論文導(dǎo)讀：國(guó)內(nèi)煙氣排放分析中SO。樣品預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。樣品預(yù)處理，煙氣排放分析在污泥焚燒裝置中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：煙氣排放分析，樣品預(yù)處理，污泥干化焚燒

　　1、 工藝簡(jiǎn)介
　　上海石洞口污水處理廠設(shè)計(jì)處理污水量為40×104m3/d，處理工藝采用具有脫氮除磷功能的一體化活性污泥法，處理對(duì)象為城市污水。
　　干化段采用流化床干化工藝，設(shè)計(jì)處理量為213噸/天，將機(jī)械脫水后含水率70%左右的濕污泥干化至10%以下。經(jīng)過(guò)干化的污泥顆粒通過(guò)機(jī)械輸送進(jìn)入焚燒系統(tǒng)。干污泥顆粒在焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的SO2由加入焚燒爐內(nèi)的石灰石進(jìn)行反應(yīng)，以求把SO2降低到一定濃度以下。
　　 焚燒煙氣自鍋爐尾部煙道出口進(jìn)入煙氣凈化裝置，煙氣凈化采用半干法噴淋塔和布袋除塵器組合運(yùn)行，凈化后的煙氣經(jīng)在線分析H2O、O2、SO2、含塵量等參數(shù)后，經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入煙囪排入大氣。
　　2、 原在線分析系統(tǒng)構(gòu)成、測(cè)量原理及應(yīng)用狀況
　　裝置自2004年年底建成投產(chǎn)后，含塵量、H2O、O2在線分析儀工作基本正常，但是SO2在線分析儀始終工作不正常。（其安裝示意圖見(jiàn)圖1）
　　原紫外吸收法測(cè)量SO2的在線分析儀安裝在煙道上，探頭插入煙道中，它由分析儀、現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)、凈化空氣吹掃系統(tǒng)等部分組成。分析儀完成SO2濃度測(cè)量，經(jīng)過(guò)RS232口傳至現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)。凈化空氣吹掃系統(tǒng)向測(cè)試儀探頭中不斷吹掃，以保持測(cè)試儀探頭中鏡片的清潔。
　　分析儀的光學(xué)系統(tǒng)主要由發(fā)射和接收兩大部分組成，包括光源、透鏡、角反射器、狹縫和多道光譜儀等。光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡直接射入煙道中，通過(guò)煙氣吸收后經(jīng)角反射器返回，由光二極管陣列檢測(cè)器CCD接收。CCD檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，電信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送入高速信號(hào)采集A／D和CPU處理單元，采用適當(dāng)?shù)乃惴▽?duì)其進(jìn)行處理得到SO2分析結(jié)果。
　　
　　圖1
　　該原理的SO2分析儀在我廠投用后，一直工作不正常，經(jīng)反復(fù)調(diào)試及查閱原廠商技術(shù)文件，總結(jié)SO2分析儀投用不正常原因如下：
　　2.1 　原SO2分析儀為插入式紫外原理分析儀，該儀器的光學(xué)部件、電路部件直接安裝在煙道上，安裝點(diǎn)位置距離引風(fēng)機(jī)過(guò)近，引風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)SO2分析儀附近的震動(dòng)比較大，影響了分析儀光學(xué)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，造成分析儀數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。
　　2.2 　引風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，煙道內(nèi)部的壓力為負(fù)壓，且壓力隨著焚燒爐工況的變化存在波動(dòng)，而壓力的波動(dòng)對(duì)原SO2分析儀的影響較大，讀數(shù)始終無(wú)法穩(wěn)定。
　　2.3 　為了防止粉塵對(duì)光學(xué)部件的污染，原SO2分析儀設(shè)計(jì)有插入式陶瓷過(guò)濾器。該過(guò)濾器安裝于煙道內(nèi)部，清潔及維護(hù)不方便，當(dāng)有微小的粉塵顆粒透過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入測(cè)量氣室內(nèi)部時(shí)，無(wú)法清除，勢(shì)必造成測(cè)量偏差。論文發(fā)表，樣品預(yù)處理。
　　2.4 　SO2分析儀所有部件直接安裝于煙道上，拆卸不便。測(cè)量偏差后的重新標(biāo)定及深入檢查判斷故障點(diǎn)比較麻煩，維護(hù)難度大。
　　3、 SO2在線分析系統(tǒng)的改進(jìn)方案
