在線監(jiān)測煙氣預(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，易造成冷干直抽法CEMS檢測二氧化硫數(shù)值偏低或為“0”，全程通二氧化硫標(biāo)氣響應(yīng)時間和示值誤差超標(biāo)的問題。原因在于高溫?zé)煔饫淠龀觯芙鉄煔庵械亩趸颍右莅痹贑EMS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)為研究對象，通過在煙氣預(yù)處理中增加磷酸滴定裝置，解決了二氧化硫監(jiān)測數(shù)據(jù)偏低、全程通標(biāo)氣響應(yīng)時間不達標(biāo)問題，確保了在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。

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越低，對在線監(jiān)測設(shè)備的精度、響應(yīng)時間提出更高要求，傳統(tǒng)煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)取法冷凝水對二氧化硫的吸收在10%左右，氨法脫硝工藝也會造成在線監(jiān)測二氧化硫數(shù)值不穩(wěn)定，造成在線監(jiān)測二氧化硫的數(shù)據(jù)與實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)（見表1），發(fā)現(xiàn)二氧化硫數(shù)值偏低，實測濃度在0.4～0.6 mg/m³，隨后通過手工監(jiān)測設(shè)備進行比對，發(fā)現(xiàn)二氧化硫數(shù)值絕對誤差為-9.86 mg/m³（見表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)測技術(shù)規(guī)范》中對于二氧化硫準確度的技術(shù)要求（排放濃度＜57 mg/m³）時，絕對誤差不超過17 mg/m³），但是通過全程通濃度為28 mg/m³二氧化硫標(biāo)氣，當(dāng)CEMS示值達到標(biāo)氣標(biāo)稱值90%（25.2 mg/m³）時，響應(yīng)時間為232 s，已經(jīng)超過200 s的響應(yīng)時間要求。

2? ? 原因分析

2.1? ? 煙氣冷凝水問題

樣氣經(jīng)過在線監(jiān)測取樣探頭、取樣管加 熱傳輸至樣氣預(yù)處理單元，進行除塵、冷凝除水，最后進入分析檢測單元。由于取樣管伴熱帶的加熱電阻絲存在老化衰減問題，特別是取樣管布置發(fā)生彎曲的區(qū)域，在使用一段時間后其伴熱效果下降，無法保證樣氣在整個傳輸過程不結(jié)露，高寒地區(qū)該問題更突出。另外分析儀機柜內(nèi)有一部分取樣管沒有伴熱，這些都會促使冷凝水的產(chǎn)生，樣氣進入冷腔冷凝除水，由于制冷器控制的是冷腔溫度（1～5 ℃），而非樣氣溫度，若樣氣流速過快，樣氣冷凝除水不充分，會產(chǎn)生冷凝水，蠕動泵管老化，排液不及時，也會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)準下，二氧化硫損失率會更大[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)測分析儀。

2.2? ? 氨法脫硝問題

氨法脫硝超低排放實施后，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，進一步消耗二氧化硫，造成在線監(jiān)測測量結(jié)果偏低，檢測脫硫效率遠高于塔的實際脫硫效率，發(fā)生“假脫硫”。另外傳輸過程中的銨鹽受熱也會發(fā)生分解析出二氧化硫，會造成二氧化硫短時間出現(xiàn)峰值，甚至超量程。

3? ? 解決措施

針對冷凝水析出和氨法脫硝問題，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；二是采用兩級冷凝，快速將煙氣中的水氣冷凝析出，保證進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泵滴加液態(tài)磷酸的自動裝置。

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

通過加裝磷酸滴定裝置，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，該種方式還有效地抑制了銨鹽的產(chǎn)生，其反應(yīng)機理如下：

4? ? 實施效果

通過運行一周時間后，查看2022年6月20日在線監(jiān)測二氧化硫數(shù)據(jù)（見表3），二氧化硫數(shù)值在4～9 mg/m³之間，通過手工監(jiān)測設(shè)備進行比對，發(fā)現(xiàn)二氧化硫數(shù)值絕對誤差為-0.6 mg/m³（見表4），隨后對監(jiān)測設(shè)備全程通入濃度為28 mg/m³二氧化硫標(biāo)氣，計時84 s時CEMS示值達到標(biāo)氣標(biāo)稱值90%（25.2 mg/m³）時，已經(jīng)能夠完全滿足200 s的響應(yīng)時間要求。

5? ? 效益分析

現(xiàn)場實際裝置如圖2所示，蠕動泵的功能是抽取磷酸存儲桶內(nèi)的磷酸，抽取速度約為50 ml/h，磷酸存儲桶容量為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截止磷酸滴定管路，防止管路中的水氣、雜質(zhì)反吹進磷酸存儲桶污染磷酸。

通過增加磷酸滴定裝置，提高了低濃度下SO₂檢測的準確度，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)時間不達標(biāo)的問題。同時，也解決了（NH₄）2SO₄造成分析儀堵塞、腐蝕的問題，降低了人工清理采樣管路的勞動強度。

參考文獻

[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，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)升級改造淺析[J].分析儀器，2021（5）：79-84.