烟气预处理｜现场烟气采样分析的挑战和应对

德图烟气分析仪，深耕中国市场多年，被广泛应用在燃煤发电厂、垃圾焚烧发电厂、水泥厂、钢铁厂、化工厂、石油厂等行业，主要用作调整工业炉窑、监测固定污染源废气排放以及检测工业过程气体。由于生产工艺的不同，所使用的燃料种类繁多，比如燃煤、燃油、燃气以及生活垃圾等，燃料不同，燃烧产生烟气的特点也会有很大区别，另外烟气经过净化装置后所具备的特点也会因净化方式的不同而区分。比如水泥厂分解炉烟气具有高粉尘、高温的特点，垃圾焚烧发电厂烟气水分含量高达 20-30Vol.%甚至更高，湿法脱硫后烟气水分含量约为8-12Vol.%。而烟气分析仪在采样时必然会直接面对上述工况烟气，恰恰也是这些烟气特点会影响到烟气分析仪的测量结果的可靠性，甚至会造成仪器故障或损坏。为了顺利执行烟气采样分析，在采样气路中设置烟气预处理单元是最优的解决方案。

预处理的重要性

烟气预处理的定义：即先通过过滤器去除烟气中的颗粒物，再将烟气冷却至一定温度进行干燥处理。

对烟气进行预处理的原因：

水分会引起部分传感器测量不准确，比如对非分散红外气体传感器的干扰、影响电化学传感器过滤膜透气率等。
颗粒物易污染气路和传感器，进而引起仪器故障；
当水分为水蒸气形态时，烟气会被稀释，稀释比会随着水蒸气含量波动而变化，进而测量结果也会随之波动；
当水分为液态时，液态水会与烟气中某些易溶于水的物质形成化合物，从而影响了该气体组分的实际浓度，也影响了该物质的测量结果；

通过烟气预处理单元，可以实现：

将敏感的分析传感单元与恶劣工况有效隔离；
将抽取的烟气转换为实际工况下洁净的干态气体；
利用预处理单元做一些应用的扩展，灵活运用烟气预处理单元，可将一台采样单元搭配多台分析传感单元进行使用，也可将一台分析传感单元连接至多个采样点（通过转换开关来切换气路），实现多台分析传感单元之间的比较和多个采样点之间的快速采样切换。

烟气抽取和预处理的工作机制

图1：烟气抽取和预处理示意图

市场上用于烟气抽取和预处理的装置，或被设计成各自独立的单元，或被设计成一个单元，但无论是何种设计，总的来说其组成和功能大致如下：

采样探针

首先，通过采样探针抽取烟气，这些探针由不同的材料制成，适用于不同的温度范围（比如：德图工业烟气采样探针）。在探针前端装有粗滤器，同时在手柄处或软管上装有二级过滤器，有效去除颗粒物，探针还连接有压力传感器和温度传感器，用于测量烟道压力和烟气温度，便于扩展计算和调整采样气泵功率。

带前置过滤器、耐温1200℃的工业烟气采样探针

样气管路

包含非加热模式（极其高的环境温度或非临界气体），和加热模式气路，加热模式是为了保持气体温度高于其露点进而防止冷凝水的形成，避免易溶于水的气体的损失。

可调温式加热型工业采样探针

气体冷却器

位于采样探针和分析传感单元之间。烟道气和过程气或多或少含有一些水分，在高温（高于露点）时水分以水蒸气形式存在，而在低温（低于露点）时水分以液滴形式存在。当烟气中水分以液态形式存在于气路时，烟气中易溶于水的成分会与水发生化学反应，导致测量结果失真。同时，测量设备也可能会受到化学反应（比如SO₂与液态水的化学反应）所形成的腐蚀性溶液的侵蚀和破坏。通过气体冷却器（比如德图内置和外置帕尔贴烟气预处理器），将烟气冷却至一定温度（例如：4℃），除去烟气中的绝大部分水蒸气，实现气水分离，使进入传感器的烟气几乎接近于干态气体，而冷却器产生的冷凝水则通过蠕动泵抽取并排出。