主题：【原创】高粉尘、高温条件下如何保障磨煤机出口CO监测的可靠性

磨煤机内部CO气体的分布是均匀的，而温度的分布是不均匀的，CO气体的浓度变化比温度更能真实、全面反应磨煤机内部的燃烧情况。事实上CO气体浓度的增加往往发生在可视烟火前的1.5h左右，因此在局部温度开始发生明显变化之前，磨煤机的CO气体浓度监测是防止磨煤机着火或爆炸的有效手段。
《DLT5203-2005火力发电厂煤和制粉系统防爆设计技术规程》要求：燃烧爆炸感度和挥发分较高的烟煤和褐煤采用中速磨或双进双出磨煤机直吹式制粉系统时，宜设置磨煤机CO气体浓度监测设备——CO气体分析仪。
同时，由于磨煤机出口烟气成分复杂，除了SO₂、NO_x、CO、CO₂、O₂等气体成分外，还含有大量的水分与粉尘，水分对CO浓度的测量结果有影响，且烟气粉尘颗粒较大，极易堆积堵塞管路，致使CO分析仪器不能正常工作甚至故障，因此，在进行样气浓度测量前，需对取样烟气进行除尘、脱水预处理，保证磨煤机出口CO浓度监测的连续性与可靠性。
（1）探头伴热与反吹系统
近年来，对磨煤机出口烟气取样大部分采用直接抽取法，直接抽取法又可分为冷-干直接抽取和热-湿直接抽取。根据我国排放标准，要求烟气浓度以标态干基为准，因此冷-干直接抽取法成为我国烟气取样监测主导。典型的冷-干直接抽取法包括取样探头、取样管线、过滤、除湿系统和采样泵等部分，其中探头与过滤分别可对粉尘进行一级过滤与二级过滤，除湿系统则用于对样气的冷凝脱水，由于整套预处理系统中除尘与脱水最为关键，所以其核心部件为探头除尘取样和除湿系统，做好这两种预处理部件的选型，可保证磨煤机出口CO浓度测量结果的可靠性。
由于烟气中含有大量的水分与粉尘，通过采样探头对烟气进行取样时，如若不采取措施，高温烟气中的水分遇冷发生凝结，并与样气处理过程中所沉积下来的粉尘接触，极易造成结垢堵塞，致使探头无法正常工作甚至损坏。针对探头堵塞问题，一般建议在取样探头中采用加热器与反吹系统。因此，目前最适用于高粉尘、高温度磨煤机出口烟气的采样探头一般需由取样管、滤芯、加热器、反吹系统构成。探头通过取样管采集管路中的样气，滤芯对样气的粉尘进行一级过滤后，利用加热器对样气进行加热，使烟气温度控制在150~200℃间，保证在露点温度之上，防止样气出现凝结。对于样气处理过程中所沉积下来的粉尘，设置内反吹系统对探头进行吹扫，清除探头滤芯中的粉尘，可有效防止探头出现堵塞。

采样探头结构原理图

（2）半导体制冷与压缩式制冷
除湿系统主要作用是将烟气中的水蒸气去除，一般由冷凝器、采样泵、蠕动泵和相关的报警和控制部件构成，而最关键的部件是冷凝器，目前冷却除湿法是最常见的冷凝器除湿方法。冷却除湿要求快速将水蒸气冷凝，以免烟气和冷凝水接触，影响CO浓度测量的结果。同时，为避免冷凝水结冰，通常采用半导体制冷或压缩机制冷将冷凝温度控制在3~5℃。
半导体制冷是以一块N型和一块P型半导体用导体连接并通以电流，形成冷热端，电流越大，温差越大，调节电流大小即可控制制冷温度；压缩机制冷的则是将制冷剂蒸汽经压缩机压缩后，在冷凝器中液化并放出热量，进入干燥器脱水，一般由压缩制冷装置、温控装置、制冷腔体、热交换管构成，有时也采用两级热交换管，在两级热交换管之间增加一个采样泵，从一级热交换管加压向第二级热交换管传送样气，样气在气压下，水分子从液体表面逃逸蒸发更为困难，比在大气压力下冷凝除湿效果更好。
冷凝器一般要根据其制冷能力与脱水效果进行选型，而半导体制冷与压缩机制冷方法作为目前冷凝器最为核心的制冷脱水技术，且出口露点温度与冷凝温度、脱水效果息息相关，因此，对比两种技术在不同环境温度下，磨煤机CO浓度监测中出口露点温度变化是关键。而半导体与压缩机冷凝器的制冷能力与脱水效果在不同环境温度下表现具有明显差异。

入口Td:40℃，流量为2NL/min

压缩机与半导体冷凝器出口露点随温度变化曲线图

如上图所示：
①　随着环境温度的升高，半导体冷凝器脱水后的含湿量不断提高，环境温度高于40℃，脱水效率明显下降，压缩机冷凝器在环境温度55℃依然保持较高的脱水率。
②　半导体的冷却温度控制一般不采用PID闭环调节方式，会在一个较大的温度范围内波动（比如2~8℃），压缩机可通过PID闭环调节方式精确控制制冷温度在3℃±1℃甚至±0.5℃，相比较压缩机的冷却效果会更理想。
综上所述，对多水分、高温条件下磨煤机出口CO浓度进行实时在线监测时，建议优先选择压缩机制冷，保证磨煤机取样烟气的冷却与脱水效果。
（3）结论
在对磨煤机出口高粉尘、多水分、高温烟气CO浓度进行实时在线监测时，样气预处理系统建议采用配备加热器与反吹的采样探头，以防止堵塞；并选择压缩机制冷对样气进行冷却与脱水，消除水分对检测结果的影响。可保证磨煤机出口CO浓度监测的连续性与可靠性。

在线气体分析系统Gasboard-9031采用NDIR CO监测单元，比电化学传感技术寿命长、系统维护少；IP65系统防护等级，采样探头配备伴热、反吹功能，可避免粉尘进入系统；搭载压缩机冷凝器，配置系统涡流制冷降温，避免环境温度超过45℃冷凝器失效。十分适用于高粉尘、多水分、高温条件下磨煤机CO气体监测需求，当CO浓度达到限制时报警，可提醒运行人员注意及时采取措施，防止磨煤机着火或爆炸，保证工艺现场安全。