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煙氣預(yù)處理｜現(xiàn)場煙氣采樣分析的挑戰(zhàn)和應(yīng)對
德圖煙氣分析儀，深耕中國市場多年，被廣泛應(yīng)用在燃煤發(fā)電廠、垃圾焚燒發(fā)電廠、水泥廠、鋼鐵廠、化工廠、石油廠等行業(yè)，主要用作調(diào)整工業(yè)爐窯、監(jiān)測固定污染源廢氣排放以及檢測工業(yè)過程氣體。由于生產(chǎn)工藝的不同，所使用的燃料種類繁多，比如燃煤、燃油、燃?xì)庖约吧罾?，燃料不同，燃燒產(chǎn)生煙氣的特點(diǎn)也會有很大區(qū)別，另外煙氣經(jīng)過凈化裝置后所具備的特點(diǎn)也會因凈化方式的不同而區(qū)分。比如水泥廠分解爐煙氣具有高粉塵、高溫的特點(diǎn)，垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣水分含量高達(dá) 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(diǎn)會影響到煙氣分析儀的測量結(jié)果的可靠性，甚至?xí)斐蓛x器故障或損壞。為了順利執(zhí)行煙氣采樣分析，在采樣氣路中設(shè)置煙氣預(yù)處理單元是最優(yōu)的解決方案。
預(yù)處理的重要性
煙氣預(yù)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(jìn)行干燥處理。
對煙氣進(jìn)行預(yù)處理的原因：
水分會引起部分傳感器測量不準(zhǔn)確，比如對非分散紅外氣體傳感器的干擾、影響電化學(xué)傳感器過濾膜透氣率等。
顆粒物易污染氣路和傳感器，進(jìn)而引起儀器故障；
當(dāng)水分為水蒸氣形態(tài)時，煙氣會被稀釋，稀釋比會隨著水蒸氣含量波動而變化，進(jìn)而測量結(jié)果也會隨之波動；
當(dāng)水分為液態(tài)時，液態(tài)水會與煙氣中某些易溶于水的物質(zhì)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(zhì)的測量結(jié)果；
通過煙氣預(yù)處理單元，可以實現(xiàn)：
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(zhuǎn)換為實際工況下潔凈的干態(tài)氣體；
利用預(yù)處理單元做一些應(yīng)用的擴(kuò)展，靈活運(yùn)用煙氣預(yù)處理單元，可將一臺采樣單元搭配多臺分析傳感單元進(jìn)行使用，也可將一臺分析傳感單元連接至多個采樣點(diǎn)（通過轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換氣路），實現(xiàn)多臺分析傳感單元之間的比較和多個采樣點(diǎn)之間的快速采樣切換。
煙氣抽取和預(yù)處理的工作機(jī)制
圖1：煙氣抽取和預(yù)處理示意圖
市場上用于煙氣抽取和預(yù)處理的裝置，或被設(shè)計成各自獨(dú)立的單元，或被設(shè)計成一個單元，但無論是何種設(shè)計，總的來說其組成和功能大致如下：
01
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(yè)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(kuò)展計算和調(diào)整采樣氣泵功率。
帶前置過濾器、耐溫1200℃的工業(yè)煙氣采樣探針
02
樣氣管路
包含非加熱模式（極其高的環(huán)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(diǎn)進(jìn)而防止冷凝水的形 成，避免易溶于水的氣體的損失。
可調(diào)溫式加熱型工業(yè)采樣探針
03
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(diǎn)）時水分以水蒸氣形式存在，而在低溫（低于露點(diǎn)）時水分以液滴形式存在。當(dāng)煙氣中水分以液態(tài)形式存在于氣路時，煙氣中易溶于水的成分會與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致測量結(jié)果失真。同時，測量設(shè)備也可能會受到化學(xué)反應(yīng)（比如SO2與液態(tài)水的化學(xué)反應(yīng)）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(nèi)置和外置帕爾貼煙氣預(yù)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(xiàn)氣水分離，使進(jìn)入傳感器的煙氣幾乎接近于干態(tài)氣體，而冷卻器產(chǎn)生的冷凝水則通過蠕動泵抽取并排出。
德圖外置帕爾貼煙氣預(yù)處理器
一般情況下，帕爾貼冷卻煙氣過程中，煙氣中SO2損失率小于5%，為了擴(kuò)展更多應(yīng)用工況，還可通過加酸型冷卻器更加有效地抑制SO2的損失。
testo 3007 加酸型低損失煙氣預(yù)處理采樣系統(tǒng)
04
分析傳感單元
分析傳感單元，也包含有氣體過濾器（比如 testo 350 煙氣分析儀機(jī)身上的第三級粉塵過濾器）、冷凝水分離器，分別用于精細(xì)過濾和在沒有帕爾貼模塊的情況下的氣水分離，更進(jìn)一步對煙氣進(jìn)行預(yù)處理。
testo 350 煙氣分析儀的氣水分離器
結(jié)論：
總之，通過煙氣預(yù)處理，可以保護(hù)敏感的分析傳感單元，減少引發(fā)儀器故障的發(fā)生率；靈活擴(kuò)展現(xiàn)場檢測分析的應(yīng)用。最重要的是，通過預(yù)處理輸出的煙氣進(jìn)入傳感器進(jìn)行分析計算時，確?？傻玫椒浅?zhǔn)確的氣體濃度值。
高濕工況選項
除了在上述提到的產(chǎn)品和技術(shù)原理外，德圖排放測量產(chǎn)品中另有其他特殊測量原理的產(chǎn)品，可針對高濕煙氣工況。
德圖testo 370 高溫紅外煙氣分析儀，搭配全加熱采樣探針進(jìn)行采樣測量。由于其測量原理的特殊性，無需去除抽取煙氣中的水分即可進(jìn)行測量，同時也能分析出煙氣中水分含量，可應(yīng)用于諸多高濕煙氣測量工況，比如垃圾焚燒廠、燃煤電廠、研究性模擬試驗等。
德圖非加熱高濕低硫工況采樣探針，利用特氟龍材料的疏水性，儀器通過其對煙氣進(jìn)行高流速采樣，再進(jìn)行冷卻除水，可以代替全加熱采樣探針實現(xiàn)更加便攜的測量：在高濕煙氣工況，無需加熱，現(xiàn)場即刻采樣測量。經(jīng)過多次高濕煙氣工況與全加熱采樣探針的比較實驗，使用該采樣探針的測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
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