韓 旭 李 峰

(1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，唐山 063200；2.上海淳禧應(yīng)用技術(shù)股份有限公司，上海 201108)

1 前言

燒結(jié)作為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，其煙氣排放是鋼鐵行業(yè)大氣污染的主要來(lái)源[1]。燒結(jié)工序的顆粒物、SO2、NOx排放量占整個(gè)鋼鐵行業(yè)排放總量的30%、60%和50%左右，具有煙氣流量大(流量變化可高達(dá)30%)、排煙溫度變化大(可在80～180℃范圍內(nèi)變化)、濕度大(10～15% Vol.)、SO2濃度波動(dòng)較大(700～5000mg/m3)、NOx濃度波動(dòng)比較大(200～500mg/m3)的特點(diǎn)[2]。燒結(jié)煙氣的治理是鋼鐵行業(yè)大氣污染物治理的重中之重。

河北地方標(biāo)準(zhǔn)《DB13 2169～2018 鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》于2019年1月1日實(shí)施；2019年4月，生態(tài)環(huán)境部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見(jiàn)》(環(huán)大氣[2019]35號(hào))。河北地方標(biāo)準(zhǔn)和35號(hào)文明確要求燒結(jié)機(jī)頭煙氣基準(zhǔn)含氧量16%，煙氣顆粒物、SO2、NOx排放濃度小時(shí)均值分別不高于10mg/m3、35mg/m3、50mg/m3[3，4]。

某鋼鐵廠積極落實(shí)超低排放改造，燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣采用了電除塵 + 循環(huán)流化床(CFB)脫硫 + 布袋除塵 + SCR脫硝處理工藝，顆粒物、SO2、NOx穩(wěn)定達(dá)到超低排放限值要求。燒結(jié)機(jī)頭排口選用了冷干直抽法CEMS，氣態(tài)污染物分析儀為ENDA-661ZG型非分散紅外(NDIR)，SO2量程為0 ～ 75mg/m3，NOx量程為0 ～ 100mg/m3，基本滿足了HJ 75/76-2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CEMS的各項(xiàng)要求。

但自從超低排放改造以后，會(huì)發(fā)現(xiàn)CEMS的SO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏低，偶爾還會(huì)發(fā)生為“0”的極端情況，不能為治理設(shè)施的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)參考，給相關(guān)人員和單位帶來(lái)了困惑；在定期的企業(yè)自行監(jiān)測(cè)和手工比對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，也會(huì)發(fā)生CEMS全程通SO2標(biāo)氣響應(yīng)時(shí)間(T90)超出國(guó)標(biāo)要求的200秒，且示值誤差超過(guò)±2.5% F.S.的情況，給排污企業(yè)帶來(lái)了潛在的環(huán)保違規(guī)風(fēng)險(xiǎn)，尤其是在2018年5月9日實(shí)施的河北地方標(biāo)準(zhǔn)《DB13T 2716.3-2018 第三部分+污染源遠(yuǎn)程執(zhí)法抽查系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，即CEMS全程通標(biāo)氣的質(zhì)控手段實(shí)施以后，CEMS遠(yuǎn)程質(zhì)控日益趨嚴(yán)。

基于上述問(wèn)題，對(duì)CEMS和預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)研究和全面分析，確定是在CEMS的預(yù)處理部件發(fā)生了目標(biāo)氣體SO2的損失。針對(duì)問(wèn)題的根源，進(jìn)行了相應(yīng)的預(yù)處理技術(shù)選型和升級(jí)改造，確定采用了探頭原位的高溫固態(tài)填料除氨技術(shù)(PreGASS-2500除氨預(yù)處理系統(tǒng))和Nafion干燥管氣態(tài)除濕技術(shù)(PreGASS-9500除濕預(yù)處理系統(tǒng))。經(jīng)過(guò)7個(gè)多月的應(yīng)用，PreGASS預(yù)處理系統(tǒng)的處理效果完全符合國(guó)標(biāo)和地方標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)要求，徹底解決了上述問(wèn)題，確保了在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的“真、準(zhǔn)、全”，避免了潛在的“監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)造假”法律風(fēng)險(xiǎn)。

