解決水泥行業(yè)CEMS出現(xiàn)測試數(shù)據(jù)長期為“0”及全程標定超標問題的 PreGASS ? 預處理系統(tǒng)整體解決方案

水泥行業(yè)是繼熱電、鋼鐵行業(yè)后，全面實行超低排放的行業(yè)。目前，河北、安徽、河南都頒布了水泥行業(yè)超低排放大氣排放標準。水泥行業(yè)超低排放主要關(guān)注的是窯尾尾氣治理后的排放。因水泥窯爐生產(chǎn)工藝特殊，煙氣本身參與了窯爐內(nèi)水泥反應的傳熱、傳質(zhì)過程；加之煙氣治理，造成了水泥窯尾煙氣的特殊性，給目前在用的冷干直抽法CEMS造成了諸多問題，而這些問題主要集中在CEMS的預處理部分。

上海淳禧應用技術(shù)有限公司集多年研發(fā)和應用經(jīng)驗，推出了PreGASS ? 預處理系統(tǒng)整體解決方案，可以較好的滿足國家、地方相關(guān)標準對CEMS預處理的要求。

水泥行業(yè)超低排放標準簡述

水泥行業(yè)超低排放主要是針對窯尾尾氣治理后的排放。目前超低排放基本控制顆粒物在 10mg/m3，SO2 基本在 35-50mg/m3，NOx 在 100mg/m3以內(nèi)。另外，無論是采用何種脫硝工藝，要求總排煙氣的氨逃逸量低于 8mg/m3。

下表1 是國標及地方標準相關(guān)水泥窯爐（及窯尾余熱利用系統(tǒng)）大氣污染物排放限值的比較。

水泥窯爐尾氣經(jīng)環(huán)保設(shè)施治理后，遵照國家法規(guī)的強制要求，必須要在排放口安裝 CEMS 進行連續(xù)的煙氣在線監(jiān)測，以確保處理后的排放煙氣中污染物濃度滿足國家及地方的排放標準。。

冷干直抽法 CEMS預處理的問題分析

目前在水泥行業(yè)超過 90%的 CEMS 為直接抽取法，其中應用較多的是冷干直抽法。無論哪種方法，都因為窯尾尾氣比較復雜，諸如含濕較高、SO2 濃度低、氨逃逸濃度較高等，導致 CEMS 發(fā)生較多問題：如 SO2 測試數(shù)據(jù)失真，或長期顯示為“0”；系統(tǒng)全程標定無法達標；CEMS 分析儀漂移較大，需要頻繁標定等等，給運維公司和企業(yè)的環(huán)保部門造成了 極大的壓力，并涉嫌數(shù)據(jù)造假；污染源數(shù)據(jù)失真，和大氣站監(jiān)測數(shù)據(jù)邏輯不符，給環(huán)保監(jiān)管部門也造成了很大的挑戰(zhàn)。

CEMS出現(xiàn)諸如此類的問題，其主要來源就是用于除濕等的預處理系統(tǒng)不能很好的滿足目前復雜、高濕的水泥尾氣。以下就冷干直抽法CEMS預處理最主要的兩大問題進行分析：

冷凝水問題

冷凝水問題是所有冷干直抽法 CEMS 系統(tǒng)最主要的問題之一。

伴熱管線通常采用電伴熱，但伴熱管在使用一定時間后其加熱效果會下降，在冷點會析出冷凝水；另外，通常伴熱管線只連接到 CEMS 小屋內(nèi)的控制機柜，但機柜內(nèi)有部分樣氣管線沒有伴熱，目的就是通過 CEMS 小屋的室溫進行自然降溫，在裸露的管線內(nèi)必然發(fā)生冷凝。而冷凝器除濕，則就是對尾氣降溫到3-5℃，使得尾氣中的氣態(tài)水冷凝析出并通過蠕動泵排出，從而降低尾氣的含水率，使之適合分析儀檢測。

窯爐尾氣中被測易溶性氣體，例如 SO2、NO2 等，會溶于冷凝水（無論是伴熱管冷點析出的冷凝水，還是冷凝器中的冷凝水）而生成相應的酸，從而導致目標酸性 氣體的濃度測量值比實際值低，嚴重時還會發(fā)生測試值長期為“0”的問題；因為 SO2 溶入冷凝水，從而導致 SO2 濃度降低，并延長 SO2 的響應時間，會導致系統(tǒng)全程 SO2 標定 T90 時間超過允許標準。而相應的酸具有較強的腐蝕性，會嚴重腐蝕分析儀的氣室和氣路中其它的金屬部件，從而提高了 CEMS 系統(tǒng)的維護成本和設(shè)備更換成本。

