煙氣預處理｜現場煙氣采樣分析的挑戰和應對

德圖煙氣分析儀，深耕中國市場多年，被廣泛應用在燃煤發電廠、垃圾焚燒發電廠、水泥廠、鋼鐵廠、化工廠、石油廠等行業，主要用作調整工業爐窯、監測固定污染源廢氣排放以及檢測工業過程氣體。由于生產工藝的不同，所使用的燃料種類繁多，比如燃煤、燃油、燃氣以及生活垃圾等，燃料不同，燃燒產生煙氣的特點也會有很大區別，另外煙氣經過凈化裝置后所具備的特點也會因凈化方式的不同而區分。比如水泥廠分解爐煙氣具有高粉塵、高溫的特點，垃圾焚燒發電廠煙氣水分含量高達 20-30Vol.%甚至更高，濕法脫硫后煙氣水分含量約為8-12Vol.%。而煙氣分析儀在采樣時必然會直接面對上述工況煙氣，恰恰也是這些煙氣特點會影響到煙氣分析儀的測量結果的可靠性，甚至會造成儀器故障或損壞。為了順利執行煙氣采樣分析，在采樣氣路中設置煙氣預處理單元是最優的解決方案。

預處理的重要性

煙氣預處理的定義：即先通過過濾器去除煙氣中的顆粒物，再將煙氣冷卻至一定溫度進行干燥處理。

對煙氣進行預處理的原因：

水分會引起部分傳感器測量不準確，比如對非分散紅外氣體傳感器的干擾、影響電化學傳感器過濾膜透氣率等。
顆粒物易污染氣路和傳感器，進而引起儀器故障；
當水分為水蒸氣形態時，煙氣會被稀釋，稀釋比會隨著水蒸氣含量波動而變化，進而測量結果也會隨之波動；
當水分為液態時，液態水會與煙氣中某些易溶于水的物質形成化合物，從而影響了該氣體組分的實際濃度，也影響了該物質的測量結果；

通過煙氣預處理單元，可以實現：

將敏感的分析傳感單元與惡劣工況有效隔離；
將抽取的煙氣轉換為實際工況下潔凈的干態氣體；
利用預處理單元做一些應用的擴展，靈活運用煙氣預處理單元，可將一臺采樣單元搭配多臺分析傳感單元進行使用，也可將一臺分析傳感單元連接至多個采樣點（通過轉換開關來切換氣路），實現多臺分析傳感單元之間的比較和多個采樣點之間的快速采樣切換。

煙氣抽取和預處理的工作機制

圖1：煙氣抽取和預處理示意圖

市場上用于煙氣抽取和預處理的裝置，或被設計成各自獨立的單元，或被設計成一個單元，但無論是何種設計，總的來說其組成和功能大致如下：

采樣探針

首先，通過采樣探針抽取煙氣，這些探針由不同的材料制成，適用于不同的溫度范圍（比如：德圖工業煙氣采樣探針）。在探針前端裝有粗濾器，同時在手柄處或軟管上裝有二級過濾器，有效去除顆粒物，探針還連接有壓力傳感器和溫度傳感器，用于測量煙道壓力和煙氣溫度，便于擴展計算和調整采樣氣泵功率。

帶前置過濾器、耐溫1200℃的工業煙氣采樣探針

樣氣管路

包含非加熱模式（極其高的環境溫度或非臨界氣體），和加熱模式氣路，加熱模式是為了保持氣體溫度高于其露點進而防止冷凝水的形成，避免易溶于水的氣體的損失。

可調溫式加熱型工業采樣探針

氣體冷卻器

位于采樣探針和分析傳感單元之間。煙道氣和過程氣或多或少含有一些水分，在高溫（高于露點）時水分以水蒸氣形式存在，而在低溫（低于露點）時水分以液滴形式存在。當煙氣中水分以液態形式存在于氣路時，煙氣中易溶于水的成分會與水發生化學反應，導致測量結果失真。同時，測量設備也可能會受到化學反應（比如SO₂與液態水的化學反應）所形成的腐蝕性溶液的侵蝕和破壞。通過氣體冷卻器（比如德圖內置和外置帕爾貼煙氣預處理器），將煙氣冷卻至一定溫度（例如：4℃），除去煙氣中的絕大部分水蒸氣，實現氣水分離，使進入傳感器的煙氣幾乎接近于干態氣體，而冷卻器產生的冷凝水則通過蠕動泵抽取并排出。