在線監(jiān)測(cè)煙氣預(yù)處理優(yōu)化

趙凡博

摘 要：隨著宣鋼焦化廠焦?fàn)t和鍋爐煙氣超低排放的改造完成，煙氣使用氨法脫硝，煙氣排放存在二氧化硫濃度低、氨逃逸的特點(diǎn)，易造成冷干直抽法CEMS檢測(cè)二氧化硫數(shù)值偏低或?yàn)椤?”，全程通二氧化硫標(biāo)氣響應(yīng)時(shí)間和示值誤差超標(biāo)的問(wèn)題。原因在于高溫?zé)煔饫淠龀?，溶解煙氣中的二氧化硫，逃逸氨在CEMS中發(fā)生二次脫硫，且生成的銨鹽能吸附煙氣中的二氧化硫。以氨法脫硝裝置的抽取式CEMS系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)在煙氣預(yù)處理中增加磷酸滴定裝置，解決了二氧化硫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏低、全程通標(biāo)氣響應(yīng)時(shí)間不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，確保了在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：超低排放；氨逃逸；CEMS；預(yù)處理；磷酸滴定

OPTIMIZATION OF CEMS FLUE GAS PRETREATMENT

Zhao Fanbo

（Hegang Group Xuangang Environmental Protection Center? ? Xuanhua? ? 075100，China）

Abstract：With the completion of the transformation of the ultra-low emission of coke oven and boiler flue gas in the coking plant of Xuan Steel， the flue gas is denitrified by ammonia method. The flue gas emission is characterized by low sulfur dioxide concentration and ammonia escape， which is easy to cause the problem that the sulfur dioxide value detected by the cold dry direct extraction CEMS is low or "0"， and the response time and indication error of the sulfur dioxide standard gas pass through the whole process exceed the standard. The reason is that the condensed water of high-temperature flue gas is separated out， dissolving the sulfur dioxide in the flue gas， and the escaping ammonia is subject to secondary desulfurization in CEMS， and the ammonium salt generated can absorb the sulfur dioxide in the flue gas. In this paper， the extraction CEMS system of ammonia denitration device is taken as the research object. By adding phosphoric acid titration device in flue gas pretreatment， the problems of low sulfur dioxide monitoring data and substandard response time of standard gas throughout the whole process are solved， and the accuracy of online monitoring data is ensured.

Key words： ultra low emission；ammonia slip；CEMS；pretreatment；phosphoric acid titration

0? ? 前? ? 言

隨著宣鋼焦化廠焦?fàn)t和鍋爐煙氣超低排放的改造完成，污染物排放濃度越來(lái)越低，對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的精度、響應(yīng)時(shí)間提出更高要求，傳統(tǒng)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取法冷凝水對(duì)二氧化硫的吸收在10%左右，氨法脫硝工藝也會(huì)造成在線監(jiān)測(cè)二氧化硫數(shù)值不穩(wěn)定，造成在線監(jiān)測(cè)二氧化硫的數(shù)據(jù)與實(shí)際情況存在誤差較大情況[1]。

1? ? 現(xiàn)? ? 狀

查看2021年7月19日焦?fàn)t煙氣排口二氧化硫數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），發(fā)現(xiàn)二氧化硫數(shù)值偏低，實(shí)測(cè)濃度在0.4～0.6 mg/m³，隨后通過(guò)手工監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)二氧化硫數(shù)值絕對(duì)誤差為-9.86 mg/m³（見(jiàn)表2），雖然符合HJ 75-2017《固定污染源煙氣（SO₂、NO_X、顆粒物）排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于二氧化硫準(zhǔn)確度的技術(shù)要求（排放濃度＜57 mg/m³）時(shí)，絕對(duì)誤差不超過(guò)17 mg/m³），但是通過(guò)全程通濃度為28 mg/m³二氧化硫標(biāo)氣，當(dāng)CEMS示值達(dá)到標(biāo)氣標(biāo)稱值90%（25.2 mg/m³）時(shí)，響應(yīng)時(shí)間為232 s，已經(jīng)超過(guò)200 s的響應(yīng)時(shí)間要求。

2? ? 原因分析

2.1? ? 煙氣冷凝水問(wèn)題

樣氣經(jīng)過(guò)在線監(jiān)測(cè)取樣探頭、取樣管加 熱傳輸至樣氣預(yù)處理單元，進(jìn)行除塵、冷凝除水，最后進(jìn)入分析檢測(cè)單元。由于取樣管伴熱帶的加熱電阻絲存在老化衰減問(wèn)題，特別是取樣管布置發(fā)生彎曲的區(qū)域，在使用一段時(shí)間后其伴熱效果下降，無(wú)法保證樣氣在整個(gè)傳輸過(guò)程不結(jié)露，高寒地區(qū)該問(wèn)題更突出。另外分析儀機(jī)柜內(nèi)有一部分取樣管沒(méi)有伴熱，這些都會(huì)促使冷凝水的產(chǎn)生，樣氣進(jìn)入冷腔冷凝除水，由于制冷器控制的是冷腔溫度（1～5 ℃），而非樣氣溫度，若樣氣流速過(guò)快，樣氣冷凝除水不充分，會(huì)產(chǎn)生冷凝水，蠕動(dòng)泵管老化，排液不及時(shí)，也會(huì)造成除水后的樣氣含冷凝水。由于二氧化硫極易溶于水，煙氣中二氧化硫不可避免的被冷凝水吸收，特別是在目前這種超低排放標(biāo)準(zhǔn)下，二氧化硫損失率會(huì)更大[2]。另外，冷凝水吸收二氧化硫后形成酸，具有一定腐蝕性，易損壞在線監(jiān)測(cè)分析儀。