在現(xiàn)有的 CEMS 系統(tǒng)中，通常采用提高伴熱溫度避免冷點的發(fā)生；冷凝器采用壓縮機雙級制冷；定期檢查、更換蠕動泵管等方式來緩解冷凝水問題。但冷凝水析出的問題是很難避免的，如 SO2 溶入冷凝水而導致分析誤差的問題。

逃逸氨問題

隨著 SNCR 和 SCR 在水泥窯尾尾氣治理中的普遍實施，如運行不正常會產(chǎn)生氨逃逸和亞硫酸銨氣溶膠二次污染（就是統(tǒng)稱的銨鹽結(jié)晶）問題。氨氣是在 SNCR 及 SCR 脫硝反應器的上游煙氣中加入的，為了確保脫硝效率，通常會過量噴氨，以降低排放煙氣中 NOx的濃度。高濃度的 氨逃逸進入大氣，會發(fā)生氣溶膠反應，直接貢獻 PM2.5，且會直接對人的呼吸系統(tǒng)造成損害。因此更新的地方標準要求水泥窯窯尾的的氨排放 濃度嚴格控制在≤8mg/m3。

銨鹽結(jié)晶會導致 CEMS 監(jiān)測分析結(jié)果出現(xiàn)誤差，提高了實際的脫硫和脫硝效率（在CEMS內(nèi)發(fā)生了二次的假脫硫或假脫硝），造成 SO2 或 NOx 測試數(shù)據(jù)偏低或測試值偏低的問題，并延長 NOx 和 SO2 的分析響應時間，導致系統(tǒng)全程 NOx 和 SO2 標定 T90 時間超過允許標準。

另外，銨鹽結(jié)晶會堵塞取樣管線，降低 CEMS 冷凝器的冷凝效率，嚴重的會污染分析儀光學鏡片和分 析儀氣室，導致 CEMS 出現(xiàn)諸多問題，大大增加了 CEMS 運維人員的工作強度。

PreGASS ? 預處理系統(tǒng)解決方案

上海淳禧應用技術(shù)有限公司（AlwaysBrong?）經(jīng)多年的研發(fā)與現(xiàn)場應用，針對水泥窯尾氣 CEMS 的問題，提供了整體預 處理解決方案，方案由以下幾個部分組成：

3.1PreGASS?--2000 系列除氨預處理系統(tǒng)

PreGASS?--2000系列 根據(jù)尾氣的逃逸氨濃度，在高溫箱體內(nèi)放置了 1-3 個除氨器，可在正常運行的情況下定期更換除氨 器。高溫箱體的溫度可以控制在 120℃-140℃。除氨器前可配置絮凝過濾器，可部分去除水溶性離子、銨鹽結(jié)晶產(chǎn)物或氣溶膠酸霧等。除氨系統(tǒng)主要目的就是選擇性去除尾氣中的氨氣，適用于冷干直抽法 CEMS 和熱濕法 CEMS 的除氨，其示意圖見圖 1。

3.2PreGASS?--9000 系列除濕預處理系統(tǒng)

PreGASS?--9000系列 是專門針對水泥窯爐尾氣，采用 Nafion 管干燥器為除濕核心，輔以絮凝過濾器、保安除氨器、壓縮空氣處理裝置和 PLC 等，集成的一套以除濕、去除水溶性離子為目的的 CEMS 預處理系統(tǒng)。其示意圖見圖 2。

PreGASS?--9000 系列的技術(shù)特點在于：因為是氣態(tài)除濕，所以 SO2、NO、NO2 的損失率非常低（≤5%）； 除濕效率≥95%，尤其適用于濕度超過 10% V/V 的高濕尾氣；處理后尾氣露點低于 0℃，可以保證后續(xù)分析儀對 SO2 等易容于水的酸性氣體測試的準確性；另外，針對采用了低 SO2 量程的非分散吸收紅外分析 儀，將尾氣含水量降低到 0℃（0.6% V/V）以下，水分對吸收光譜的連續(xù)干擾就會非常有限；而如果煙氣 露點為-20℃（1,000μmol/mol），就可以完全消除水分的干擾；如果在探頭原位采用 PreGASS-9000 預處理系統(tǒng)，因為沒有冷凝水等對 SO2 的溶解及吸附，完全能夠滿足國家標準要求的全程系統(tǒng)標定 T90 時 間，且完全滿足 HJ75、HJ76 標準對預處理系統(tǒng)的要求。