2 CEMS問(wèn)題分析

超低排放改造完成后，針對(duì)超低排放CEMS，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題：(1)某些時(shí)段SO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏低，極端時(shí)間為“0”；(2)CEMS全程通標(biāo)氣的響應(yīng)時(shí)間T90和示值誤差超標(biāo)。2019年9月17日，進(jìn)行了通64.3mg/m3SO2標(biāo)氣的測(cè)試，205秒后SO2示值0.3mg/m3，T90響應(yīng)時(shí)間和示值誤差都超標(biāo)。說(shuō)明整個(gè)CEMS系統(tǒng)存在吸附或能和SO2發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，導(dǎo)致了SO2發(fā)生損失。通標(biāo)標(biāo)氣濃度及205秒后SO2示值參見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 64.3 mg/m3的SO2標(biāo)氣

圖2 全程通標(biāo)氣205秒后SO2基本無(wú)示值

帶著以上問(wèn)題，筆者對(duì)CEMS進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)：因?yàn)闊煔鉂穸却蠹s在12.5% Vol.左右，在CEMS伴熱管的空氣預(yù)冷段中有明顯的冷凝水析出；CEMS系統(tǒng)除濕用的是雙級(jí)電子冷凝器，冷腔設(shè)置溫度為2～4℃，其目的就在于去除煙氣中的水分，所以在工作時(shí)冷腔內(nèi)勢(shì)必有冷凝水析出。對(duì)經(jīng)蠕動(dòng)泵排出的冷凝水進(jìn)行了測(cè)試，pH大約在2～5之間，呈酸性，確定為部分SO2溶解進(jìn)入冷凝水；在冷凝器的冷腔內(nèi)，發(fā)現(xiàn)有淺黃色的結(jié)晶物，取樣后發(fā)現(xiàn)結(jié)晶物易溶于水，對(duì)溶解后的水溶液進(jìn)行了納式試劑法比色分析，確定有高濃度的銨根離子的存在，因此可以確定結(jié)晶物為銨鹽。因?yàn)殇@鹽易容于水，所以對(duì)整個(gè)CEMS管路進(jìn)行了清洗，清洗后SO2監(jiān)測(cè)值有所提升；且全程通SO2無(wú)論是T90，還是示值誤差，均有所改進(jìn)，從一定程度上說(shuō)明了銨鹽結(jié)晶對(duì)SO2有吸附作用。

SCR脫硝過(guò)程中需要使用20%的氨水，這也是唯一使用氨的治理工藝，銨鹽結(jié)晶應(yīng)該來(lái)自于SCR的氨逃逸。第三方檢測(cè)公司根據(jù)《HJ 533-2009 環(huán)境空氣和廢氣氨的測(cè)定納氏試劑分光光度法》進(jìn)行了手工取樣分析，并根據(jù)《DL/T 1916-2018 便攜式煙氣逃逸氨測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)要求》采用便攜式氨逃逸分析儀進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)氨逃逸測(cè)試，確定煙氣中存在氨逃逸，且氨逃逸濃度隨生產(chǎn)工藝調(diào)整及NOx排放而發(fā)生波動(dòng)。

之后進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索，確定以上問(wèn)題的根源在于(1)冷凝水析出：析出部位在伴熱管不加溫/不保溫的冷點(diǎn)、冷凝器冷腔等處，冷凝水溶解了部分易溶于水的酸性目標(biāo)氣體SO2；(2)逃逸氨：逃逸氨氣進(jìn)入CEMS系統(tǒng)，和樣氣中的SO2等酸性氣體在冷凝水析出部位發(fā)生溶解、酸堿中和反應(yīng)，生成亞硫酸銨(ABS)等銨鹽，這樣就消耗了部分SO2酸性目標(biāo)氣體，相當(dāng)于在CEMS內(nèi)發(fā)生了“二次脫硫”；反應(yīng)生成的銨鹽結(jié)晶會(huì)在氣管內(nèi)管壁形成，及轉(zhuǎn)接頭、金屬部件內(nèi)壁、流量計(jì)浮球及冷凝器冷腔內(nèi)。ABS銨鹽為強(qiáng)堿弱酸煙，可以和酸發(fā)生反應(yīng)，例如和磷酸(H3PO4)反應(yīng)生成更加穩(wěn)定的磷酸銨，并釋放出SO2氣體；同時(shí)，ABS銨鹽還能吸附SO2等酸性氣體，這也充分證明了氨逃逸越大，生成的銨鹽結(jié)晶越多，SO2的吸附損失就越大，SO2的檢測(cè)值越低；同時(shí)，CEMS全程通SO2標(biāo)氣響應(yīng)時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，示值誤差越大[5-9]。

