實時測量CO，CO2，NO，NO2，NH3，O2，N2O等過程和排放氣體，對優(yōu)化燃燒、脫硝工藝、環(huán)?？己司浅ｊP鍵。歷經多年的不斷研發(fā)創(chuàng)新與打磨，海爾欣重磅推出了面向工業(yè)煙氣分析市場的高端OEM產品——蜂鳥系列高精度激光氣體分析模塊。該產品面向廣大系統(tǒng)集成商，儀器經銷商、科研院校等高端工業(yè)客戶，在硬件、軟件、光譜算法、通信協議、易用性、易維護性、性價比等方面從極大程度滿足客戶需求。蜂鳥系列產品基于下一代紅外激光光譜技術，結合客戶自行開發(fā)的取樣除塵預處理系統(tǒng)，只需全程高溫伴熱分析，無需冷凝除水或稀釋采樣，非常適合安裝于采樣點附近，產品運行穩(wěn)定，精度高，實時性高，維護量小，使得下一代鍋爐燃燒、工藝控制、排放監(jiān)控成為可能。
下面我們依據環(huán)境保護標準HJ76 -2017《固定污染源煙氣（SO2、NOX、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》，以氨氣測量模塊為例，介紹蜂鳥模塊的各項核心性能參數。
以下測試中使用了高純度的氮氣和標稱濃度為20.8ppm的氨標準氣體，通過使用流量計混合不同比例的氮氣和氨標準氣體獲得不同濃度的氨氣。
1）濃度梯度：
圖1. 蜂鳥模塊通入不同濃度氨氣的測量曲線
上圖是蜂鳥模塊通入氮氣和不同濃度氨氣的測量曲線，通入的氨氣濃度依次為1ppm、2ppm、3ppm、5ppm、10ppm、15ppm、20.8ppm。
2）線性度：
圖2. 蜂鳥模塊的線性度曲線
將設定通入的濃度和測量濃度做線性擬合，可以得到線性系數為1.0005，截距為0.05，R2等于0.99982，這表明蜂鳥模塊具有非常高的線性度和極高的零點測量準確度。
3）響應時間:
圖3. 蜂鳥模塊的響應時間
在通氣流量為2L/min的條件下，測量得到蜂鳥模塊的響應時間(T90)為3秒，這不僅能夠滿足工業(yè)現場快速檢測氨氣濃度的要求，而且使得精準噴氨成為可能。
4）重復性:
圖4. 蜂鳥模塊的重復性
上圖是依次通入氮氣和10.4ppm氨氣的濃度測量曲線，從圖中可以看出在長達一小時的測量時間內，同一濃度測量的偏差小于0.2ppm。
5）零點/量程漂移:
圖5. 蜂鳥模塊的零點/量程漂移
上圖是依次通入氮氣和20.8ppm氨標準氣體的濃度測量曲線，根據HJ76-2017中的計算方法得到蜂鳥模塊的零點漂移(零漂)為1.01%，量程漂移為0.77%。
6）Allan偏差:
圖6. 蜂鳥模塊的24小時零點測試
圖7. 蜂鳥模塊的Allan偏差分析
Allan偏差分析是表征測量設備穩(wěn)定性的重要方法。關于Allan偏差的入門知識，請參考海爾欣科技公眾號的前一篇推送（Allan方差是什么？）。圖6給出了蜂鳥模塊長時間內通入零氣的噪聲測試結果，可以看到在24小時內，傳感器的均值漂移不超過0.2ppm。圖7是根據圖6的零點噪聲計算得到的Allan偏差。從圖中可以看出，蜂鳥模塊1秒平均時間的測量精度為0.04ppm，當平均時間達到500秒左右時可實現0.003ppm的極限測量精度。目前的測量精度和零點漂移能夠完全滿足工業(yè)氨逃逸測控的需要。
7）通信接口:
蜂鳥模塊采用標準的RS232接口，提供易于使用的上位機軟件，選配的WIFI功能和4-20mA模擬輸出極大地方便用戶在不同應用場景的使用。為方便物聯網和工業(yè)智能終端接入，海爾欣的蜂鳥模塊開發(fā)了移動端監(jiān)控軟件，用以實現現場多點聯網測量，如圖8所示。
圖8.蜂鳥移動端監(jiān)控界面（樣例）
燃煤電廠煙氣脫硝出口的氨氣濃度（氨逃逸率）是反映脫硝系統(tǒng)運行狀況的重要參數，也是優(yōu)化煙氣脫硝工藝的關鍵指標。過高的氨逃逸率會形成硫酸氫銨引起空預器堵塞和催化劑失活，從而增加脫硝運營成本，甚至影響機組的安全運行。因此為了控制脫硝過程中氨逃逸的排放以及保護設備，必須在線監(jiān)測脫硝后的氨逃逸率。在燃煤電廠選擇性催化還原(SCR)脫硝工藝中，要求氨逃逸率低于3ppm，這需要氨逃逸檢測儀器在量程范圍內的準確性和分辨率至少優(yōu)于0.2ppm。
而目前市場上存在基于各種不同技術原理的氨逃逸檢測儀表，表1給出了不同技術的具體對比。
表1. 不同氨逃逸檢測技術的對比
通過以上的比較可以發(fā)現，激光檢測方法是適合用于氨逃逸在線檢測的，據筆者了解，目前正在進行的有關氨逃逸在線檢測的行業(yè)標準，也將激光TDLAS檢測方法列為在線氨逃逸分析較為優(yōu)先的技術。但是，由于受到煙氣中水氣的影響，現有的激光氨逃逸分析儀由于采用近紅外氨吸收線，普遍存在準確性和零漂較大的問題。對煙氣分析儀性能要求很高的電力行業(yè)，SCR后氨逃逸均值普遍為1~2ppm左右，如果儀器的零漂僅為1ppm，即形成50%以上的偏差，即可對噴氨反饋控制形成較大的影響?；谥屑t外QCLAS的氨逃逸分析儀，通過選擇氨分子在中遠紅外波段的孤立吸收譜線，不僅可以有效地避免水分子及其他干擾氣體分子的譜線重疊影響，同時借助中紅外波段的高強度譜線，可實現更高精度，低零漂的氨逃逸測量，非常適合于燃煤發(fā)電的自動化精準噴氨工藝控制。
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