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案例说话!完全满足并超过国标!水泥超低排放看这里

作者:中国水泥网 2020-05-07 02:23  210 浏览量

水泥行业是继热电、钢铁行业后,全面实行超低排放的行业。目前,河北、安徽、河南都颁布了水泥行业超低排放大气排放标准。水泥行业超低排放主要关注的是窑尾尾气治理后的排放。因水泥窑炉生产工艺特殊,烟气本身参与了窑炉内水泥反应的传热、传质过程;加之烟气治理,造成了水泥窑尾烟气的特殊性,给目前在用的冷干直抽法CEMS造成了诸多问题,而这些问题主要集中在CEMS的预处理部分。


上海淳禧应用技术有限公司集多年研发和应用经验,推出了PreGASS ® 预处理系统整体解决方案,可以较好的满足国家、地方相关标准对CEMS预处理的要求。


1. 水泥行业超低排放标准简述 

水泥行业超低排放主要是针对窑尾尾气治理后的排放。目前超低排放基本控制颗粒物在 10mg/m3,SO2 基本在 35-50mg/m3,NOx 在 100mg/m3 以内。另外,无论是采用何种脱硝工艺,要求总排烟气的氨逃逸量低于 8mg/m3。


下表1 是国标及地方标准相关水泥窑炉(及窑尾余热利用系统)大气污染物排放限值的比较。


                            表1  水泥窑炉排放特别限值比较

 

区域

 

标准号

水泥窑排放特别限值(mg/m3

现有企业 执行时间

颗粒物

SO2

NOx

(以 NO2计)

NH3

中国

GB4915-2013

20

100

320

-

2014-3-1

河北

DB13/ 2167-2019

10

35

100

8

2020-5-1

河南

DB41/ ****-****

征求意见稿

 

10

 

35

 

100

 

8

 

2021-1-1

安徽

DB34/ 3576-2020

10

50

100

8

2020-10-1


水泥窑炉尾气经环保设施治理后,遵照国家法规的强制要求,必须要在排放口安装 CEMS 进行连续的烟气在线监测,以确保处理后的排放烟气中污染物浓度满足国家及地方的排放标准。。


2. 冷干直抽法 CEMS预处理的问题分析


目前在水泥行业超过 90%的 CEMS 为直接抽取法,其中应用较多的是冷干直抽法。无论哪种方法,都因为窑尾尾气比较复杂,诸如含湿较高、SO2 浓度低、氨逃逸浓度较高等,导致 CEMS 发生较多问题:如 SO2 测试数据失真,或长期显示为“0”;系统全程标定无法达标;CEMS 分析仪漂移较大,需要频繁标定等等,给运维公司和企业的环保部门造成了 极大的压力,并涉嫌数据造假;污染源数据失真,和大气站监测数据逻辑不符,给环保监管部门也造成了很大的挑战。


CEMS出现诸如此类的问题,其主要来源就是用于除湿等的预处理系统不能很好的满足目前复杂、高湿的水泥尾气。以下就冷干直抽法CEMS预处理最主要的两大问题进行分析:


2.1 冷凝水问题


冷凝水问题是所有冷干直抽法 CEMS 系统最主要的问题之一。


伴热管线通常采用电伴热,但伴热管在使用一定时间后其加热效果会下降,在冷点会析出冷凝水;另外,通常伴热管线只连接到 CEMS 小屋内的控制机柜,但机柜内有部分样气管线没有伴热,目的就是通过 CEMS 小屋的室温进行自然降温,在裸露的管线内必然发生冷凝。而冷凝器除湿,则就是对尾气降温到3-5℃,使得尾气中的气态水冷凝析出并通过蠕动泵排出,从而降低尾气的含水率,使之适合分析仪检测。

窑炉尾气中被测易溶性气体,例如 SO2、NO2 等,会溶于冷凝水(无论是伴热管冷点析出的冷凝水,还是冷凝器中的冷凝水)而生成相应的酸,从而导致目标酸性 气体的浓度测量值比实际值低,严重时还会发生测试值长期为“0”的问题;因为 SO2 溶入冷凝水,从而导致 SO2 浓度降低,并延长 SO2 的响应时间,会导致系统全程 SO2 标定 T90 时间超过允许标准。而相应的酸具有较强的腐蚀性,会严重腐蚀分析仪的气室和气路中其它的金属部件,从而提高了 CEMS 系统的维护成本和设备更换成本。