問(wèn)題的來(lái)源在于：現(xiàn)有CEMS預(yù)處理系統(tǒng)無(wú)法滿足燒結(jié)煙氣治理特殊工況，無(wú)法有效應(yīng)對(duì)高濕度、低SO2、存在氨逃逸。因此，在對(duì)治理工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)和優(yōu)化的同時(shí)，也著手考慮如何解決冷凝水析出溶解SO2和逃逸氨/銨鹽結(jié)晶對(duì)CEMS的負(fù)面影響。

3 解決問(wèn)題方法選擇與思考

針對(duì)冷凝水析出和氨逃逸問(wèn)題，解決思路為(1)避免冷凝水析出；(2)避免或盡量降低SO2在冷凝水中的溶解；(3)把進(jìn)入CEMS的逃逸氨盡快反應(yīng)掉，或去除掉。基于以上各種思路，對(duì)冷干直抽法CEMS除濕并降低SO2損失、除氨的各種預(yù)處理技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研和比較。

3.1 冷凝水問(wèn)題的解決

冷凝水問(wèn)題是所有超低排放冷干直抽法CEMS最主要的問(wèn)題之一。因?yàn)槔涓芍背榉–EMS必須通過(guò)除濕裝置(主要是冷凝器)來(lái)去除樣氣中的水分，來(lái)保證進(jìn)入分析儀的樣氣是干燥的，這樣勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生冷凝水。

3.1.1冷凝器滴加液態(tài)磷酸技術(shù)

目前，在工業(yè)上成功應(yīng)用的除濕、且盡可能降低SO2損失率的方法為：在冷凝器第一級(jí)冷腔入口處，用蠕動(dòng)泵滴加液態(tài)磷酸(磷酸的濃度在5 ～ 30%不等)。磷酸為中強(qiáng)酸，溶入冷腔冷凝水并電離出H+離子；而SO2溶于水后生成的亞硫酸(H2SO3)是弱酸，磷酸提前融入冷凝水，阻止了SO2與水生成H2SO3的反應(yīng)，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。因?yàn)樵摷夹g(shù)非常經(jīng)濟(jì)，因此在超低排放CEMS得到了較為廣泛的應(yīng)用[10，11]。

3.1.2Nafion管干燥器氣態(tài)除濕技術(shù)

Nafion管干燥器氣態(tài)除濕技術(shù)是唯一氣態(tài)除濕并保持大多數(shù)待測(cè)樣氣組分不損失的技術(shù)，是樣氣處理后的樣氣露點(diǎn)突破+(2～4)℃極限、達(dá)到0℃露點(diǎn)乃至于-20℃露點(diǎn)的唯一技術(shù)，在脫硫高濕及超低排放煙氣的取樣預(yù)處理方面具有特殊的應(yīng)用價(jià)值。

Nafion管干燥器的除濕機(jī)理及應(yīng)用的介紹的文獻(xiàn)很多，這里不做贅述。除濕機(jī)理為：利用磺酸基基團(tuán)的親水性從而平衡Nafion管內(nèi)外樣氣的濕度，通過(guò)干燥的反吹氣體帶走樣氣中的氣態(tài)水分，從而達(dá)到樣氣氣態(tài)除濕的目的，但完全保留CEMS待測(cè)氣態(tài)污染物組分，包括SO2、NO、NO2、O2、CO、CO2等。同時(shí)，Nafion管干燥器還有其它諸多特點(diǎn)，如反應(yīng)快速(≤0.1秒)、耐溫、耐壓、選擇性好、過(guò)程簡(jiǎn)單、體積小巧，沒(méi)有可拆分的零部件，一般無(wú)需維護(hù)以及無(wú)能耗等。以上突出優(yōu)點(diǎn)和特性是對(duì)各種傳統(tǒng)樣氣冷凝技術(shù)的突破，是對(duì)冷干直抽法CEMS預(yù)處理除濕技術(shù)的有機(jī)補(bǔ)充。

