เหตุใดเครื่องวิเคราะห์แอมโมเนียจึงมีความสำคัญ?

แอมโมเนียเป็นก๊าซที่ละลายน้ำได้ง่าย มีวิธีการตรวจจับทั่วไปหลายวิธี แต่แอมโมเนียมีพิษและกัดกร่อน ปัจจุบันการวัดส่วนใหญ่ใช้วิธีการวัดโดยตรงแบบ TDLAS TDLAS เป็นเทคโนโลยีการวิเคราะห์การดูดกลืนแสงในสเปกตรัม โดยใช้คุณสมบัติการดูดกลืนแสงเฉพาะของโมเลกุลก๊าซต่อเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่นเฉพาะ และได้ความเข้มข้นของก๊าซจากการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความเข้มของการดูดกลืนแสงเลเซอร์ วิธีการดูดกลืนแสงในสเปกตรัมแบบ TDLAS สามารถวัดความเข้มข้นของก๊าซแอมโมเนียได้โดยตรง และสามารถวัดได้ตั้งแต่ระดับ % ถึง PPm

หลักการของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซ TDLAS

กฎของแลมเบิร์ต-เบียร์

เทคโนโลยี TDLAS เป็นเทคโนโลยีการดูดกลืนแสงในสเปกตรัมที่มีความละเอียดสูง การลดลงของความเข้มแสงขณะที่เลเซอร์ผ่านก๊าซที่วัดได้สามารถแสดงได้ด้วยกฎของแลมเบิร์ต-เบียร์ ในสูตร IV, 0, IV แทนเลเซอร์ที่มีความถี่ V, เลเซอร์ที่ตกกระทบและเลเซอร์ที่ผ่านก๊าซที่มีความดัน P, ความเข้มข้น X และเส้นทางแสง L; S(T) แทนความเข้มของเส้นการดูดกลืนแสง; ฟังก์ชันเชิงเส้น g(v-v0) แทนรูปร่างของเส้นการดูดกลืนแสง การดูดกลืนแสงของก๊าซโดยทั่วไปมีค่าน้อย และความสัมพันธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่ายิ่งความเข้มข้นของก๊าซสูงเท่าใด การลดลงของแสงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ความเข้มข้นของก๊าซสามารถวัดได้จากการวัดการลดลงของแสงเลเซอร์โดยก๊าซ

ขั้นตอนการทำงานของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซด้วยเลเซอร์

หลักการของเครื่องวิเคราะห์ก๊าซด้วยเลเซอร์อาศัยหลักการของสเปกโทรสโกปีเลเซอร์และการดูดกลืนแสง กระบวนการทำงานสามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนสำคัญดังนี้:

แหล่งกำเนิดเลเซอร์: เครื่องวิเคราะห์ก๊าซด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์แบบโมโนโครมาติกและสอดคล้องกันเป็นแหล่งกำเนิดแสง การลดลงของความเข้มแสงของลำแสงเลเซอร์ที่ผ่านก๊าซที่วัดได้สามารถแสดงได้ด้วยกฎของแลมเบิร์ต-เบียร์ ในสูตร IV, 0, IV แทนเลเซอร์ที่มีความถี่ V, เลเซอร์ที่ตกกระทบและเลเซอร์ที่ผ่านก๊าซที่มีความดัน P, ความเข้มข้น X และเส้นทางแสง L; S(T) แทนความเข้มของเส้นการดูดกลืนแสง; ฟังก์ชันเชิงเส้น g(v-v0) แทนรูปร่างของเส้นการดูดกลืนแสง การดูดกลืนแสงของก๊าซโดยทั่วไปมีค่าน้อย และความสัมพันธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่ายิ่งความเข้มข้นของก๊าซสูงเท่าใด การลดลงของแสงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ความเข้มข้นของก๊าซสามารถวัดได้จากการวัดการลดลงของแสงเลเซอร์โดยก๊าซ

การประมวลผลข้อมูลเครื่องวิเคราะห์ก๊าซด้วยเลเซอร์: เครื่องวิเคราะห์จะคำนวณอัตราส่วนความเข้มแสงที่ถูกดูดกลืนต่อความเข้มแสงที่ไม่ถูกดูดกลืนเพื่อกำหนดความเข้มข้นของโมเลกุลเป้าหมาย

