氨法湿法脱硫工艺下CEMS的运行情况分析

氨法湿法脱硫工艺下CEMS的运行情况分析

张卿、宁欣

引言：

锅炉烟气脱硫装置采用氨法脱硫工艺，因氨法脱硫的过程中会出现大量的水分，烟气中的SO2会与系统中的水、氨气发生化学反应生成硫酸铵，硫酸铵拥有易溶于水的性质，在其溶于水的过程中会形成一定质量的硫酸铵结晶，除此之外硫酸铵结晶物还会吸附系统中的SO2，导致SO2回流问题频发。

一.问题分析

1.伴热系统故障

采样管线未全程伴热或采样管线伴热温度不足,采样探头加热温度不足,伴热管线与采样探头、采样阀、汽水分离器等连接部位没有做好保温措施等，以上故障会导致采样管内烟气温度低于露点，水汽结露，SO2溶于水中使测定结果偏低。

2.冷凝器、蠕动泵故障

冷凝器故障时冷凝除水效果差,采样管路会出现液态水，导致SO2与水反应生成亚硫酸。蠕动泵泵管老化、蠕动泵损坏、蠕动泵泄漏，蠕动泵故障导致冷凝水无法正常排出,使冷凝器不能正常工作,还会进入分析系统，导致分析仪故障。

3.SO2全系统通入标准气体不达标

氨法脱硫工艺的工艺现场，当出现高浓度氨逃逸时，冷凝器脱出的冷凝水大多呈强碱性，此时SO2全程通标气结果不能满足HJ76-2017规范中规定的线性误差和响应性指标要求，尤其在通人低浓度标气时，响应时间非常长，甚至无响应。

随着温度的降低，SO2在水中的溶解度上升，也就是说，SO2在冷凝水中的溶解度升高，损失量也随之升高。

由图看出溶解度随温度降低而逐步增大，最高的区域正是在0～5℃范围，而3～5℃恰恰是冷凝器的工作温度。在冷凝器冷腔内，烟气被降温至3～5℃，冷凝水在冷腔壁均匀析出，并通过蠕动泵缓慢排出，不可避免的会发生SO2 溶入冷凝水的情况，由于SO2的易溶性，浓度越低，相对损失的百分比就越大。

图1：不同温度下SO2在冷凝水中的溶解度

4. SO2,NO监测数据波动且不稳定

由于水分对红外原理测量SO2的干扰影响，目前超净烟气排放连续监测系统大多采用紫外差分原理测量SO2、NO,即采用200~400 nm的紫外波段光谱进行浓度反演，将待测物质SO2, NO的窄带吸收从原始光谱中分离出来。在此波段下NH,有明显的特征吸收(窄带吸收)，如不做算法上的特殊处理，逃逸氨背景气体将会对测量结果产生较大干扰。同时，气溶胶(NH)HSO3,(NH4)2SO3会在一定的条件下分解为SO2和NH3，这又会造成氨逃逸量增加，同时SO2排放超标。

5. CEMS运行维护频率高

气溶胶硫酸铵盐结晶物易在采样探头探杆内部、伴热管线内壁、冷凝除水玻璃管内壁附着，焦化行业烟气成分复杂，附着物聚集多现象尤其明显，导致CEMS管路系统采气量小，或者管路堵塞。从而导致采样泵损坏等问题发生。此工况环境下,CEMS的自动反吹功能不能完全解决此问题，需要经常采用酸洗等措施解决，导致维护频率高、维护复杂等问题。

二.针对上述问题的改进措施

1. 在日常检查工作中，要观察采样管线是否全程伴热,用手触碰采样管线,感觉是否有温度异常偏低的部分。检查采样管两端,恒功率伴热管是否预留1米伴热带。若未预留1米伴热带,伴热管最后一米无法加热,用手触碰此处，会发现温度低,未伴热。检查探头加热温度，一般加热温度不低于160℃。检查伴热管伴热温度,一般伴热温度不低于120℃。查看冷凝器上的显示温度,一般冷凝温度应在3-5℃。另外观察抽气泵，如果除湿不好,抽气泵易腐蚀。检查排水管是否堵塞,蠕动泵排水是否正常。要保障CEMS主机柜的运行环境，室温过高或过低都有可能引起设备异常,将室内环境温度控制在20±5℃,相对湿度45%-65%, 对降低CEMS的故障率很有必要。