在现有的 CEMS 系统中,通常采用提高伴热温度避免冷点的发生;冷凝器采用压缩机双级制冷;定期检查、更换蠕动泵管等方式来缓解冷凝水问题。但冷凝水析出的问题是很难避免的,如 SO2 溶入冷凝水而导致分析误差的问题。


2.2 逃逸氨问题


随着 SNCR 和 SCR 在水泥窑尾尾气治理中的普遍实施,如运行不正常会产生氨逃逸和亚硫酸铵气溶胶二次污染(就是统称的铵盐结晶)问题。氨气是在 SNCR 及 SCR 脱硝反应器的上游烟气中加入的,为了确保脱硝效率,通常会过量喷氨,以降低排放烟气中 NOx的浓度。高浓度的 氨逃逸进入大气,会发生气溶胶反应,直接贡献 PM2.5,且会直接对人的呼吸系统造成损害。因此更新的地方标准要求水泥窑窑尾的的氨排放 浓度严格控制在≤8mg/m3。


铵盐结晶会导致 CEMS 监测分析结果出现误差,提高了实际的脱硫和脱硝效率(在CEMS内发生了二次的假脱硫或假脱硝),造成 SO2 或 NOx 测试数据偏低或测试值偏低的问题,并延长 NOx 和 SO2 的分析响应时间,导致系统全程 NOx 和 SO2 标定 T90 时间超过允许标准。


另外,铵盐结晶会堵塞取样管线,降低 CEMS 冷凝器的冷凝效率,严重的会污染分析仪光学镜片和分 析仪气室,导致 CEMS 出现诸多问题,大大增加了 CEMS 运维人员的工作强度。


3. PreGASS ® 预处理系统解决方案


上海淳禧应用技术有限公司(AlwaysBrong ®)经多年的研发与现场应用,针对水泥窑尾气 CEMS 的问题,提供了整体预 处理解决方案,方案由以下几个部分组成:


3.1 PreGASS ®--2000 系列除氨预处理系统

PreGASS®--2000系列 根据尾气的逃逸氨浓度,在高温箱体内放置了 1-3 个除氨器,可在正常运行的情况下定期更换除氨 器。高温箱体的温度可以控制在 120℃-140℃。除氨器前可配置絮凝过滤器,可部分去除水溶性离子、铵盐结晶产物或气溶胶酸雾等。除氨系统主要目的就是选择性去除尾气中的氨气,适用于冷干直抽法 CEMS 和热湿法 CEMS 的除氨,其示意图见图 1。

image.png

    图1  PreGASS -2500 除氨系统


3.2 PreGASS ®--9000 系列除湿预处理系统

PreGASS®--9000系列 是专门针对水泥窑炉尾气,采用 Nafion 管干燥器为除湿核心,辅以絮凝过滤器、保安除氨器、压缩空气处理装置和 PLC 等,集成的一套以除湿、去除水溶性离子为目的的 CEMS 预处理系统。其示意图见图 2。

image.png

 

图2  PreGASS-9500 除湿预处理系统


PreGASS ®--9000 系列的技术特点在于:因为是气态除湿,所以 SO2、NO、NO2 的损失率非常低(≤5%); 除湿效率≥95%,尤其适用于湿度超过 10% V/V 的高湿尾气;处理后尾气露点低于 0℃,可以保证后续分析仪对 SO2 等易容于水的酸性气体测试的准确性;另外,针对采用了低 SO2 量程的非分散吸收红外分析 仪,将尾气含水量降低到 0℃(0.6% V/V)以下,水分对吸收光谱的连续干扰就会非常有限;而如果烟气 露点为-20℃(1,000µmol/mol),就可以完全消除水分的干扰;如果在探头原位采用 PreGASS-9000 预处理系统,因为没有冷凝水等对 SO2 的溶解及吸附,完全能够满足国家标准要求的全程系统标定 T90 时 间,且完全满足 HJ75、HJ76 标准对预处理系统的要求。