　　經(jīng)以上分析，原分析儀測(cè)量的不正常主要是由于分析儀安裝于震動(dòng)的被測(cè)管道上以及被測(cè)介質(zhì)壓力的不穩(wěn)定引起的，因此考慮選用抽取式在線分析儀取代原來(lái)的管道安裝式分析儀。
　　3.1 　取樣點(diǎn)位置
　　鑒于在引風(fēng)機(jī)入口取樣處存在負(fù)壓波動(dòng)，且引風(fēng)機(jī)的震動(dòng)對(duì)SO2分析儀有較大影響，經(jīng)技術(shù)論證，將取樣點(diǎn)的位置挪至煙囪上，選擇在煙囪的中部稍靠下區(qū)域取樣（見(jiàn)圖2），該取樣點(diǎn)的選擇避開(kāi)了引風(fēng)機(jī)的震動(dòng)，且煙氣的流速及壓力均已十分穩(wěn)定。一般認(rèn)為，在大多數(shù)氣體和液體管線中，從產(chǎn)生良好混合的湍流位置上取樣，可保證樣品真正具有代表性。因此，重新選型并安裝了新的取樣裝置。新的取樣裝置的取樣管要深入到煙囪內(nèi)部中心位置，為取到有代表性的樣品提供了保障。
　　
　　圖2
　　3.2 取樣裝置
　　取樣裝置的核心是電加熱型取樣探頭，它由電加熱恒溫型陶瓷過(guò)濾器、溫度控制器、反吹控制器等設(shè)備構(gòu)成，該過(guò)濾器能將煙囪內(nèi)粒徑大于2um的粉塵顆粒有效濾除。定時(shí)控制的反吹裝置定期反吹過(guò)濾器的內(nèi)外表面，保證濾芯的清潔。
　　4、 在線分析儀表選型
　　目前國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)推薦的分析方法有如下一些：
　　抽取式連續(xù)監(jiān)測(cè)：
　　 　二氧化硫（SO2）——紫外熒光法、非分散紅外吸收法（NDIR）
　　 氮氧化物（NOx）——化學(xué)發(fā)光法、非分散紅外吸收法（NDIR）
　　現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)：
　　 　紅外或紫外吸收法（非分散紅外分析儀和紫外分光光度計(jì)）
　　國(guó)內(nèi)煙氣排放分析中SO2的測(cè)量，絕大多數(shù)采用直接抽取法配套非分散紅外分析儀（NDIR）實(shí)現(xiàn)。直接抽取采樣法煙氣由隔膜泵抽吸，經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾除塵、加熱保溫管線傳送，再經(jīng)冷凝除濕、細(xì)過(guò)濾除塵、流量調(diào)節(jié)等預(yù)處理裝置后送入分析儀進(jìn)行分析。由于煙塵和水汽已從取樣氣中除去，所以分析儀的工作相對(duì)穩(wěn)定可靠，技術(shù)比較成熟。NDIR分析儀工作原理及特點(diǎn)文獻(xiàn)資料眾多，在此不再敷述。
　　5、 樣品預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　煙氣在線分析儀能否用好，取決于樣品系統(tǒng)的完善程度和可靠性。分析儀無(wú)論如何復(fù)雜和精確，分析精度也要受到樣品的代表性、實(shí)時(shí)性和物理狀態(tài)的限制。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，由于各種環(huán)境條件的局限性，樣品預(yù)處理系統(tǒng)往往是整個(gè)在線分析系統(tǒng)所面對(duì)的主要矛盾。事實(shí)上，樣品預(yù)處理系統(tǒng)在實(shí)際使用中遇到的問(wèn)題往往比分析儀還要多，樣品系統(tǒng)的維護(hù)量也往往超過(guò)分析儀本身。
　　5.1結(jié)合SO2氣體的理化特點(diǎn)，在線SO2分析時(shí)，樣品預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須注意以下問(wèn)題
　�、� SO2易溶于水(約為1:40)，樣品預(yù)處理過(guò)程中冷凝水的存在和積存會(huì)使SO2大量溶解，造成分析結(jié)果嚴(yán)重偏低，無(wú)法測(cè)量出煙氣中的SO2真實(shí)含量。
　　② SO2溶解于水生成亞硫酸，進(jìn)一步氧化反應(yīng)可生成硫酸，亞硫酸及硫酸均為腐蝕性液體，會(huì)腐蝕樣品預(yù)處理系統(tǒng)中的管線、閥門、流量計(jì)等設(shè)備，造成預(yù)處理及分析儀工作不正常。
　�、� 針對(duì)污泥焚燒煙氣中SO2氣體分析的特點(diǎn)，需要針對(duì)性地設(shè)計(jì)樣品預(yù)處理系統(tǒng)，改造后的樣品預(yù)處理及分析流程如下（見(jiàn)圖3)：
　　
　　圖3
　　5.2 樣品預(yù)處理及分析流程說(shuō)明
　　①采樣氣體柜外預(yù)處理
　　被分析的煙氣在煙道內(nèi)部首先通過(guò)前置預(yù)過(guò)濾器進(jìn)行一次過(guò)濾，一次過(guò)濾后的樣品氣體進(jìn)入戶外型采樣探頭，再經(jīng)探頭內(nèi)部孔徑細(xì)到2μm的陶瓷過(guò)濾器進(jìn)行二次過(guò)濾。采樣探頭帶有電加熱器，可以使過(guò)濾器件和樣氣溫度始終保持在100℃以上，防止采樣氣體中的水汽冷凝，粉塵結(jié)塊，防止探頭和管線堵塞。采樣氣經(jīng)過(guò)濾后，成為較純凈的混合煙氣進(jìn)入輸送管線，最終到達(dá)分析儀表柜。