3.2 氨逃逸問(wèn)題的解決

3.2.1全系統(tǒng)滴加液態(tài)磷酸法

該技術(shù)就是在高溫探頭后連接的高溫伴熱管處滴加濃度為5～30%的磷酸溶液。磷酸會(huì)和溶解于水中的氨氣(氨氣有極強(qiáng)的水溶性，溶于水后生成氨水)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成磷酸銨鹽，從而避免氨氣和煙氣中的酸性目標(biāo)氣體(主要是SO2)反應(yīng)[12，13]。應(yīng)用于超低排放煙氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可基本解決氨逃逸對(duì)SO2的干擾問(wèn)題，并可通過(guò)CEMS全系統(tǒng)SO2的全程標(biāo)定，成本較低。圖3為全系統(tǒng)滴加液態(tài)磷酸法除氨的示意圖。

圖3 全系統(tǒng)滴加液態(tài)磷酸法示意圖

但是該技術(shù)有幾個(gè)值得關(guān)注的地方：(1)因?yàn)樵谔筋^處滴加液態(tài)磷酸，所以需要在原位(通常是室外)增加加藥桶和加藥蠕動(dòng)泵。在唐山冬季寒冷季節(jié)，溫度會(huì)低于0℃，就會(huì)發(fā)生磷酸溶液結(jié)冰的情況；(2)需要定期配酸性溶液。因?yàn)榱姿崛芤簽?類腐蝕化學(xué)品，需要對(duì)磷酸、酸性廢液進(jìn)行專門的處理，包括在冷凝器后產(chǎn)生的酸性冷凝液，必需要收集后中和處理才能排放；(3)滴加液態(tài)磷酸進(jìn)入CEMS系統(tǒng)中，會(huì)改變樣氣的含濕率，因此會(huì)使CEMS機(jī)柜內(nèi)的在線濕度儀就無(wú)法使用，必須采用原位濕度儀在線監(jiān)測(cè)樣氣濕度；(4)液態(tài)磷酸進(jìn)入高溫伴熱管內(nèi)和氨氣反應(yīng)，期望的銨鹽結(jié)晶應(yīng)發(fā)生在后續(xù)的加酸冷凝器內(nèi)。但實(shí)際上銨鹽結(jié)晶點(diǎn)是不可控的，銨鹽結(jié)晶會(huì)發(fā)生在伴熱管、流量計(jì)、抽氣泵、冷凝器等處，如在伴熱管處生成的銨鹽結(jié)晶較多，依然會(huì)吸附SO2，造成系統(tǒng)SO2全程標(biāo)定時(shí)間超標(biāo)，所以需要定期清洗伴熱管等。

3.2.2高溫固態(tài)填料反應(yīng)法

該技術(shù)采用固態(tài)磷酸硅鹽化合物(即除氨劑)，在高溫、有水汽的情況下，與氣態(tài)的氨氣反應(yīng)，從而去除樣氣中的堿性氣體 - 氨氣。反應(yīng)產(chǎn)物為熔點(diǎn)相對(duì)較高的磷酸銨鹽，會(huì)立即在除氨器內(nèi)沉積，在整個(gè)除氨器更換時(shí)除去。因這一反應(yīng)具有選擇性，從而不會(huì)影響樣氣中其它待測(cè)酸性氣體SO2、NO和O2等的濃度，也不會(huì)影響樣氣的濕度。除氨器就是內(nèi)部填充了除氨劑的特殊氣體洗滌器，防止采樣管線等因銨鹽結(jié)晶而生產(chǎn)堵塞。其內(nèi)填的特殊磷酸硅鹽是燒結(jié)在陶瓷環(huán)上的，保證了氣流通過(guò)時(shí)的壓降很低。除氨器最高使用溫度為200℃。圖4為除氨器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 除氨器結(jié)構(gòu)示意圖