การประยุกต์ใช้ในการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม

ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น โลหะวิทยา การผลิตถ่านโค้ก พลังงาน และซีเมนต์ที่ใช้ชีวมวลเป็นเชื้อเพลิง การกำจัดไนโตรเจนออกไซด์จากก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้และการป้องกันมลพิษสิ่งแวดล้อมได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง และยังเป็นปัญหาที่ท้าทาย การกำจัดไนโตรเจนออกไซด์ (การกำจัดไนโตรเจน) แบ่งออกเป็นสองกระบวนการหลักคือ SCR และ SNCR สารเคมีที่จำเป็นสำหรับการดำเนินการ SCR และ SNCR คือแอมโมเนียและยูเรีย (เหตุผลหลักในการใช้ยูเรียคือสามารถเก็บไว้และใช้เมื่อจำเป็น และยูเรียจะสลายตัวเป็นแอมโมเนียเพื่อใช้) เมื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของการดำเนินการ SCR และ SNCR จะต้องใช้ระบบวิเคราะห์ก๊าซแอมโมเนียแบบออนไลน์เพื่อควบคุมการใช้แอมโมเนียเหลวผ่านระบบวิเคราะห์ก๊าซแอมโมเนีย

การตรวจสอบการหลุดรอดของแอมโมเนียที่ทางออก SCR มีความสำคัญอย่างยิ่ง ในระหว่างกระบวนการกำจัดไนโตรเจน การใช้แอมโมเนียจะอยู่ในอัตราส่วนทางเคมีเชิงปริมาณ 0.8 ถึง 1.2 กับปริมาณ NOx ทั้งหมด ดังนั้น การควบคุมปริมาณการฉีดแอมโมเนียจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ปริมาณการฉีดแอมโมเนียควรมี NH3 เพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับ NOx เพื่อลดการปล่อย NOx และเป็นไปตามข้อกำหนดการปล่อยมลพิษของแหล่งกำเนิด และหลีกเลี่ยงการฉีด NH3 มากเกินไปในก๊าซไอเสีย ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มการกัดกร่อน ทำให้อายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยา SCR สั้นลง แต่ยังทำให้ฝุ่นควันปนเปื้อนและเพิ่มการสะสมของเกลือแอมโมเนียในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ และเพิ่มการปล่อย NH3 สู่ชั้นบรรยากาศ

กระบวนการกำจัดไนโตรเจน การหลุดรอดของแอมโมเนีย การตรวจจับ NH3 การกำจัดไนโตรเจนจากก๊าซไอเสีย หมายถึง การลด NOX ให้เป็น N2 เพื่อกำจัด NOX ออกจากก๊าซไอเสีย กระบวนการหลักสำหรับการกำจัดไนโตรเจนคือ: SCR denitrification และ SNCR denitrification เทคโนโลยี SCR denitrification เป็นวิธีการลดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกได้ ในสภาวะที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา (เทคโนโลยี SNCR denitrification เป็นวิธีการลดแบบไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกได้ โดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาและอุณหภูมิสูง) ก๊าซแอมโมเนียที่ได้จากการสลายตัวของแอมโมเนียเหลวหรือยูเรียจะถูกใช้เป็นสารรีดิวซ์เพื่อลดไนโตรเจนออกไซด์และน้ำในก๊าซไอเสีย ในระหว่างกระบวนการรีดักชัน การหลุดรอดของแอมโมเนียเนื่องจากสารรีดิวซ์ที่ตกค้างเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แอมโมเนียที่หลุดรอดออกมาจะรวมตัวกับ SO3 ในก๊าซไอเสียได้ง่าย เกิดเป็นแอมโมเนียมไบซัลเฟต ซึ่งมีคุณสมบัติยึดติดสูง กัดกร่อน เป็นของแข็งคล้ายทาร์ ทำให้เกิดการกัดกร่อน การอุดตัน และการสะสมของฝุ่นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ ส่งผลต่อประสิทธิภาพการกำจัดฝุ่น อาจทำให้อุปกรณ์กำจัดฝุ่นปลายน้ำเสียหายได้ ในขณะเดียวกัน หมายถึงการเพิ่มการใช้แอมโมเนียเหลว/ยูเรีย ลดผลกำไรของอุปกรณ์กำจัดไนโตรเจน ก๊าซแอมโมเนียที่เหลือจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดมลพิษทางอากาศทุติยภูมิ

ดังนั้น การตรวจจับแอมโมเนียที่หลุดรอดในระหว่างกระบวนการไนตริฟิเคชันย้อนกลับจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมการฉีดแอมโมเนียและการลดการปล่อยมลพิษ