　�、诓蓸託怏w柜內(nèi)預(yù)處理
　　到達(dá)分析儀表柜的采樣氣體經(jīng)過(guò)脫水冷凝器，混合煙氣被急速冷卻到5℃，煙氣中的水分會(huì)充分析出，脫掉的水分經(jīng)蠕動(dòng)泵排走。論文發(fā)表，樣品預(yù)處理。此時(shí)，采樣氣體成為露點(diǎn)為5℃的干氣，再經(jīng)過(guò)孔徑為0.1μm的精細(xì)過(guò)濾器，進(jìn)一步除去粉塵顆粒，使采樣氣體成為無(wú)塵、無(wú)水、流量穩(wěn)定的氣體。
　�、蹣悠贩治�
　　經(jīng)過(guò)針閥流量計(jì)調(diào)節(jié)采樣氣體流量后，進(jìn)入SO2分析儀測(cè)定采樣氣體中SO2的濃度，并將測(cè)量結(jié)果以4～20mA模擬或數(shù)字信號(hào)輸出。
　　小結(jié)：樣品預(yù)處理過(guò)程采用直接加熱抽取技術(shù)，對(duì)采樣氣體的取樣、輸送全過(guò)程進(jìn)行加熱控制，確保采樣氣體中的水分不冷凝，SO2氣體的含量不失真。所有與采樣氣體接觸的部件均選用PTFE材料或其它耐腐蝕合金材質(zhì)，確保系統(tǒng)部件不被腐蝕。又考慮到污泥焚燒系統(tǒng)中小顆粒粉塵濃度比較高，因此采用多級(jí)過(guò)濾方式，充分過(guò)濾掉采樣氣體中的小顆粒粉塵，使采樣氣體中粉塵顆粒大于0.1μm的固態(tài)雜質(zhì)被濾除，保證了采樣氣體的潔凈度滿足分析儀的要求。
　　5.3 標(biāo)定系統(tǒng)
　　分析儀器的標(biāo)定及定期檢查是保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性的重要日常維護(hù)工作之一。在線分析儀器在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，一般會(huì)存在或多或少的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，為確保系統(tǒng)分析精度同時(shí)降低日常維護(hù)工作量，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了自動(dòng)標(biāo)定功能。
　　5.3.1自動(dòng)標(biāo)定分為兩種控制方式：
　�、� 由PLC定期發(fā)出校準(zhǔn)信號(hào)，指揮相關(guān)電磁閥完成（周期48小時(shí)，可調(diào)）
　　當(dāng)PLC程序執(zhí)行校準(zhǔn)的過(guò)程中，分析儀自身系統(tǒng)判斷測(cè)量信號(hào)異常時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)氣濃度信號(hào)量程超出分析儀出廠時(shí)標(biāo)定的范圍或標(biāo)準(zhǔn)氣壓力過(guò)低過(guò)高），則PLC終止標(biāo)定程序，關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)氣電磁閥，同時(shí)輸出報(bào)警信號(hào)。等到信號(hào)恢復(fù)正�；蛉斯づ懦�故障后，分析儀自動(dòng)恢復(fù)運(yùn)行。
　�、� 支持人工不定期校準(zhǔn)，由維護(hù)人員定期進(jìn)行
　　5.3.2自動(dòng)標(biāo)定功能執(zhí)行時(shí)，分析系統(tǒng)在PLC和SO2分析儀的控制下，順序執(zhí)行以下動(dòng)作：
　�、俨蓸与姶砰y切旁路，抽氣泵停止運(yùn)行，系統(tǒng)停止進(jìn)樣，分析儀測(cè)量數(shù)據(jù)輸出信號(hào)保持。
　�、诹泓c(diǎn)氣電磁閥開(kāi)啟，判斷進(jìn)表氣體壓力，若壓力正常，進(jìn)入延時(shí)等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定過(guò)程。
　　③零點(diǎn)氣體讀數(shù)穩(wěn)定后，分析儀完成零點(diǎn)標(biāo)定。
　　④零點(diǎn)氣電磁閥關(guān)閉，滿量程氣電磁閥開(kāi)啟，判斷進(jìn)表氣體壓力，若壓力正常，進(jìn)入延時(shí)等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定過(guò)程。
　�、轁M量程氣體讀數(shù)穩(wěn)定后，分析儀完成滿量程標(biāo)定。
　�、逎M量程氣電磁閥關(guān)閉，采樣電磁閥開(kāi)啟，抽氣泵啟動(dòng)，采樣氣體重新進(jìn)入分析系統(tǒng)分析，延時(shí)等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
⑦采樣氣體分析結(jié)果數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，分析儀解除輸出信號(hào)保持，輸出實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。
　　5.3.3自動(dòng)校準(zhǔn)控制中需注意的問(wèn)題：
　�、賲⒖贾圃焐痰耐扑]標(biāo)定周期，過(guò)于頻繁的標(biāo)定并不必要。