高溫固態(tài)填料反應(yīng)法有如下特點(diǎn)：(1)高溫除氨填料為非危險(xiǎn)品，使用方便、簡(jiǎn)單。但使用后的填料為固態(tài)酸性廢料，必須對(duì)整個(gè)除氨柱進(jìn)行更換，更換下來(lái)的除氨柱必須交由有危險(xiǎn)化學(xué)品處理資質(zhì)的企業(yè)進(jìn)行處理；(2)可以加溫到200℃，因此適合唐山的寒冷環(huán)境；(3)銨鹽結(jié)晶反應(yīng)定點(diǎn)發(fā)生在除氨器內(nèi)，通過(guò)定期更換除氨器就可以將銨鹽結(jié)晶物移出CEMS系統(tǒng)，確保后續(xù)CEMS系統(tǒng)部件沒(méi)有銨鹽結(jié)晶；(4)對(duì)煙氣濕度沒(méi)有影響，不會(huì)吸附SO2、NO和O2。

通過(guò)調(diào)研，了解到目前成功應(yīng)用于冷干直抽法CEMS除濕、除氨的技術(shù)體系就是：(1)探頭處滴加磷酸溶液除氨 + 冷凝器滴加磷酸溶液避免SO2損失，該技術(shù)成本較低；(2)探頭處原位高溫固態(tài)填料除氨 + Nafion管干燥器氣態(tài)除濕避免SO2損失，該技術(shù)成本較高。

在對(duì)以上兩種技術(shù)體系進(jìn)行了研究后，最終選用了探頭處原位高溫固態(tài)填料除氨 + Nafion管干燥器氣態(tài)除濕避免SO2損失的技術(shù)體系，基于兩個(gè)最主要原因：(1)在使用探頭滴加磷酸過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榱姿崛芤菏怯扇鋭?dòng)泵進(jìn)行滴加的，滴加不是連續(xù)而是脈沖式滴加，會(huì)導(dǎo)致CEMS的SO2監(jiān)測(cè)結(jié)果根據(jù)脈沖滴加頻率而發(fā)生波動(dòng)，在氨逃逸越高的時(shí)間段這種波動(dòng)越明顯。在滴加磷酸中的間歇期，NH3、水和SO2在有冷點(diǎn)的伴熱管內(nèi)生成亞硫酸氫銨(ABS)，導(dǎo)致CEMS監(jiān)測(cè)的SO2濃度偏低；當(dāng)磷酸溶液以脈沖方式滴加進(jìn)伴熱管后，磷酸和亞硫酸氫銨反應(yīng)，生成磷酸銨，同時(shí)釋放出SO2，導(dǎo)致CEMS的SO2檢測(cè)值陡升，之后再陡降回歸正常水平。這對(duì)監(jiān)測(cè)帶來(lái)一定的困擾；(2)為了滿足HJ 75/76～2017對(duì)NOx監(jiān)測(cè)的要求，在CEMS機(jī)柜中有鉬爐的NOx轉(zhuǎn)換器。探頭處滴加磷酸會(huì)導(dǎo)致鉬爐被銨鹽污染及堵塞；另外，NO2溶于水后生成硝酸(HNO3)和NO，硝酸的酸性強(qiáng)于磷酸，滴加磷酸溶液不能避免NO2在冷凝水中的溶解損失。

4 解決方案介紹及處理效果

在某鋼鐵廠燒結(jié)排口CEMS探頭原位處安裝了PreGASS-2500除氨系統(tǒng) + PreGASS-9500除濕系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)的示意圖見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 PreGASS-2500除氨系統(tǒng)

圖6 PreGASS-9500除濕預(yù)處理系統(tǒng)

4.1 除氨預(yù)處理系統(tǒng)

根據(jù)煙氣的逃逸氨濃度，在高溫箱體內(nèi)放置了兩個(gè)獨(dú)立的除氨柱，確保最短1個(gè)月的更換周期。高溫箱體的溫度控制在120℃～150℃，避免冷凝水的析出。主要目的就是選擇性去除煙氣中的氨氣，完全保留樣氣中的酸性氣體SO2、NO、NO2及O2(供應(yīng)商提供了第三方檢測(cè)報(bào)告)；不改變樣氣的濕度；可處理200mg/m3濃度范圍內(nèi)的氨氣；除氨柱為快插式連接，只需更換除氨器即可，更換方便。

