反硝化过程中尿素浓度的测定
全球严格的空气质量法规要求工业设施控制氮氧化物（NOx）排放。尿素是一种安全稳定的物质，常用于脱硝系统中以减少NOx排放。关键在于平衡尿素注入量与烟气中NOx的实时浓度，从而在不出现问题的情况下达到预期的NOx减排效果。
U投加量不足会导致氮氧化物排放量降低不足，从而可能违反相关法规。投加量过大则会浪费试剂、增加成本，并导致“氨泄漏”——未反应的氨气逸散到大气中。氨泄漏不仅成本高昂、危害环境，还会形成硫酸氢铵和硫酸铵等粘性盐类，这些盐类会污染设备、降低效率并造成损坏。
在线尿素监测面临的挑战
结垢、结晶和腐蚀
污垢这是一个长期存在的问题，尤其是在使用硬水稀释固体尿素原料时。硬水中的矿物质会从溶液中析出，导致结垢并堵塞关键部件，包括喷嘴和传感器。这种现象会导致测量不准确，需要频繁且成本高昂的维护和清洁，从而显著降低系统正常运行时间。
结晶这种现象容易发生在排气温度较低（通常低于 200-250℃）以及尿素溶液冲击管壁形成薄膜的表面上。较厚的薄膜（通常是由于喷雾量或液滴尺寸增加所致）会阻碍尿素分子完全蒸发，从而导致晶体形成。这一过程是传感器和喷嘴堵塞的主要原因。
The腐蚀性尿素溶液本身对仪器构成重大威胁。尿素的合成过程中会生成氨基甲酸铵，这是一种高腐蚀性中间体，能够迅速降解常规材料，导致设备灾难性故障。因此，仪器材料的选择必须作为首要考虑因素，因为在这种腐蚀性环境下，标准部件可能会失效，需要不断更换。
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动态过程条件对测量的影响
流体的物理性质本身就给精确测量带来了复杂性。水溶液的密度对温度和压力都非常敏感。即使温度发生微小的变化，也会显著影响尿素氮浓度的测量结果。如果没有适当的温度补偿，读数可能会出现较大漂移，并向控制系统提供不准确的数据。这种变异性凸显了尿素浓度传感器的迫切需求，该传感器需要具备实时温度补偿功能，以校正这些过程波动。
同样，流速、粘度以及夹带气泡的存在等因素会导致测量结果出现显著的不稳定性及误差，因此需要设计一种在动态操作条件下具有固有稳健性和可靠性的传感器。
Lonnmeter解决方案：尿素浓度计
尿素浓度传感器的工作原理
在线尿素浓度计是一种用于连续测量管道、储罐和其他容器中二元液体浓度或密度的在线传感器。振动音叉的共振频率与其周围流体的质量和密度成反比。该传感器由一个U形音叉组成，该音叉由电子驱动，以精确的共振频率振动。当该音叉浸入流体中时，流体的质量会增加音叉的有效质量，导致其振动频率降低。传感器的先进电子元件持续监测这种频率变化。通过将这种频率变化与预先设定的校准曲线进行关联，该仪器可以提供精确且可重复的流体密度测量值。
真正的创新之处在于将基本的密度读数转换为功能性的浓度值。Lonnmeter 通过将高精度温度传感器直接集成到探头中来实现这一点。该传感器向内部处理单元提供实时温度数据，处理单元随后应用复杂的温度补偿算法。此过程将密度读数校正回标准参考温度，从而最大限度地减少过程温度波动的影响。校正后的密度值随后被转换为特定的浓度，例如重量百分比。这一两步过程——测量物理性质（密度），然后通过校准曲线和温度补偿进行转换——是提供准确可靠的尿素浓度测量的关键。
音叉式传感器的固有设计使其在严苛的脱硝环境中具有显著优势。由于没有细小的孔口、狭窄的通道或易碎的隔膜，该传感器天然具有抗污性和抗结晶性，而这正是其他技术所面临的难题。其坚固的开放式结构允许流体在振动的叉齿周围自由流动，最大限度地减少了矿物质沉积物或尿素晶体的积聚，从而避免影响测量结果。
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专为脱硝环境而设计
考虑到脱硝装置的极端工况，Lonnmeter 在设计传感器时充分运用了材料科学技术。仪器的主要接触介质部件采用坚固耐用的材料制成，例如 316 不锈钢，具有极高的耐化学腐蚀性，尤其能抵抗氨基甲酸铵等强腐蚀性物质的侵蚀。耐腐蚀材料能够延长浓度测量仪器的使用寿命，减少维护周期，并降低计划外停机时间。
集成的温度传感器和复杂的算法可补偿温度变化，确保读数稳定可靠，不受工艺流体波动的影响。
无缝集成和连接
Lonnmeter 的 4-20mA 电流环路输出可以轻松集成到 PLC 或 DCS 系统中，原因如下：
- 简易接线：作为一款两线制发射器，它使用一对电线同时进行电源和信号传输，从而降低了复杂性。
- 可靠信号：4-20mA 信号不受长距离电压下降的影响，并且能够抵抗电噪声和电磁干扰。
- 线性缩放：对于 0-100% 的浓度范围，4mA 对应 0%，20mA 对应 100%，从而可以在控制系统中进行简单的缩放。
- 安全稳定：传感器外壳的正确接地可确保信号精度和电气安全，增强与工业系统的兼容性。
最佳布局和实际优势
有效实施尿素浓度传感器不仅仅是精确测量；更重要的是战略性地布置传感器位置，以最大限度地提高运行效益。
尿素溶液的制备和储存阶段
传感器部署的首要且最合乎逻辑的点位是脱硝过程的起始点：尿素溶液的配制和储存罐。在此阶段安装的传感器为质量控制提供了至关重要的第一道防线，可在溶液送入加药系统之前验证其浓度是否正确。这种主动式测量能够立即检测出因人工稀释不当、固体尿素原料差异或使用受污染水等造成的误差，从而防止这些问题向下游扩散并影响整个工艺流程。监测储存罐中的浓度也是一种有效的库存管理工具，确保始终有充足且配制正确的试剂供应。
监测注射和给药管线
为了实现真正的闭环控制，应在高压喷射或加药管线、喷射喷嘴之前安装尿素浓度计。这种安装方式能够最直接、最准确地实时测量进入系统的试剂浓度。这些实时数据是高级控制策略的基础输入，这些策略能够根据测得的烟气氮氧化物浓度、催化剂温度和其他运行参数，持续调整喷射速率。
虽然有些控制系统会根据加药管路中的压力波动来推断问题，但直接、连续的浓度测量能够提供更稳健可靠的信号。它可以主动检测泵故障、局部堵塞或过量/欠量加药情况，从而在系统氮氧化物减排性能受到影响之前实现快速的自动响应。这种方法使工厂的维护模式从被动式转变为主动式预测式。
与氨泄漏的相关性
尿素浓度传感器的价值远不止于提供单个数据点。通过提供稳定可靠的数据流，该传感器使控制系统能够精确控制试剂注入速率，从而确保维持最佳化学计量比。这种精度与氨泄漏的最小化直接相关。过量注入事件可以实时避免，从而减少试剂浪费和未反应氨排放对环境的影响。
客户价值
- 提高氮氧化物减排量和法规遵从性；
- 降低试剂消耗量和运营成本
- 最大限度地延长正常运行时间并最大限度地减少维护负担