3.3PreGASS?整體解決方案

3.3.1技術(shù)方案

針對水泥窯尾尾氣而言，以下系統(tǒng)的組合就可以解決大部分 CEMS 預處理的問題：

高氨除氨尾氣：PreGASS?--2000 系列 除氨預處理系統(tǒng)；

高濕除濕尾氣：PreGASS?--9000系列 除濕預處理系統(tǒng)；

高水溶性離子：利用 PreGASS?--2000系列 和 PreGASS?--9000系列 中的絮凝過濾器進行部分去除。

以上預處理系統(tǒng)為單元模塊，可以根據(jù)尾氣的特性進行任意組合。

3.3.2 技術(shù)服務方案

定制化的技術(shù)服務也是 PreGASS?整體解決方案必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。除了上述的解決技術(shù)之外，上 海淳禧歷經(jīng)多年運營服務，提供如下定制化的整體技術(shù)服務解決方案，包括：

1）不同水泥窯尾 工況條件下的現(xiàn)場勘察，以確定具有針對性的特制方案；

2）專業(yè)的現(xiàn)場安裝、調(diào)試服務，定期維護，2小時內(nèi)快速響應；

3）人工+互聯(lián)網(wǎng)在線服務，縮短溝通時間，提高效率。

只有定制化的技術(shù)方案 + 定制化的技術(shù)服務方案，才能確保技術(shù)方案得以順利實施。定制化的技術(shù)服務方案是確保整體方案長期、穩(wěn)定、高效運行的前提和保證。

成功案例

邢臺*隅**水泥有限公司

尾氣處理工藝及問題：該水泥廠有兩條 2500t/d 新型干法窯外分解性工藝的水泥熟料生產(chǎn)線，窯尾尾 氣處理工藝為 SNCR+ESP。分解室 SNCR 脫硝效率較低，排放尾氣中氨逃逸濃度較大，某一實點在線氨 逃逸監(jiān)測濃度為 76mg/m3；生料磨開啟時尾氣濕度較高，實測值為 12.3% V/V。

窯尾尾氣 CEMS 系統(tǒng)：高溫探頭 + 高溫伴熱管（120℃）+ 雙級壓縮機冷凝器（沒有加磷酸）+ 進口某品牌非分散紅外分析儀（NDIR），SO2 量程為 0∽150mg/m3。

CEMS 系統(tǒng)問題：1）現(xiàn)場對 CEMS 系統(tǒng)進行全程標定時，SO2 偏差較大；

2）全程標定響應時間較 過長，超過 5 分鐘，無法滿足標準要求；

3）CEMS 樣氣管路中有液態(tài)水，銨鹽結(jié)晶物明顯；

4）使用空氣 自動標定時零點偏移較大，超過±2% F.S.；

5）SO2 測試數(shù)據(jù)偏低，長時間存在 SO2 測試數(shù)據(jù)為 “0” ；

6） 采用了便攜式氨逃逸表進行比對，和固定式氨逃逸表的監(jiān)測數(shù)據(jù)基本吻合，測試數(shù)據(jù)在 70mg/m3 左右。

解決方案：原位 PreGASS?--2500 除氨系統(tǒng) + PreGASS?--9500 除濕系統(tǒng)

測試結(jié)果：見表 2。

從現(xiàn)場勘測、安裝、調(diào)試、驗收，30 天內(nèi)完成全部 CEMS 預處理系統(tǒng)改造。改 造后進行了一系列測試：

1）T90 時間縮短到 120 秒以內(nèi)，完全滿足 T90≤200 秒的標準規(guī)范要求；全系統(tǒng) 誤差示值≤±2.0%；

2）尾氣處理后露點低于-10℃，完全滿足標準規(guī)范關(guān)于干基和除濕效率的要求。

目 前該系統(tǒng)已正常運行 18 個月，CEMS運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準確，同時運維工作量也得到了大幅降低。

圖3為PreGASS?--2500 + PreGASS?--9500的現(xiàn)場安裝照片。

河北*寶**水泥有限公司

尾氣處理工藝及問題：該水泥廠建有一條日產(chǎn)1,000噸熟料、國內(nèi)最先進的白水泥生產(chǎn)線，采用的是新型干法預分解生產(chǎn)工藝，窯尾煙氣處理工藝為：窯頭低氮燃燒+SNCR脫硝（還原劑為尿素）+旋風除塵+SCR脫硝（還原劑為尿素）+高溫玻纖覆膜布袋除塵器。在線氨逃逸監(jiān)測濃度約為25mg/m3；生料磨開啟時尾氣濕度為13.5% V/V。

窯尾尾氣 CEMS 系統(tǒng)：高溫探頭 + 高溫伴熱管（120℃）+ 雙級壓縮機冷凝器（沒有加磷酸）+ 國產(chǎn)紫外分析儀（DOAS），SO2 量程為 0∽286mg/m3。