3.3 PreGASS ® 整体解决方案


3.3.1技术方案


针对水泥窑尾尾气而言,以下系统的组合就可以解决大部分 CEMS 预处理的问题:

1) 高氨除氨尾气:PreGASS ®--2000 系列 除氨预处理系统;

2) 高湿除湿尾气:PreGASS ®--9000系列 除湿预处理系统;

3) 高水溶性离子:利用 PreGASS ®--2000系列 和 PreGASS ®--9000系列 中的絮凝过滤器进行部分去除。

 以上预处理系统为单元模块,可以根据尾气的特性进行任意组合。


3.3.2 技术服务方案


定制化的技术服务也是 PreGASS ® 整体解决方案必不可少的关键环节。除了上述的解决技术之外,上 海淳禧历经多年运营服务,提供如下定制化的整体技术服务解决方案,包括:


1)不同水泥窑尾 工况条件下的现场勘察,以确定具有针对性的特制方案;

2)专业的现场安装、调试服务,定期维护,2小时内快速响应;

3)人工+互联网在线服务,缩短沟通时间,提高效率。


只有定制化的技术方案 + 定制化的技术服务方案,才能确保技术方案得以顺利实施。定制化的技术服务方案是确保整体方案长期、稳定、高效运行的前提和保证。


4. 成功案例


4.1 邢台*隅**水泥有限公司


尾气处理工艺及问题:该水泥厂有两条 2,500t/d 新型干法窑外分解性工艺的水泥熟料生产线,窑尾尾 气处理工艺为 SNCR+ESP。分解室 SNCR 脱硝效率较低,排放尾气中氨逃逸浓度较大,某一实点在线氨 逃逸监测浓度为 76mg/m3;生料磨开启时尾气湿度较高,实测值为 12.3% V/V。


窑尾尾气 CEMS 系统:高温探头 + 高温伴热管(120℃)+ 双级压缩机冷凝器(没有加磷酸)+ 进口某品牌非分散红外分析仪(NDIR),SO2 量程为 0∽150mg/m3。


CEMS 系统问题:1)现场对 CEMS 系统进行全程标定时,SO2 偏差较大;

2)全程标定响应时间较 过长,超过 5 分钟,无法满足标准要求;

3)CEMS 样气管路中有液态水,铵盐结晶物明显;

4)使用空气 自动标定时零点偏移较大,超过±2% F.S.;

5)SO2 测试数据偏低,长时间存在 SO2 测试数据为 “0” ;

6) 采用了便携式氨逃逸表进行比对,和固定式氨逃逸表的监测数据基本吻合,测试数据在 70mg/m3 左右。


解决方案:原位 PreGASS ®--2500 除氨系统 +  PreGASS ®--9500 除湿系统


测试结果:见表 2。

从现场勘测、安装、调试、验收,30 天内完成全部 CEMS 预处理系统改造。改 造后进行了一系列测试:


1)T90 时间缩短到 120 秒以内,完全满足 T90≤200 秒的标准规范要求;全系统 误差示值≤±2.0%;

2)尾气处理后露点低于-10℃,完全满足标准规范关于干基和除湿效率的要求。


目 前该系统已正常运行 18 个月,CEMS运行稳定、数据准确,同时运维工作量也得到了大幅降低。


图3为PreGASS ®--2500 + PreGASS ®--9500的现场安装照片。


表 2CEMS 系统改造后测试表

 

项目

SO2 标气浓度

全程标定响应

200 秒时 SO2

全系统误差

mg/m3

时间(秒)

读数(mg/m3

%

 

改造前

40.0

>>200

10.9

19.4

80.0

>>200

52.7

18.2

128.7

>>200

111.0

11.8

 

改造后

40.0

110

42.1

1.40

80.0

120

79.0

0.67

128.7

110

130.1

0.87

image.png


图3 PreGASS-2500 + PreGASS-9500现场安装照片


4.2 河北*宝**水泥有限公司


尾气处理工艺及问题:该水泥厂建有一条日产1,000吨熟料、国内最先进的白水泥生产线,采用的是新型干法预分解生产工艺,窑尾烟气处理工艺为:窑头低氮燃烧+SNCR脱硝(还原剂为尿素)+旋风除尘+SCR脱硝(还原剂为尿素)+高温玻纤覆膜布袋除尘器。在线氨逃逸监测浓度约为25mg/m3;生料磨开启时尾气湿度为13.5% V/V。