　�、谧詣�(dòng)標(biāo)定時(shí)延時(shí)等待數(shù)據(jù)周期需現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確認(rèn)，并需要定期檢查調(diào)整。延時(shí)等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，增加了標(biāo)準(zhǔn)氣的消耗量，時(shí)間過(guò)短，標(biāo)定數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。
　�、蹣�(biāo)定過(guò)程中，分析儀的輸出信號(hào)采用了保持標(biāo)定前分析數(shù)據(jù)的方式。這樣，在標(biāo)定過(guò)程中系統(tǒng)輸出信號(hào)無(wú)階躍波動(dòng)，避免了對(duì)環(huán)保監(jiān)測(cè)和工藝控制的影響。
　　④人工需定期檢查標(biāo)準(zhǔn)氣余量、標(biāo)準(zhǔn)氣輸出壓力，并且定期手動(dòng)標(biāo)定，以檢查核實(shí)自動(dòng)標(biāo)定結(jié)果。
　　5.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)
　　為了提高樣品預(yù)處理系統(tǒng)的可靠性，降低維護(hù)工作量，系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)了以下自動(dòng)控制回路：
　�、� 采樣探頭自動(dòng)反吹控制
　　采樣探頭的反吹由PLC控制，控制方式分為定時(shí)反吹、流量低反吹和手動(dòng)反吹三種方式。論文發(fā)表，樣品預(yù)處理。論文發(fā)表，樣品預(yù)處理。定時(shí)反吹和流量低反吹由PLC判斷并執(zhí)行，手動(dòng)反吹則支持維護(hù)人員維護(hù)保養(yǎng)時(shí)手動(dòng)控制。
　　② 采樣氣體含水聯(lián)鎖保護(hù)
　　樣品預(yù)處理系統(tǒng)中安裝有水分報(bào)警器，當(dāng)采樣氣體中的水分含量高時(shí)，系統(tǒng)停止進(jìn)樣，防止帶有水分的樣氣進(jìn)入分析儀表內(nèi)部，損壞分析儀。系統(tǒng)停止進(jìn)樣后，PLC發(fā)出系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)，通知有關(guān)人員排查原因。
　�、� 采樣氣體流量低控制及報(bào)警
　　當(dāng)采樣氣體流量計(jì)檢測(cè)到樣氣流量低時(shí)，PLC會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)反吹控制，執(zhí)行反吹動(dòng)作。反吹結(jié)束后，如果流量恢復(fù)正常，則系統(tǒng)投入正常運(yùn)行。如果流量仍然偏低，則停止進(jìn)樣，并輸出系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)，通知有關(guān)人員排查原因。
　�、� 工藝布袋除塵器故障聯(lián)鎖控制
　　當(dāng)工藝裝置的布袋除塵器系統(tǒng)故障或煙氣跨過(guò)除塵器切換到旁路管道直接進(jìn)入煙囪時(shí)，煙氣中的粉塵含量會(huì)急劇升高。為避免突然增加的大量粉塵給在線分析系統(tǒng)帶來(lái)不利影響，PLC將分析系統(tǒng)切換到旁路狀態(tài)，停止進(jìn)樣，并輸出系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)。
　　6、 投用對(duì)比測(cè)試
　　改造后的SO2分析儀2009年投入運(yùn)行，已平穩(wěn)運(yùn)行近兩年，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常，分析結(jié)果與其它分析方式分析出的結(jié)果基本一致，測(cè)量誤差在可接受的范圍內(nèi)。論文發(fā)表，樣品預(yù)處理。
　　

7、 結(jié)束語(yǔ)
　　污泥焚燒裝置中在線分析儀表的應(yīng)用需要從設(shè)備的選型、取樣位置、安裝位置、整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多角度考慮。論文發(fā)表，樣品預(yù)處理。改進(jìn)后的SO2分析系統(tǒng)較好的適應(yīng)了污泥焚燒裝置的工藝流程特點(diǎn)，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行不僅實(shí)現(xiàn)了污染物排放的連續(xù)檢測(cè)，而且利用其穩(wěn)定的測(cè)量信號(hào)，還可以通過(guò)DCS焚燒爐控制系統(tǒng)控制石灰石的加注量，體現(xiàn)了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：
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