烟气取样探头带过滤器的环境监测在线分析技术

取样探头容易被烟尘颗粒物堵塞，特别是当烟气含水量高时更容易堵塞，这是烟气中的冷凝水与颗粒物结块造成的。为了解决堵塞问题，普遍采用带过滤器的烟气取样探头。

过滤器用烧结不锈钢或多孔陶瓷（碳化硅）材料制成。烧结金属是将尺寸大小在微米数量级的金属微粒压紧，置于高压和高温下制成的。依靠施加的压力，金属微粒熔合并形成多孔性物质。烧结不锈钢过滤器能够滤除5～50μm粒径的颗粒物，多孔陶瓷过滤器能够滤除≥2μm的颗粒物，但过滤器越精细，样气通过的阻力越大，这时就需要增大泵的抽吸力。

过滤器装在探管头部（烟道内）的称为内置过滤器式探头，装在探管尾部（烟道外）的称为外置过滤器式探头。内置过滤器式探头的缺点是不便于将过滤器取出清洗，只能靠反吹方式进行吹洗，过滤器的孔径也不能过小，以防微尘频繁堵塞。这种探头用于样品的初级粗过滤比较适宜。目前普遍使用的是外置过滤器式探头，这种探头可以很方便地将过滤器取出进行清洗。

（1）外置过滤器式探头

图2.2是一种外置过滤器式探头，过滤器装在烟道外部与法兰连接的圆筒内。

图2.2　一种外置过滤器式探头

在这种过滤器组件中，加热器埋装在圆筒筒体内，或绕装在筒体外。通过加热可以避免湿烟气冷凝，烟气从加热的过滤器中抽出，送入加热的样品管线再送到样品处理系统。

这种结构的主要优点是，过滤器不会潮湿且容易维护。只需卸掉螺栓就可将过滤器取出进行清理或更换，如果探头被颗粒物堵塞，可用一根细杆穿通清理。此外，如果探头向下倾斜一定角度安装，探头中冷凝出的水和酸液会滚流回烟道而不会形成淤积。

这种外置过滤器式探头也可进行探头校准检查。校准时，标准气从圆筒顶部引入，顶替烟气而充满过滤器和圆筒之间的环形空间。所谓探头校准检查是指从探头引入标准气进行的校准，这种校准可以对从探头到分析仪的整个系统进行检查，以便及时发现取样、样品传输和处理过程中存在的问题。

图2.3是德国M&C公司SP200外置过滤器式探头的结构图。

外置过滤器式探头也有一些其他形式的设计。其中一种是将一个10～50μm孔径的粗过滤器装在探杆前端，而在烟道外的法兰组件中装一个1μm孔径的细过滤器。另一种是在外置过滤器和探杆之间装一个波纹管密封阀，进行探头校准时将阀关闭，以降低标准气的需要量。

图2.3　M&C公司SP200外置过滤器式探头结构图

（2）脱硫加热过滤取样探头

脱硫加热过滤取样探头的加热保温温度为150℃左右，探头温度控制器的调节范围为0～180℃。对脱硫前的烟气取样，探头过滤器可保温在150℃左右，因为脱硫前原烟气的温度在130℃左右，烟气露点在100～110℃。脱硫后的净烟气烟温较低，通过GGH的烟气温度在80℃左右，无GGH的温度只有45℃左右，其含水分量很高。设定探头过滤器保温温度的原则是确保烟气在取样过滤探头内不出现冷凝水，不能低于烟气露点以下。

图2.4是南京埃森环境技术有限公司生产的JSP2150/BF脱硫CEMS用加热过滤取样探头，主要特点和技术参数如下：

•采样腔加热温度：100～180℃（预设温度150℃，可调）。

•陶瓷滤芯，过滤精度2μm。

•过滤腔容量80 cm3。(www.xing528.com)

•带单路反吹（过滤器内反吹）气体控制单元。

•备用校准气入口：OD6×1卡套，SS316。

•供电电源：220 VAC/50 Hz/700 W。

注：单路反吹指仅对过滤器内部进行反吹；双路反吹指对过滤器内部和外部都进行反吹。

图2.4　南京埃森公司JSP2150/BF型脱硫CEMS用加热过滤取样探头

（3）脱硝加热过滤取样探头

烟气脱硝CEMS检测，其取样点在锅炉烟气的高温高尘段，烟气温度在300℃左右，含尘量为20～30 g/m3。

图2.5　埃森公司脱硝CEMS高温采样及预处理一体化装置

图2.5是南京埃森公司生产的脱硝CEMS高温采样及预处理一体化装置，产品型号NOx 2150/BF-HP，采样探头至铵盐清洗装置前端全程高温加热，防止烟气冷凝造成堵塞。铵盐清洗装置由铵盐清洗瓶和蠕动泵组成，铵盐清洗瓶内部装有纳米铵盐清洗珠，增加了烟气接触面积，使多余的NH3和SO2、SO3有足够时间进行反应生成NH4HSO4，使气体内多余的NH3得以去除，同时利用纳米铵盐清洗珠使黏性物质NH4HSO4直接吸附在其表面，由于烟温降低形成的少量水由蠕动泵及时排出，待测组分丢失率低于5%。高温采样及预处理一体化装置主要特点和技术参数如下：

•280℃高温加热采样腔。

•带有铵盐清洗装置，有效防止铵盐结晶造成的堵塞。

•采样腔加热温度：100～300℃（可调，预设温度280℃）。

•不锈钢滤芯，过滤精度2μm，过滤腔容量120 cm3。

•带温度调节单元和双路反吹单元。

•供电电源：220 VAC/50 Hz/700 W。

（4）取样探头的反吹防堵

任何一种源级抽取系统都存在过滤器堵塞问题。用高压气体对过滤器进行“反吹”可使堵塞现象减至最低，反吹气体一般使用0.4～0.7 MPa（60～100 Psi）干燥、洁净的仪表空气，反向（与烟气流动方向相反）吹扫过滤器。反吹可以采取脉冲方式产生，可以使用一个预先加压的储气罐，突然释放的高压气流可以将过滤器孔隙中的颗粒物冲击出来（脉冲反吹形式为反吹5 s，停1 s，吹10次/min）。根据颗粒物的特性和含量，过滤器的反吹周期间隔时间从15 min～8 h不等。使用反吹系统时必须注意，反吹气体应予以加热，不可将探头冷却到酸性气体或其他气体能够冷凝析出的温度。