高粉塵、高溫條件下如何保障磨煤機出口CO監測的可靠性

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生在可視煙火前的1.5h左右，因此在局部溫度開始發生明顯變化之前，磨煤機的CO氣體濃度監測是防止磨煤機著火或爆炸的有效手段。

《DLT5203-2005火力發電廠煤和制粉系統防爆設計技術規程》要求：燃燒爆炸感度和揮發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時，宜設置磨煤機CO氣體濃度監測設備——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濃度監測的連續性與可靠性。

（1）探頭伴熱與反吹系統

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。根據我國排放標準，要求煙氣濃度以標態干基為準，因此冷-干直接抽取法成為我國煙氣取樣監測主導。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，除濕系統則用于對樣氣的冷凝脫水，由于整套預處理系統中除塵與脫水zui為關鍵，所以其核心部件為探頭除塵取樣和除濕系統，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。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境溫度下，磨煤機CO濃度監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境溫度下表現具有明顯差異。

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　隨著環境溫度的升高，半導體冷凝器脫水后的含濕量不斷提高，環境溫度高于40℃，脫水效率明顯下降，壓縮機冷凝器在環境溫度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閉環調節方式，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閉環調節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測時，建議優先選擇壓縮機制冷，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測時，樣氣預處理系統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濃度監測的連續性與可靠性。

在線氣體分析系統Gasboard-9031采用NDIR CO監測單元，比電化學傳感技術壽命長、系統維護少；IP65系統防護等級，采樣探頭配備伴熱、反吹功能，可避免粉塵進入系統；搭載壓縮機冷凝器，配置系統渦流制冷降溫，避免環境溫度超過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，保證工藝現場安全。

（來源：工業過程氣體監測技術）