烟气排放连续监测系统（抽取-冷干法）预处理设计研究与应用

烟气排放连续监测系统（抽取-冷干法）预处理设计研究与应用

吴有飞

铜陵蓝光电子科技有限公司安徽省铜陵市244000

摘要：为了提高烟气排放连续监测系统的运行稳定性，本文重点研究烟气排放连续监测系统（抽取-冷干法）预处理气路流程设计及预处理气路结构布局设计。

关键词：CEMS烟气在线监测烟气预处理；SO2NOO2监测

前言：

随着经济的快速发展，我国因燃煤排放的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）急剧增加，造成严重的环境污染，因此国家制定了相应的法律法规，对一些烟气排放的企业强制安装烟气排放在线监测系统，而“抽取-冷干法法”烟气排放连续监测系统是市场上烟气排放连续监测系统的采用的主流测量方法。本文涉及烟气排放在线监测系统（抽取-冷干法）是对一种对烟气成份（SO2、NOx、烟尘）及相关烟气参数进行在线自动连续监测的仪器，简称CEMS（ContinuousEmissionMonitoringSystem）。

采用抽取-冷干法烟气排放在线监测系统，对气态污染物（SO2NOO2）进行实时监测，系统通过烟气采样器从烟道采样，烟气被除尘，通过一定长度的加热保温的采样管，再经过除尘、除湿等预处理过程后，送入分析仪分析计算。该方法的关键在于要对样气进行非常仔细的预处理，以彻底地除去水气、尘等杂质，确保送到分析仪的样气的洁净程度较高，这样才能准确的测出烟气中各种污染气体的浓度，因此在整个测量过程中气路预处理气路流程及预处理气路结构布局设计尤为重要。

CEMS预处理气路流程设计

CEMS预处理主要有取样器、采样伴热管、冷凝器、冷凝水排液装置、采样气泵、流量计、节流阀、尘过滤器、转子流量计、可换膜过滤器及相关管路及辅助气动元件组成。其具体流程设计如图1所示。

烟气通过采样器抽取后，在取样器内部进行一级过滤（2μm过滤精度），进入采样伴热管，经过伴热管输送后后依次经过冷凝器、二级尘过滤(0.5μm)、采样泵、转子流量计、疏水型膜式过滤器（0.22μm）,最后进入气体分析仪分析。其中采样伴热管内部采用PVDF材质双管结构(管径6-8mm)，避免SO2气体在管内吸附，伴热管温度设置120-150℃；冷凝器采用双级冷凝，冷腔采用通管结构设计，提高气体输送效率，最大限度避免SO2气体在冷腔内溶水损失，温度设置3-5℃；采样泵选用隔膜泵，抽气量在5L/min以上，减小样气对泵体腐蚀，；二级尘过滤采用陶瓷过滤器，耐腐蚀性强，气体通透率高，可重复使用，其内部内设湿度报警功能，当冷凝器故障时，尘过滤器内部湿度电极导通，系统自动报警，停止采样泵工作保护气路；采样泵进出口并接一个节流阀，当采样气路堵塞不通畅情况下，通过调节节流阀，调节采样流量，可有效降低采样泵采样负载，可提高采样泵使用寿命30%以上；分析仪进气口前加装疏水型可换膜式过滤器，过滤精度0.22μm可有效保护分析仪，可避免水分及颗粒物进入分析仪，可有效提高分析仪的测量精度。整个预处理气路流程可根据设备现场使用工况，设计层级过滤，任意添设组合过滤器，最多可设4级过滤，采样气预处理效率高。

CEMS预处理气路结构布局设计

目前国内大多数CEMS由于预处理气路过长，布局不合理导致系统在测量过程中预处理管路容易积水，预处理管路过长，系统测量气态污染物响应时间过长，集成化程度不高，维护不方便。本文设计的预处理气路结构采用19寸标准机架式安装结构，如图2所示:

1--19寸机架式标准安装版2—二级尘过滤器3-节流阀4—玻璃转子流量计5—PVDF三通接头6—PVDF气管7--标气校准电磁阀8--采样抽气泵

如图2所示，此设计采用19寸标准机架式安装结构，系统集成化程度高，兼容性强，结构紧凑，从伴热管处理进入机柜内部管路长度可控制在1.5米以内，管路短，系统测量响应时间可提高到60秒以内；将二级尘过滤至于面板前端，安装高度低于采样泵和转子流量计，采样气体从二级尘过滤器左端进入，过滤后从右端逆流向上进入采样泵，采用逆流输送结构设计，当冷凝器脱水出现故障时，可有效避免了水分进入采样泵跟转子流量计。.将标气校准电磁阀设置在玻璃转子流量计下方，有效的缩短了校准气路长度，对设备进行校准标定时，由于校准气路距离短，提高了校准响应时间30%以上

冷凝液排液设计

国内烟气市场抽取-冷干法CEMS在冷凝器排液方式上均采用蠕动泵排液，冷腔下端直接接入蠕动泵，利用蠕动泵蠕动挤压带出冷凝液排出，

此种排液方式针对湿度较大的工况，排液效率不高，容易造成排液不及时，预处理管路容易积液，当冷凝液还有细颗粒物时，会对蠕动泵泵管造成磨损导致开裂损坏，蠕动泵管需定期更换，若烟气湿度比较大的工况，还必须需要2个蠕动泵同时工作，否则系统排液不畅，对系统工作稳定性和仪器测量准确性有很大的影响，同时增加耗材使用量，加大了维护成本。

本文根据多年CEMS使用维护经验设计一种间歇性脉冲式排液方式，采用无油旋转膜片式排液泵，膜片采用耐腐蚀材质，额定流量达到8.0l/h，最大出口压力最大能达到0.7Mpa，排液效率更高。具体实施方式如图3所示：

1-支架，2-电容型接近开关，3-玻璃储液瓶，4-排液管，5-排液泵，6-控制器系统

将冷腔下端安装一个储液瓶，用于收集冷凝液，将冷腔排液口用耐腐蚀软管连接至储液瓶上端2个进液口，储液瓶出水口连接至排液泵，储液瓶根据设计要求设置储液液位，在储液瓶安装支架上液位出安装一个电容式接近开关，将开关感应信号接入控制系统中。当冷凝液达到液位高度时，接近开关感应信号送入控制系统，控制系统启动排液泵启动工作，可迅速排空储液瓶内部冷凝液，同时系统定时设置排液泵工作周期，当接近开关出现故障时，系统也可根据设置周期自动排液，自动排液周期根据工况湿度大小可自由设定。利用储液瓶容量增加了气水分离的缓冲空间，此种方式排液泵无需24小时不间断运行，提高了排液泵的使用寿命，排液装置中无蠕动泵管，降低了系统的使用耗材成本，结构紧凑，实用性更高，提高了系统测量的平均无故障时间。

结束语：

随着新环保法的实施，环保监管力度逐渐加大，为固定污染源烟气排放企业和环保部门提供稳定、准确、有效的数据对烟气排放监测设备提出了更高的要求，烟气排放连续监测系统运行稳定性核心要求就是预处理的稳定性，根据多年烟气排放监测系统设计和使用经验，持续不断的对烟气排放连续监测系统改进设计，降低设备使用成本，提高设备的运行稳定性。

参考文献：

HJ∕T_75-2007《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》

HJ-T76-2007《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》

苏静吴海平王金奇《CEMS烟气在线连续监测系统常见问题的探讨》污染防治技术2011年6月第24卷第3期