CEMS 系統(tǒng)問題：

尾氣濕度大，樣氣管路中有液態(tài)水；且氨逃逸導致的銨鹽結(jié)晶明顯，因此全程SO2標定響應時間過長，超過 200秒，且示值誤差超過±2.5%，無法滿足標準要求；

2）SO2 測試數(shù)據(jù)偏低，長時間存在 SO2 測試數(shù)據(jù)為“0”問題。

解決方案：原位  PreGASS?--9500 除濕、除氨預處理系統(tǒng)

測試結(jié)果：見表 3。從現(xiàn)場勘測、安裝、調(diào)試、驗收，18天內(nèi)完成全部 CEMS 預處理系統(tǒng)改造。改 造后進行了一系列測試：

1）T90 時間縮短到 150 秒以內(nèi)，完全滿足 T90≤200 秒的標準規(guī)范要求；全系統(tǒng) 誤差示值≤±1.0%；

2）尾氣處理后露點低于-10℃，完全滿足標準規(guī)范關(guān)于干基和除濕效率的要求。

目 前該系統(tǒng)已正常運行 18 個月，CEMS運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準確，同時運維工作量也得到了大幅降低。

圖4為PreGASS-9500的現(xiàn)場安裝照片。

結(jié)論

目前中國的幾個重點區(qū)域都在推進水泥超低排放，主要是針對水泥窯尾尾氣；水泥窯爐尾氣中 SO2 濃度通常不高；最難處理的就是 NOx，通常采用 SNCR+SCR 等脫硝工藝，但是氨逃逸濃度相對較高； 尾氣濕度較高；根據(jù)尾氣處理工藝不同，處理水平差異，導致某些尾氣中水溶性離子和 HC 碳氫化合物濃度都偏高；

水泥窯尾尾氣 影響CEMS 運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準確的兩大主要問題：冷凝水析出，氨逃逸（銨鹽結(jié)晶）；

根據(jù)長期的研發(fā)和現(xiàn)場應用，上海淳禧應用技術(shù)有限公司（AlwaysBrong?）提出了 PreGASS? 預處理系統(tǒng)整體解決方案。方案包括：

------基于高溫固態(tài)填料反應法的 PreGASS?--2000 系列除氨系統(tǒng)；

------基于 Nafion 管除濕為核心的   PreGASS?--9000 系列除濕系統(tǒng)；

------定制化的技術(shù)服務體系，構(gòu)成了 PreGASS? 預處理系統(tǒng)整體解決方案；

PreGASS ? 預處理解決方案適合于水泥窯尾尾氣的冷干直抽法 CEMS，也適合于熱濕法 CEMS 的預 處理，處理后的尾氣完全滿足并超過了國標 HJ75/76-2017 對 CEMS 預處理系統(tǒng)的要求，是對現(xiàn)有 CEMS 預處理技術(shù)的有機補充。

兩個水泥窯尾尾氣CEMS采用PreGASS? 預處理系統(tǒng)改造后，銨鹽結(jié)晶問題基本解決，除濕后尾氣露點溫度低于-10℃，除濕效率≥95%，SO2全程標定損失率≤±2%且T90時間低于150秒，完全滿足了國標HJ75/76-2017對CEMS預處理的要求。

PreGASS?預處理系統(tǒng)在水泥窯尾尾氣CEMS成功的應用，緩解了上級監(jiān)管部門、第三方運維人員、工廠環(huán)保管理人員的壓力，確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性、可靠性和穩(wěn)定性。

關(guān)于上海淳禧（AlwaysBrong ?）：

上海淳禧應用技術(shù)有限公司(AlwaysBrong?)是一家專注于國內(nèi)工業(yè)環(huán)保應用領(lǐng)域，以環(huán)保儀器設(shè)備、環(huán)?；瘜W品為產(chǎn)品，以創(chuàng)新技術(shù)、領(lǐng)先技術(shù)、應用技術(shù)為核心，集研發(fā)生產(chǎn)、市場銷售、現(xiàn)場技術(shù)支持為一體的完整運營平臺，提供定制化、專業(yè)化的系統(tǒng)解決方案和服務的科技型公司。

上海淳禧(AlwaysBrong?)旗下的PreGASS? 煙氣在線監(jiān)測預處理整體解決方案，包括：

PreGASS?--2000系列 除氨 預處理系統(tǒng)；

PreGASS?--3000系列 除烴 預處理系統(tǒng)；

PreGASS?--9000系列 除氨、除濕 預處理系統(tǒng)；

定制化的現(xiàn)場技術(shù)服務；