

       上图是依次通入氮气和10.4ppm氨气的浓度测量曲线,从图中可以看出在长达一小时的测量时间内,同一浓度测量的偏差小于0.2ppm。


5)零点/量程漂移:          

图5. 蜂鸟模块的零点/量程漂移 

       

       上图是依次通入氮气和20.8ppm氨标准气体的浓度测量曲线,根据HJ76-2017中的计算方法得到蜂鸟模块的零点漂移(零漂)为1.01%,量程漂移为0.77%。


6)Allan偏差:      

    

图6. 蜂鸟模块的24小时零点测试

 图7. 蜂鸟模块的Allan偏差分析

       

      Allan偏差分析是表征测量设备稳定性的重要方法。关于Allan偏差的入门知识,请参考海尔欣科技公众号的前一篇推送(Allan方差是什么?)。图6给出了蜂鸟模块长时间内通入零气的噪声测试结果,可以看到在24小时内,传感器的均值漂移不超过0.2ppm。图7是根据图6的零点噪声计算得到的Allan偏差。从图中可以看出,蜂鸟模块1秒平均时间的测量精度为0.04ppm,当平均时间达到500秒左右时可实现0.003ppm的极限测量精度。目前的测量精度和零点漂移能够完全满足工业氨逃逸测控的需要。


7)通信接口:  

        蜂鸟模块采用标准的RS232接口,提供易于使用的上位机软件,选配的WIFI功能和4-20mA模拟输出极大地方便用户在不同应用场景的使用。为方便物联网和工业智能终端接入,海尔欣的蜂鸟模块开发了移动端监控软件,用以实现现场多点联网测量,如图8所示。


图8.蜂鸟移动端监控界面(样例)



结语:

       燃煤电厂烟气脱硝出口的氨气浓度(氨逃逸率)是反映脱硝系统运行状况的重要参数,也是优化烟气脱硝工艺的关键指标。过高的氨逃逸率会形成硫酸氢铵引起空预器堵塞和催化剂失活,从而增加脱硝运营成本,甚至影响机组的安全运行。因此为了控制脱硝过程中氨逃逸的排放以及保护设备,必须在线监测脱硝后的氨逃逸率。在燃煤电厂选择性催化还原(SCR)脱硝工艺中,要求氨逃逸率低于3ppm,这需要氨逃逸检测仪器在量程范围内的准确性和分辨率至少优于0.2ppm。

       而目前市场上存在基于各种不同技术原理的氨逃逸检测仪表,表1给出了不同技术的具体对比。


表1. 不同氨逃逸检测技术的对比


       通过以上的比较可以发现,激光检测方法是最适合用于氨逃逸在线检测的,据笔者了解,目前正在进行的有关氨逃逸在线检测的行业标准,也将激光TDLAS检测方法列为在线氨逃逸分析的首选技术。但是,由于受到烟气中水气的影响,现有的激光氨逃逸分析仪由于采用近红外氨吸收线,普遍存在准确性和零漂较大的问题。对烟气分析仪性能要求最高的电力行业,SCR后氨逃逸均值普遍为1~2ppm左右,如果仪器的零漂仅为1ppm,即形成50%以上的偏差,即可对喷氨反馈控制形成较大的影响。基于中红外QCLAS的氨逃逸分析仪,通过选择氨分子在中远红外波段的孤立吸收谱线,不仅可以有效地避免水分子及其他干扰气体分子的谱线重叠影响,同时借助中红外波段的高强度谱线,可实现更高精度,低零漂的氨逃逸测量,非常适合于燃煤发电的自动化精准喷氨工艺控制。


       欢迎您来电或者来邮件垂询,我们的销售团队将与您探讨研究您的需求,为您提供最适合的激光气体分析产品及解决方案。

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