การประยุกต์ใช้ในการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม

ในอุตสาหกรรมที่ใช้ชีวมวลเป็นเชื้อเพลิง เช่น โลหะวิทยา การผลิตถ่านโค้ก การผลิตไฟฟ้า และซีเมนต์ ความสำคัญของการกำจัดไนโตรเจนออกไซด์จากก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้และการป้องกันมลพิษสิ่งแวดล้อมได้รับการตระหนักอย่างกว้างขวาง และยังเป็นปัญหาที่ท้าทาย กระบวนการหลักในการกำจัดไนโตรเจนออกไซด์ (การกำจัดไนโตรเจน) คือ SCR และ SNCR ในการดำเนินการ SCR และ SNCR สารเคมีที่จำเป็นคือแอมโมเนียและยูเรีย (ยูเรียส่วนใหญ่ใช้เพราะหาได้ง่าย และเมื่อใช้จะสลายตัวเป็นแอมโมเนียเพื่อใช้) ในการตรวจสอบประสิทธิภาพของ SCR และ SNCR จะต้องใช้ระบบวิเคราะห์แอมโมเนียแบบออนไลน์เพื่อควบคุมการใช้แอมโมเนียเหลว

การตรวจสอบการหลุดรอดของแอมโมเนียที่ทางออก SCR มีความสำคัญอย่างยิ่ง ในระหว่างกระบวนการกำจัดไนโตรเจน อัตราส่วนทางเคมีเชิงปริมาณของการใช้แอมโมเนียต่อปริมาณ NOx ทั้งหมดควรอยู่ระหว่าง 0.8 ถึง 1.2 ดังนั้น การควบคุมปริมาณแอมโมเนียที่ฉีดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ปริมาณแอมโมเนียที่ฉีดต้องเพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับ NOx เพื่อลดการปล่อย NOx และเป็นไปตามข้อกำหนดการปล่อยมลพิษของแหล่งกำเนิด ในขณะเดียวกัน จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการฉีด NH3 มากเกินไปในก๊าซไอเสีย การฉีดแอมโมเนียมากเกินไปไม่เพียงแต่เพิ่มการกัดกร่อน ทำให้อายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยา SCR สั้นลง แต่ยังทำให้ฝุ่นควันปนเปื้อน เพิ่มการสะสมของเกลือแอมโมเนียในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ และเพิ่มการปล่อย NH3 สู่ชั้นบรรยากาศ

การตรวจจับการหลุดรอดของแอมโมเนียในกระบวนการกำจัดไนโตรเจน การกำจัดไนโตรเจนจากก๊าซไอเสีย หมายถึง การลด NOx ที่เกิดขึ้นให้เป็น N2 เพื่อกำจัด NOx ออกจากก๊าซไอเสีย กระบวนการหลักคือ SCR denitrification และ SNCR denitrification เทคโนโลยี SCR denitrification เป็นวิธีการลดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกได้ ในสภาวะที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา (เทคโนโลยี SNCR denitrification เป็นวิธีการลดแบบไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแบบเลือกได้ ซึ่งเกิดขึ้นโดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาและที่อุณหภูมิสูง) แอมโมเนียที่สลายตัวจากแอมโมเนียเหลวหรือยูเรียจะถูกใช้เป็นสารรีดิวซ์เพื่อลดไนโตรเจนออกไซด์ในก๊าซไอเสียให้เป็นไนโตรเจนและน้ำ ในระหว่างกระบวนการรีดักชัน การหลุดรอดของแอมโมเนียที่เกิดจากสารรีดิวซ์ที่ตกค้างเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แอมโมเนียที่หลุดรอดออกมาจะรวมตัวกับ SO3 ในก๊าซไอเสียได้ง่าย เกิดเป็นแอมโมเนียมไบซัลเฟต แอมโมเนียมไบซัลเฟตเป็นของแข็งที่มีคุณสมบัติยึดติดสูง กัดกร่อน เป็นของแข็งคล้ายทาร์ ทำให้เกิดการกัดกร่อน การอุดตัน และการสะสมของฝุ่นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนอากาศ ส่งผลต่อประสิทธิภาพการกำจัดฝุ่น อาจทำให้อุปกรณ์กำจัดฝุ่นปลายน้ำเสียหายได้ ในขณะเดียวกัน หมายถึงการเพิ่มการใช้แอมโมเนียเหลว/ยูเรีย ลดประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของหน่วยกำจัดไนโตรเจน แอมโมเนียที่เหลือจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้เกิดมลพิษทางอากาศทุติยภูมิ

ดังนั้น การตรวจจับการหลุดรอดของแอมโมเนียในระหว่างกระบวนการกำจัดไนโตรเจนจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพการควบคุมการฉีดแอมโมเนียและการลดการปล่อยมลพิษ