高粉塵、高溫條件下如何保障磨煤機出口CO監(jiān)測的可靠性

磨煤機內部CO氣體的分布是均勻的，而溫度的分布是不均勻的，CO氣體的濃度變化比溫度更能真實、全面反應磨煤機內部的燃燒情況。事實上CO氣體濃度的增加往往發(fā)生在可視煙火前的1.5h左右，因此在局部溫度開始發(fā)生明顯變化之前，磨煤機的CO氣體濃度監(jiān)測是防止磨煤機著火或爆炸的有效手段。

《DLT5203-2005火力發(fā)電廠煤和制粉系統(tǒng)防爆設計技術規(guī)程》要求：燃燒爆炸感度和揮發(fā)分較高的煙煤和褐煤采用中速磨或雙進雙出磨煤機直吹式制粉系統(tǒng)時，宜設置磨煤機CO氣體濃度監(jiān)測設備——CO氣體分析儀。

同時，由于磨煤機出口煙氣成分復雜，除了SO₂、NO_x、CO、CO₂、O₂等氣體成分外，還含有大量的水分與粉塵，水分對CO濃度的測量結果有影響，且煙氣粉塵顆粒較大，極易堆積堵塞管路，致使CO分析儀器不能正常工作甚至故障，因此，在進行樣氣濃度測量前，需對取樣煙氣進行除塵、脫水預處理，保證磨煤機出口CO濃度監(jiān)測的連續(xù)性與可靠性。

（1）探頭伴熱與反吹系統(tǒng)

近年來，對磨煤機出口煙氣取樣大部分采用直接抽取法，直接抽取法又可分為冷-干直接抽取和熱-濕直接抽取。根據(jù)我國排放標準，要求煙氣濃度以標態(tài)干基為準，因此冷-干直接抽取法成為我國煙氣取樣監(jiān)測主導。典型的冷-干直接抽取法包括取樣探頭、取樣管線、過濾、除濕系統(tǒng)和采樣泵等部分，其中探頭與過濾分別可對粉塵進行一級過濾與二級過濾，除濕系統(tǒng)則用于對樣氣的冷凝脫水，由于整套預處理系統(tǒng)中除塵與脫水zui為關鍵，所以其核心部件為探頭除塵取樣和除濕系統(tǒng)，做好這兩種預處理部件的選型，可保證磨煤機出口CO濃度測量結果的可靠性。

由于煙氣中含有大量的水分與粉塵，通過采樣探頭對煙氣進行取樣時，如若不采取措施，高溫煙氣中的水分遇冷發(fā)生凝結，并與樣氣處理過程中所沉積下來的粉塵接觸，極易造成結垢堵塞，致使探頭無法正常工作甚至損壞。針對探頭堵塞問題，一般建議在取樣探頭中采用加熱器與反吹系統(tǒng)。因此，目前zui適用于高粉塵、高溫度磨煤機出口煙氣的采樣探頭一般需由取樣管、濾芯、加熱器、反吹系統(tǒng)構成。探頭通過取樣管采集管路中的樣氣，濾芯對樣氣的粉塵進行一級過濾后，利用加熱器對樣氣進行加熱，使煙氣溫度控制在150~200℃間，保證在露點溫度之上，防止樣氣出現(xiàn)凝結。對于樣氣處理過程中所沉積下來的粉塵，設置內反吹系統(tǒng)對探頭進行吹掃，清除探頭濾芯中的粉塵，可有效防止探頭出現(xiàn)堵塞。

采樣探頭結構原理圖

（2）半導體制冷與壓縮式制冷

除濕系統(tǒng)主要作用是將煙氣中的水蒸氣去除，一般由冷凝器、采樣泵、蠕動泵和相關的報警和控制部件構成，而zui關鍵的部件是冷凝器，目前冷卻除濕法是zui常見的冷凝器除濕方法。冷卻除濕要求快速將水蒸氣冷凝，以免煙氣和冷凝水接觸，影響CO濃度測量的結果。同時，為避免冷凝水結冰，通常采用半導體制冷或壓縮機制冷將冷凝溫度控制在3~5℃。

半導體制冷是以一塊N型和一塊P型半導體用導體連接并通以電流，形成冷熱端，電流越大，溫差越大，調節(jié)電流大小即可控制制冷溫度；壓縮機制冷的則是將制冷劑蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮后，在冷凝器中液化并放出熱量，進入干燥器脫水，一般由壓縮制冷裝置、溫控裝置、制冷腔體、熱交換管構成，有時也采用兩級熱交換管，在兩級熱交換管之間增加一個采樣泵，從一級熱交換管加壓向第二級熱交換管傳送樣氣，樣氣在氣壓下，水分子從液體表面逃逸蒸發(fā)更為困難，比在大氣壓力下冷凝除濕效果更好。

冷凝器一般要根據(jù)其制冷能力與脫水效果進行選型，而半導體制冷與壓縮機制冷方法作為目前冷凝器zui為核心的制冷脫水技術，且出口露點溫度與冷凝溫度、脫水效果息息相關，因此，對比兩種技術在不同環(huán)境溫度下，磨煤機CO濃度監(jiān)測中出口露點溫度變化是關鍵。而半導體與壓縮機冷凝器的制冷能力與脫水效果在不同環(huán)境溫度下表現(xiàn)具有明顯差異。

入口Td:40℃，流量為2NL/min

壓縮機與半導體冷凝器出口露點隨溫度變化曲線圖

如上圖所示：

①　隨著環(huán)境溫度的升高，半導體冷凝器脫水后的含濕量不斷提高，環(huán)境溫度高于40℃，脫水效率明顯下降，壓縮機冷凝器在環(huán)境溫度55℃依然保持較高的脫水率。

②　半導體的冷卻溫度控制一般不采用PID閉環(huán)調節(jié)方式，會在一個較大的溫度范圍內波動（比如2~8℃），壓縮機可通過PID閉環(huán)調節(jié)方式控制制冷溫度在3℃±1℃甚至±0.5℃，相比較壓縮機的冷卻效果會更理想。

綜上所述，對多水分、高溫條件下磨煤機出口CO濃度進行實時在線監(jiān)測時，建議優(yōu)先選擇壓縮機制冷，保證磨煤機取樣煙氣的冷卻與脫水效果。

（3）結論

在對磨煤機出口高粉塵、多水分、高溫煙氣CO濃度進行實時在線監(jiān)測時，樣氣預處理系統(tǒng)建議采用配備加熱器與反吹的采樣探頭，以防止堵塞；并選擇壓縮機制冷對樣氣進行冷卻與脫水，消除水分對檢測結果的影響。可保證磨煤機出口CO濃度監(jiān)測的連續(xù)性與可靠性。

在線氣體分析系統(tǒng)Gasboard-9031采用NDIR CO監(jiān)測單元，比電化學傳感技術壽命長、系統(tǒng)維護少；IP65系統(tǒng)防護等級，采樣探頭配備伴熱、反吹功能，可避免粉塵進入系統(tǒng)；搭載壓縮機冷凝器，配置系統(tǒng)渦流制冷降溫，避免環(huán)境溫度超過45℃冷凝器失效。十分適用于高粉塵、多水分、高溫條件下磨煤機CO氣體監(jiān)測需求，當CO濃度達到限制時報警，可提醒運行人員注意及時采取措施，防止磨煤機著火或爆炸，保證工藝現(xiàn)場安全。

（來源：工業(yè)過程氣體監(jiān)測技術）