在烧结烟气中烟气分析系统的应用
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中文摘要:叙述了烟气分析系统的结构和工作原理，实际应用过程中存在的问题，选型过程注意事项。
中文关键词：烟气分析仪,
中图分类号：TU834文献标识码： A
Abstract (英文摘要): The structure and working principle of gas analysis system, existing problems in practicalapplications, the selection process matters needing attention
Key Words (英文关键字): Flue gas analyzer
正文：
一、前言
烧结工序是钢铁行业中的处理原料的重要环节，同时也是高耗能、高污染的典型，在烧结过程中排放的废烟气中含有：粉尘、SO2、NOX、CO、CO2、二英、HCL等污染物，烧结烟气是烧结混合料点火后，随台车运行，在高温烧结成型过程中所产生的含尘废气。其特点如下：
( 1) 烟气持续温度较高，随工艺操作状况的变化，烟气温度一般在100～150℃左右。
( 2) 烟气含粉尘多。粉尘主要由金属、金属氧化物或不完全燃烧物质等组成。
( 3) 含湿量大。为了提高烧结混合料的透气性，混合料在烧结前必须加适量的水造球，所以含尘烟气的含湿量较大，按体积比计算，水分含量10-25%左右。
( 4) 含有腐蚀性气体。焦炉煤气点火及混合料的烧结成型过程，均产生一定量的HCl、SOX、NOX 等。
( 5) CO 含量较高。
( 6) 含SO2 浓度变化较大，根据原料和燃料差异而变化， 一般在1500～5000mg/Nm3之间。
( 7) 重金属污染物。
( 8) 含二英类。目前钢铁行业的二英排放居世界第2位，仅次于垃圾焚烧行业
根据中央环境管控要求，需要针对每个钢铁企业的烧结尾排口进行全天候的监管，主要检测对象：粉尘、SO2、NOX、O2、流速、压力、温度、湿度及粉尘浓度等。
（1）由于烧结机头除尘一般采用电除尘，风量大、温度高无法检测漏风率，通过分析O2含量可以快速有效的反映出烟道、主抽风机及电除尘的漏风问题；
（2）为国家尾排口检测和监督提供有效的证据；
（3）为后期烟气脱硫基础参数提供有效数据。
二、烧结烟气分析系统结构简述
烧结烟气分析系统由气态污染物监测系统、压力变送器、温度变送器、烟尘测定仪、流速测定仪、及数据处理单元（DAS）组成。见图1：
图1：系统构成图
非分散红外吸收（NDIR）烟气分析系统采用高温取样，高温输气和快速制冷脱水的方法，保证测量结果的准确性。高温取样探头包括进入烟道中的取样管和在烟道外的取样过滤器及其恒温控制器。
设备安装地点选在烧结烟气排放的烟囱上，安装在烟气扰流段上方。安装方式需有直管段气流分布均匀，相对湿度和粉尘颗粒较少的区域安装，如烟道是砖结构的烟道壁，取样探头及采样管必须要加热，否则在取样管中会产生冷凝，引起腐蚀和SO2的损失。因为高温过滤器上不会结水，所以加反吹以后，可延长连续工作时间达3个月以上（不需日常维护）。对于钢烟道，可以不加热，但其法兰管的材料应能与烟道进行焊接。
烟气分析仪柜图
从取样探头抽出的样气通过加热输气管线到达烟气分析系统。输气管线是自热式的，利用加热材料的居里点进行控温，当温度低于居里点时，管线为导体，通过电流加热。温度超过居里点时，管线转为绝缘体，不加热。居里点也称为恒定温度。用该方法控温可靠性高维护成本低等特点。加热管线恒定温度在140℃左右，加热管线的外套是用抗紫外线照射和耐高低温的绝热材料制成的。
系统的预处理包括：压缩机制冷器、采样泵、取样/校准/反吹电磁阀组、蠕动泵、细过滤器、流量控制器等。压缩机制冷器降温效果好，烟气分析系统采用两级制冷，第一级将温度从140℃降至室温，随后经过泵输入到第二级制冷器把温度降到4℃±0.1℃。整个过程的时间小于5秒钟。用于保证SO2没有损失。蠕动泵将冷凝水排出，收集在储液罐中，此时储液罐中的液体为稀硫酸，又较高的腐蚀性，在积液在罐体1/2时需要及时清倒。