4.2 除濕預(yù)處理系統(tǒng)

是專門針對(duì)高濕煙氣，采用Nafion管干燥器為除濕核心，輔以絮凝過(guò)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、除氨的CEMS預(yù)處理系統(tǒng)。

此除濕預(yù)處理系統(tǒng)包括兩個(gè)溫控區(qū)，分別進(jìn)行著高溫除濕和常溫除濕。圖6的上半部分為高溫控制區(qū)，高溫、高濕樣氣首先通過(guò)凝聚式過(guò)濾器(過(guò)濾精度0.1μm)，通過(guò)保安除氨器(該除氨器的除氨效果低于除氨預(yù)處理系統(tǒng))除去樣氣中可能剩余的氨氣，確保Nafion管干燥器不被氨氣污染，在高溫區(qū)首先通過(guò)高溫Nafion管干燥器進(jìn)行除濕。隨后樣氣最后進(jìn)入處于周圍大氣溫度的第二溫區(qū)，在通過(guò)常溫區(qū)Nafion管干燥器的常溫除濕，樣氣的露點(diǎn)降低到0℃以下。

除濕預(yù)處理系統(tǒng)原位安裝在煙道壁上，離采樣探頭大約1米的距離。需要220V、7.5A電源，需要壓力范圍為4～8 bar除油、除塵、除液態(tài)水、干燥的壓縮空氣。PreGASS-9500的核心為Nafion管干燥器氣態(tài)除濕技術(shù)，所以SO2、NO、NO2的損失率非常低(≤5%)；除濕效率≥95%，尤其適用于處理鋼鐵廠燒結(jié)濕度為12% Vol.的高濕樣氣；處理后樣氣露點(diǎn)低于0℃，保證了后續(xù)紫外分析儀對(duì)SO2等易容于水的酸性氣體測(cè)試的準(zhǔn)確性。

因?yàn)椴捎昧顺毕到y(tǒng) + 除濕系統(tǒng)，避免了逃逸氨對(duì)CEMS的負(fù)面影響，杜絕了冷凝水的析出，整個(gè)CEMS對(duì)SO2的溶解和吸附被最大可能的避免，因此就能滿足HJ 75/76-2017國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及DB13T 2716.3-2018河北地方標(biāo)準(zhǔn)要求的全CEMS系統(tǒng)通標(biāo)氣的響應(yīng)時(shí)間(T90時(shí)間)和示值誤差，同時(shí)也滿足了HJ75/76-2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)的要求。

4.3 預(yù)處理系統(tǒng)處理效果

安裝完除氨系統(tǒng)+除濕系統(tǒng)后，檢查了其處理效果。

4.3.1國(guó)標(biāo)對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)要求的確認(rèn)

(1)除水率：經(jīng)過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)后，樣氣露點(diǎn)達(dá)到-20℃，確認(rèn)除水率超過(guò)了98%；

(2)SO2、NOx、O2損失率：經(jīng)過(guò)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)手工比對(duì)，及在CEMS排氣口串接便攜式煙氣分析儀測(cè)試，均可確認(rèn)SO2、NOx和O2比對(duì)結(jié)果符合國(guó)標(biāo)，以上3種目標(biāo)待測(cè)氣體的損失率均低于≤5%的標(biāo)準(zhǔn)要求。

(3)氨去除率：因?yàn)榘钡谋O(jiān)測(cè)沒(méi)有相關(guān)儀器標(biāo)準(zhǔn)，工作中采用了便攜式TDLAS氨逃逸分析儀，在確認(rèn)煙氣中存在15～20mg/m3的逃逸氨濃度時(shí)，對(duì)CEMS排口的樣氣進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為氨濃度未檢出，確定了除氨器的除氨效果。

4.3.2CEMS全程通SO2標(biāo)氣的確認(rèn)

在燒結(jié)排口CEMS安裝了預(yù)處理系統(tǒng)后，即刻進(jìn)行了CEMS全程通SO2標(biāo)氣的測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為2020年9月17日，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 改造后CEMS全程通SO2標(biāo)氣測(cè)試結(jié)果

