水泥窑烟室烟气分析仪取样系统进展

水泥窑烟室烟气分析仪取样系统进展

作者：唐新宇

来源：《西部论丛》2019年第22期

摘要：烟室气体成分是水泥厂重要的工艺操作参考。目前我国水泥企业的在线烟室气体分析仪存在较为严重的取样问题，干法取样系统投资高维护难，湿法取样系统准确度较低。笔者认为，湿法取样系统是一种较有前途的取样系统。

关键词：烟室;烟气分析仪;取样系统

现在的水泥企业普遍认为水泥窑烟室气体成分，特别是氧气、一氧化碳、氮氧化物对优化工艺操作具有十分重要的作用。如果能获取精确的在线烟室气体浓度以及在线分解率、在线游离钙等参数，不仅可能实现模糊控制，甚至可能具备实现PID控制的可能性。但是，我国水泥企业在早先安装一波在线烟室烟气分析仪后，能够得到有效维护和使用的却越来越少，很多水泥企业闲置甚至拆除了原有的在线烟室烟气分析仪，其原因就在于烟室烟气分析仪的取样系统存在问题。而部分企业采用便携式的烟气分析仪对烟室气体成分进行分析，但是只能进行间歇式工作。

一、烟气分析仪简介

烟气分析仪可以对烟室的气体进行成分检测，检测对象包括并不限于氧气、一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等。在线烟室烟气分析仪一般由探头、探头冷却系统、烟气输送系统、标气校正系统、气体分析系统、PLC以及计算机等设备组成。便携式烟气分析仪与之类似，只不过构造简单。由于除了取样外，在线烟室烟气分析仪、便携式烟气分析仪与普通烟气分析仪并无区别，因此可以把烟室所用的烟气分析仪分为取样系统与通用烟气分析仪部分。烟气分析仪在水泥行业使用的主要问题就是取样系统问题。由于取样的位置烟室的气体温度一般在900-1300℃之间，粉尘含量可达500mg/m3左右，能够连续、稳定的抽取定量的烟气进行气体成分分析，是烟气分析仪能够正常运行的基础。目前国内外主要采用干法和湿法两种办法进行烟气取样。

二、干法取样系统

干法取样系统就是取样管直接插入到烟室内，通过抽气泵在管内形成负压抽取烟室内的烟气，烟气经过取样管后进入过滤器，在过滤器中过滤掉粉尘，然后再经过简单的汽水分离、二次过滤除尘后进入气体分析系统进行分析。干法取样系统尽管设备成本较高、运行维护困难，但是测试结果比较准确，是水泥行业应用最多的取样探头[1，2，3，4]。

对于在线式烟室烟气分析仪而言，一般采用陶瓷式过滤器进行过滤。由于在线烟气分析仪的工作是连续的，因此需要不断的抽入烟气，而烟气在过滤器上不断的过滤，粉尘就逐步聚集在过滤器上，而过滤器的阻力越来越大，当阻力超过抽气泵的能力时，系统就发生堵塞。为了防止堵塞发生，在线式干式取样探头一般还配置压缩空气反吹，但是反吹不可能100%反吹掉粉尘，因此随着时间的延长，反吹的效果越来越弱，反吹频率、反吹时间则越来越长，最后需要人工对整个干法取样系统进行反吹甚至更换，这将严重影响检测的连续性。因此，干法取样系统的使用、维护成本很高，同时会对烟气分析仪的连续性检测造成影响。所有的便携式烟气分析仪都是干法取样系统，堵塞问题可以通过更换过滤头解决，但是烟气过高的温度对测试结果和仪器均有一定影响，侯昆[5]设计了一套过滤冷却装置，可以较好的解决烟气的高温问题，但是便携式烟气分析仪无法提供连续检测数据，只能间歇操作。

三、湿法取样系统

湿法取样系统就是用射流抽气泵抽取烟室内的烟气。烟气的流向是取样管、射流抽气泵、汽水分离器、过滤器进入气体分析系统进行分析。湿法取样系统的取样管，并不是和干法取样管一样的简单直管，而是在探头处有一个喷嘴，通过喷嘴喷出水帘，对烟气进行降温和除尘，大部分烟气中的粉尘直接被隔离到取样管之外。当取样管抽进来的烟气通过真空泵进入汽水分离器后，携带进来的少量粉尘再次被水带出，从而进入到过滤器中的粉尘量极少，保证过滤器的有效使用寿命。湿法取样系统具有防堵好，投资成本低、运行维护简单等优点，在我国也有水泥厂使用[6，7，8]。

四、干法取样系统与湿法取样系统比较

干法取样系统与湿法取样系统对比，干法取样系统的投资和运行维护成本较高。干法取样烟室在线烟气分析系统进口价格约200万左右，国产约150万左右;而湿法取样烟室在线烟气分析系统价格仅为70万左右。干法取样系统的探头价格是湿法取样系统探头的3-4倍且使用寿命较短。因此在价格上，湿法取样系统具有绝对优势。

湿法取樣系统的缺点在于气体浓度的准确度较低。由于射流抽气泵需要有水的参与同时增加汽水分离器的漏风，因此湿法取样系统检测出来的烟室气体成本中，氧气浓度普遍偏高。如杨彬[9]用同样的一台烟气分析仪分别连接干法取样系统与湿法取样系统进行对比分析，湿法取样系统测检测的烟室氧气浓度最低值在4.5%，而干法取样系统检测的氧气浓度最低值在3%，准确度上存在一定的差距。

五、总结

湿法取样系统的在线烟室烟气分析仪在价格、维护、使用寿命上具有绝对优势。尽管湿法取样系统准确度低于干法取样系统，但笔者认为未来湿法取样系统系统只要能有效提高检测精度，必将成为水泥生产线主流的烟室烟气检测设备。

参考文献

[1] 岳茂平，国产高温气体分析系统在新型干法水泥行业的应用[J]，仪器仪表学报，2010，31（8）：147-151

[2] 宋天云，气体分析仪在水泥生产中的应用[J]，科技与企业，2013.3：333

[3] 张智勇，窑尾高温气体分析仪的应用维护[J]，新世纪水泥导报，2015，1：51-53

[4] 唐全胜，窑尾烟室气体分析仪的使用及其常见故障与处理[J]，水泥工程，2017，2：58-62

[5] 侯昆，Testo 350测量窑尾烟室气体成分的过滤冷却装置[J]，水泥，2015.7：45。

[6] 温平，QJ气体分析装置在新型干法水泥生产线上的应用，第五届中国水泥企业总工程师论坛暨2012年全国水泥企业总工程师联合会年会会议文集，134-142

[7] 关得林，使用窑尾烟室高温气体分析仪的体会[J]，水泥，2013.6：64

[8] 曹庆杰，窑尾烟室用气体分析装置探头安装位置的探讨[J]，水泥，2012.8：12-13

[9] 杨彬，德图350气体分析装置在窑尾烟室的应用[J]，中国水泥，2015.12：101-102