由分析仪表中的PLC对测量/校准/反吹阀组进行控制。校准程序包括输入零气，空气，标气1，标气2等程序。在校准过程中分析仪表将测量结果与原来的储存数据进行比较，修正偏差，重新开始的测量就是修正过的数据。
分析仪系统配备温度报警，压力报警和湿度报警，对高温取样的状态，取样过滤器的堵塞和冷凝情况进行监控，与取样泵连锁，保证系统取样的准确和仪器工作的可靠性。
三、烟气分析系统性能特点
(1)系统被设计成能满足在至少90天运行而不需要非日常维修的要求。（非日常维修是指在烟气分析系统系统运行和维护手册中常规部分没有要求的任何维修活动）。
(2)烟气分析系统提供90％以上的数据可利用率。烟气分析系统数据可用率的计算是基于烟气分析系统运行并收集数据的时间，扣除烟气分析系统任何部件不能投运的时间。
(3)烟气分析系统中分析仪器具有自我诊断功能。这些诊断功能包括检测源和探头的失效、超出量程情况和没有足够的采样流量的能力，并具有主要仪器部件故障警报功能。
(4)烟气分析系统的数据采集和处理系统（DAS）具有数据存储、处理、识别无效数据等功能。能够控制烟气分析系统的日常运行，包括：自动校正循环，自动反吹采样系统过滤器和探头，提供认证测试和检查所需资料，全部打印出测量的排放物成份及浓度数据。烟气分析系统可与企业DCS系统连接并在控制室中进行监测。
四、国内外常见烟气分析系统在烧结工序中的应用
1、烟气系统分类及运行方式
紫外吸收及紫外荧光法；运行方式：定比例稀释抽取式
非分散红外吸收（NDIR）；运行方式：伴热直接抽取式
紫外差分（DOAS）；运行方式：现场直插式
2、烧结烟气分析系统各类分析仪优缺点
1)紫外荧光法优点：系统中，省去了样气伴热管线、除水单元等组件，系统组成较为简单原理不存在水汽和被测组份的交叉影响；缺点：稀释采样探头直接影响整套系统的使用效果稀释探头是几乎不能修理的，一旦出现问题，就只能更换稀释法需要连续使用稀释气体，要经常更换吸附剂，一定时间后还要更新探头，所以，运行费用较高。系统对复杂现场工况的适应性较差，特别是高流速高粉尘的工况从实际效果看，该方法并不符合国内环保监测的实际情况。市场占有率非常低；
2)非分散红外吸收（NDIR）优点：系统日常运行费用比稀释系统低分析主机采用模块化设计，可实现单表的多组份分析。配套水汽分析组件或滤波气室，有效解决水汽和被测组份的交叉影响。系统的适应性强，可广泛应用于大部分场合的点源在线监测；缺点：辅助系统的除尘、除水效果要求及长期运行稳定性将直接影响分析仪的准确性和使用寿命，原厂辅助系统的品质能有保障系统集成的技术门槛低，国内集成厂家较多，品质良莠不齐；
3)紫外差分（DOAS）优点：响应时间极短，系统精度/重复性等技术指标优秀；可实现标况值的直接换算，可应用在相对恶劣的工况条件下，对各种环境的适用性强，无须配套标气和零气，日常运行费用最低，日常维护量最低；缺点：初投资较高，设备长期接触高温高粉尘易老化；
3、各类分析仪适用性分析
1)紫外荧光法用于低含量气体组份的检测，主要应用于大气监测。由于该方法的检测上限很低，所以在点源排放监测中必须采用定比例稀释方法将样气中被检测组份的含量降低，检测后再进行定比例放大。该分析方式在美国使用较为普遍，如现场工况稳定（粉尘含量保持低水平）、采样系统可靠的前提下，可以保证正常使用。适合应用在排放连续稳定（气态污染物含量低且波动小）、粉尘含量低的点源。
2)非分散红外吸收（NDIR）可靠耐用的分析方式，符合我国电厂脱硫的实际情况，同时也是被国家环保总局认可的主要分析方式。对现场工况（温度、粉尘含量等）的突变有很强的适应能力。
3)紫外差分（DOAS）最新的在线气体分析形式，具有响应时间短、系统精度高、安装维护方便、运行成本低等优势。适用于各种工况恶劣的场合。
五、结论
烟气分析系统对于烧结工序环保监测起着至关重要的作用，为后期的烟气脱硫脱硝提供了初始数据，随着中央环境管控的进一步加大力度，钢铁行业将迎来精确化控制烟气排放的格局，在企业污染治理上取得了积极的效果。