2. 严格执行HJ75-2017规范的要求，每3个月至少检查一次气态污染物CEMS的过滤器、采样探头和管路的结灰和冷凝水情况、气体冷却部件、转换器、泵膜老化状态。要查看蠕动泵电机是否按标识方向转动，观察蠕动泵管是否有水柱顺利排出。查阅运维记录,检查是否定期更换蠕动泵管。将蠕动泵管拆卸下来,观察其是否有裂纹、能否恢复原状。如拆卸后不能恢复原状,泵管表面有裂纹则需要更换。

3. 在采样探头和伴热管线连接处加装磷酸滴定装置，防止采样管线加热冷点处形成的液态水对SO2的吸附，冷凝后的磷酸溶液汇同冷凝器的蠕动泵排出，磷酸质量分数及磷酸滴定泵的速率同上，在实际应用中，因伴热管线持续加热磷酸滴定可间隔加入，不必持续滴定，间隔频率可设置为1次/10 min，10～15 s/次。同时磷酸滴定装置由于放置在平台上，需对装置做好恒温控制防护。

三.改进后的运行情况

1.随着脱硫系统的运行，烟气中的水含量、SO2、硫酸铵逐渐在CEMS系统中饱和，就会造成SO2的测量值逐步降低，需频繁对管线及除水设施进行吹扫，消除CEMS系统对SO2的误差。因此造成CEMS通入SO2标气全系统不达标。而频繁的清理维护CEMS系统会导致CEMS的有效运行率不满足规范的要求。

2.随着环保标准、行业规范的不断升级，冷干法CEMS系统已不具备再次升级改造的基础。

四.市场调研

CEMS气态污染物监测主要以烟气从现场到站房的取样方法分类，涉及的参数主要是SO2、NOx等气态污染物浓度。按取样方式可分为：冷干法、稀释法、热湿法。

1.测量原理分析

（1）稀释法，据了解该方法适宜低浓度测量，若后期指标更为苛刻时可及时升级。该方法适宜含尘、含湿大的烟气工况。稀释法不容易发生探头过滤器堵塞，维护周期长，维护费用低。缺点是控制稀释比例的音速小孔堵塞后，数据会严重失真问题。其优点主要体现在：

a.探头处用干燥的稀释气稀释样气，从而消除水分的影响，样气成分不会在预处理中损失。

b.SO2分析仪采用紫外荧光法，NOX分析仪采用化学发光法，精准度可以降低至ppb级。

c.可同时监测并显示NO2、NO、NOx测量值，实现全氮监测。

d.校准时将校准气注入到探头顶部，对系统的所有部件包括探头过滤器、采样管线、探头控制器以及分析仪器进行全程校准是环保部门指定的校准方法。

（2）直抽冷干法，需冷凝除水，系统配置采样探头、样品传输管线（恒温伴热管线）、流量控制设备、汽化腔室、测量主机、分析单元、采样泵等，附属设备多后期维护量较大。缺点是冷凝水对SO2的溶解损失会影响测量结果，且冷干法仪器对除水设施的要求较高，系统中SO2的损失不可避免。消除干扰的办法：

a.加注磷酸，需增设磷酸蠕动泵来定期加注磷酸，但同时冷凝液会相应增多，排除冷凝液的蠕动泵需定期更换，且徐考虑冷凝器的负荷，超负荷会导致冷凝器频繁故障。如果在探头处投加磷酸，建议需将其气化，能够有效降低系统中的水分，有效保障冷凝器的运行。但这样投加磷酸和气化系统比较麻烦，存在较大的安全隐患，且比例难以掌握。

b.使用Nafion干燥除湿法，需保证吹扫气的纯净，必须配置零气净化预处理，且Nafion管本身造价相对较高，且易受压力、粉尘和氨气等影响，长期使用属于易损易耗品。部分分析仪表需要更换为低量程红外分析仪或紫外分析仪以保证测量的精度。

（3） 热湿法，据了解分析全过程在180℃以上进行，无冷凝除水设备，避免了出现堵塞及仪表腐蚀现象。伴热功率大，伴热管线后期维护难度大。主要用于垃圾焚烧市场，超低排放机组中没有使用过，全程高温系统存在一定的脆弱性，此外水汽作为背景气，对被测参数会有何种影响也未知。全程高温代表全程部件都要采用高温型号部件，长期使用系统具有一定脆弱性，且系统成本高。

表1：稀释法、冷干法、热湿法对比表

五.总结

根据现场目前所使用的CEMS的运行情况，结合市场调研，并通过分析稀释法、冷干法等设备的原理，稀释法的CEMS系统能够在氨法湿法脱硫工艺下稳定运行，确保各项指标准确。