Measurement Science and Technology · 2023
高湿烟气中残余氨的激光在线监测
A laser absorption sensor for fuel slip monitoring in high-humidity flue gases from ammonia combustion
氨燃料的清洁利用需要兼顾燃烧效率与残余氨排放。研究发展适应高湿烟气的在线激光传感方法，为工业炉运行优化与排放控制提供实时依据。
研究动机
氨燃料用于工业供热时，未充分燃烧的残余氨会影响燃料利用效率和排放表现。准确掌握烟气中的氨浓度，有助于优化燃烧与尾气处理。氨燃烧产生的高水汽背景，以及采样过程中的冷凝和吸附，使可靠在线检测面临挑战。
研究方法
采用近红外半导体激光器和加热多程气体池，结合直接吸收与波长调制光谱，覆盖不同氨浓度范围。通过可控湿度混合气量化水汽展宽影响并修正测量，再将加热取样系统用于氨—甲烷基础火焰和混烧工业炉的残余氨监测。
主要结论
- 在500 K、1 atm及10%–40%水汽的受控混合气中验证了定量检测能力。水汽超过20%后，谱线展宽对调制信号的影响明显，需进行湿度修正。
- 在论文的500 K湿气稳定性测试中，采用140 s信号平均获得76 ppb最低检出限；未进行信号平均时的检出限约为0.6 ppm。
- 传感器捕捉到基础火焰中随掺氨比例上升的氨逃逸，并在混烧工业炉中连续监测超过4500 s，跟踪空气量和供氨量变化引起的残余氨波动。
论文信息
Measurement Science and Technology · 2023 · 34(9) · 094005
论文来源（DOI）