2.2? ? 氨法脫硝問(wèn)題

氨法脫硝超低排放實(shí)施后，為了將NOX排放濃度控制在排放限值以下，增加了氨水的噴入量，容易產(chǎn)生氨逃逸和亞硫酸銨氣溶膠，這些物質(zhì)同樣存在于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。在含有冷凝水的情況下，樣氣中的氨氣與二氧化硫發(fā)生反應(yīng)生成銨鹽及其氣溶膠。相當(dāng)于在脫硫塔脫硫后，進(jìn)一步消耗二氧化硫，造成在線監(jiān)測(cè)測(cè)量結(jié)果偏低，檢測(cè)脫硫效率遠(yuǎn)高于塔的實(shí)際脫硫效率，發(fā)生“假脫硫”。另外傳輸過(guò)程中的銨鹽受熱也會(huì)發(fā)生分解析出二氧化硫，會(huì)造成二氧化硫短時(shí)間出現(xiàn)峰值，甚至超量程。

3? ? 解決措施

針對(duì)冷凝水析出和氨法脫硝問(wèn)題，解決思路是避免冷凝水的析出，避免或盡量降低二氧化硫在冷凝水中的溶解。一是提高采樣管路伴熱管的溫度，由原來(lái)的120 ℃提高至130 ℃，防止煙氣在采樣管路中析出冷凝水；二是采用兩級(jí)冷凝，快速將煙氣中的水氣冷凝析出，保證進(jìn)入分析的煙氣不含水分；三是將原先手工的磷酸滴定改造為在煙氣采樣探頭處用蠕動(dòng)泵滴加液態(tài)磷酸的自動(dòng)裝置。

磷酸滴定流程改造如圖1所示，樣氣經(jīng)過(guò)取樣探頭加熱過(guò)濾后增加磷酸滴定裝置，磷酸于煙氣一同進(jìn)入采樣管，采樣管將樣氣加熱至130 ℃?zhèn)鬏斨练治鰞x內(nèi)，含有磷酸的樣氣進(jìn)入二級(jí)冷凝除水，然后進(jìn)入分析儀，進(jìn)行紅外光譜分析，獲取二氧化硫、氮氧化物的濃度。

通過(guò)加裝磷酸滴定裝置，磷酸提前融入冷凝水，磷酸電離出的H+有效地抑制了SO2與水生成H₂SO₃的反應(yīng)，從而降低了SO₂溶于水的情況產(chǎn)生，大大降低了SO₂在水中的溶解度，避免了SO₂在冷凝水中的溶解損失。同時(shí)，該種方式還有效地抑制了銨鹽的產(chǎn)生，其反應(yīng)機(jī)理如下：

4? ? 實(shí)施效果

通過(guò)運(yùn)行一周時(shí)間后，查看2022年6月20日在線監(jiān)測(cè)二氧化硫數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3），二氧化硫數(shù)值在4～9 mg/m³之間，通過(guò)手工監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)二氧化硫數(shù)值絕對(duì)誤差為-0.6 mg/m³（見(jiàn)表4），隨后對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備全程通入濃度為28 mg/m³二氧化硫標(biāo)氣，計(jì)時(shí)84 s時(shí)CEMS示值達(dá)到標(biāo)氣標(biāo)稱值90%（25.2 mg/m³）時(shí)，已經(jīng)能夠完全滿足200 s的響應(yīng)時(shí)間要求。

5? ? 效益分析

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際裝置如圖2所示，蠕動(dòng)泵的功能是抽取磷酸存儲(chǔ)桶內(nèi)的磷酸，抽取速度約為50 ml/h，磷酸存儲(chǔ)桶容量為10 L，每月需3～4桶5%的磷酸溶液。截止閥功能是采樣管路反吹時(shí)截止磷酸滴定管路，防止管路中的水氣、雜質(zhì)反吹進(jìn)磷酸存儲(chǔ)桶污染磷酸。

通過(guò)增加磷酸滴定裝置，提高了低濃度下SO₂檢測(cè)的準(zhǔn)確度，有效解決了超低排放限值下出現(xiàn)

SO₂濃度數(shù)值偏低、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。同時(shí)，也解決了（NH₄）2SO₄造成分析儀堵塞、腐蝕的問(wèn)題，降低了人工清理采樣管路的勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

[1]? ? 黃立華，杜蓬宇，羅志林，等.超低排放CEMS樣氣預(yù)處理系統(tǒng)優(yōu)化[J].油氣田環(huán)境保護(hù)，2018（10）：31-33.

[2]? ? 韓旭，李峰.某鋼鐵廠燒結(jié)煙氣超低排放CEMS預(yù)處理系系統(tǒng)升級(jí)改造淺析[J].分析儀器，2021（5）：79-84.