分析儀的SO2量程為0～75mg/m3

從表1可知，高、中、低濃度的SO2全程通標(biāo)T90時(shí)間均低于120秒，滿足國(guó)標(biāo)低于200秒的要求；示值誤差均在±1.0% F.S.以內(nèi)，低于國(guó)標(biāo)要求的±2.5% F.S.。

之后，還定期、多次進(jìn)行了CEMS全程通標(biāo)氣，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 改造后CEMS全程通SO2標(biāo)氣測(cè)試結(jié)果

續(xù)表2

分析儀的SO2量程為0～75mg/m3

從表2可知，結(jié)果多次的高、中、低濃度SO2全程通標(biāo)，T90時(shí)間均低于200秒；示值誤差均低于國(guó)標(biāo)要求的±2.5% F.S.。

在此期間，環(huán)保監(jiān)管部門也多次進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試，主要采用的就是CEMS全程通SO2標(biāo)氣的方法，在燒結(jié)排口CEMS沒(méi)有發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)問(wèn)題。

總體上來(lái)說(shuō)，筆者認(rèn)為除氨、除濕預(yù)處理系統(tǒng)是適用于鋼鐵廠高濕度、低SO2濃度、存在氨逃逸的燒結(jié)煙氣CEMS預(yù)處理的，各項(xiàng)處理效果指標(biāo)均滿足了相關(guān)國(guó)家及地方標(biāo)準(zhǔn)，讓鋼鐵企業(yè)可以非常放心的面對(duì)環(huán)保監(jiān)管部門對(duì)CEMS氣態(tài)污染物的各項(xiàng)檢查，確保在通過(guò)超低排放驗(yàn)收和績(jī)效評(píng)估后，持續(xù)“自證清白”。

另外，隨著環(huán)保監(jiān)管的趨嚴(yán)，后續(xù)一定會(huì)加強(qiáng)氨逃逸的監(jiān)測(cè)，建議進(jìn)行自動(dòng)化精準(zhǔn)控制SCR噴氨量，保證將氨逃逸濃度控制在較低范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

(1) 鋼鐵廠燒結(jié)煙氣存在濕度高、SO2濃度低、存在氨逃逸的問(wèn)題，導(dǎo)致排口冷干直抽法CEMS的SO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏低，偶爾發(fā)生讀數(shù)為“0”的極端情況；CEMS全程通SO2標(biāo)氣響應(yīng)時(shí)間和示值誤差存在超標(biāo)問(wèn)題。

(2)確定導(dǎo)致以上問(wèn)題的根源在于：1)冷凝水析出，溶解樣氣中的目標(biāo)待測(cè)酸性SO2氣體，導(dǎo)致SO2監(jiān)測(cè)值偏低；2)氨逃逸/銨鹽解決，逃逸氨在CEMS內(nèi)發(fā)生“二次脫硫”，導(dǎo)致SO2損失；生成的銨鹽為強(qiáng)堿弱酸鹽，能吸附SO2酸性氣體，導(dǎo)致CEMS全程通SO2標(biāo)氣響應(yīng)時(shí)間加長(zhǎng)，示值誤差超標(biāo)。

(3)以上兩個(gè)問(wèn)題的解決，可以采用：1)探頭處滴加磷酸溶液除氨 + 冷凝器滴加磷酸溶液避免SO2損失的技術(shù)體系；2)探頭處原位高溫固態(tài)填料除氨 + Nafion管干燥器氣態(tài)除濕避免SO2損失的技術(shù)體系。經(jīng)過(guò)應(yīng)用比較，某鋼鐵廠燒結(jié)排口CEMS選用了高溫固態(tài)填料除氨+Nafion管干燥器氣態(tài)除濕的預(yù)處理技術(shù)體系。

(4) 某鋼鐵廠燒結(jié)排口在探頭原位處安裝了除氨系統(tǒng)+除濕系統(tǒng)后，確認(rèn)其除濕效率≥95%，除濕后樣氣露點(diǎn)≤4℃，目標(biāo)待測(cè)氣體SO2、NOx、O2損失率≤5%，氨去除率≥98%。之后多次進(jìn)行CEMS全程通SO2標(biāo)氣測(cè)試，均滿足了T90響應(yīng)時(shí)間≤200秒，示值誤差≤±2.5% F.S.的國(guó)標(biāo)和地標(biāo)要求。