窑尾尾气 CEMS 系统:高温探头 + 高温伴热管(120℃)+ 双级压缩机冷凝器(没有加磷酸)+ 国产紫外分析仪(DOAS),SO2 量程为 0∽286mg/m3。


CEMS 系统问题:

1)尾气湿度大,样气管路中有液态水;且氨逃逸导致的铵盐结晶明显,因此全程SO2标定响应时间过长,超过 200秒,且示值误差超过±2.5%,无法满足标准要求;


2)SO2 测试数据偏低,长时间存在 SO2 测试数据为“0”问题。


解决方案:原位   PreGASS ®--9500 除湿、除氨预处理系统


测试结果:见表 3。从现场勘测、安装、调试、验收,18天内完成全部 CEMS 预处理系统改造。改 造后进行了一系列测试:

1)T90 时间缩短到 150 秒以内,完全满足 T90≤200 秒的标准规范要求;全系统 误差示值≤±1.0%;

2)尾气处理后露点低于-10℃,完全满足标准规范关于干基和除湿效率的要求。


目 前该系统已正常运行 18 个月,CEMS运行稳定、数据准确,同时运维工作量也得到了大幅降低。

项目

SO2标气浓度

T90响应时间(秒)

SO2稳定读数

全系统误差

改造前

85 mg/m3

>>200

0

-

 

 

改造后

85 mg/m3

141  (79.6   mg/m3)

84.3 mg/m3

0.7%

55 mg/m3

112  (51.4   mg/m3)

54.2 mg/m3

0.8%

30 mg/m3

120  (27.1   mg/m3)

30.0 mg/m3

0%


图4为PreGASS-9500的现场安装照片。

image.png


             图4 PreGASS ®--9500现场安装照片


5. 结论


5.1 目前中国的几个重点区域都在推进水泥超低排放,主要是针对水泥窑尾尾气;水泥窑炉尾气中 SO2 浓度通常不高;最难处理的就是 NOx,通常采用 SNCR+SCR 等脱硝工艺,但是氨逃逸浓度相对较高; 尾气湿度较高;根据尾气处理工艺不同,处理水平差异,导致某些尾气中水溶性离子和 HC 碳氢化合物浓度都偏高;


5.2 水泥窑尾尾气 影响CEMS 运行稳定、数据准确的两大主要问题:冷凝水析出,氨逃逸(铵盐结晶);


5.3 根据长期的研发和现场应用,上海淳禧应用技术有限公司(AlwaysBrong ®)提出了 PreGASS ® 预处理系统整体解决方案。方案包括:

------基于高温固态填料反应法的 PreGASS ®--2000 系列除氨系统;


------基于 Nafion 管除湿为核心的     PreGASS ®--9000 系列除湿系统;


------定制化的技术服务体系,构成了 PreGASS ® 预处理系统整体解决方案;



5.4 PreGASS ® 预处理解决方案适合于水泥窑尾尾气的冷干直抽法 CEMS,也适合于热湿法 CEMS 的预 处理,处理后的尾气完全满足并超过了国标 HJ75/76-2017 对 CEMS 预处理系统的要求,是对现有 CEMS 预处理技术的有机补充。


5.5 两个水泥窑尾尾气CEMS采用PreGASS ® 预处理系统改造后,铵盐结晶问题基本解决,除湿后尾气露点温度低于-10℃,除湿效率≥95%,SO2全程标定损失率≤±2%且T90时间低于150秒,完全满足了国标HJ75/76-2017对CEMS预处理的要求。


5.6 PreGASS ® 预处理系统在水泥窑尾尾气CEMS成功的应用,缓解了上级监管部门、第三方运维人员、工厂环保管理人员的压力,确保了监测数据的真实性、可靠性和稳定性。


关于上海淳禧(AlwaysBrong ®):

上海淳禧应用技术有限公司(AlwaysBrong®)是一家专注于国内工业环保应用领域,以环保仪器设备、环保化学品为产品,以创新技术、领先技术、应用技术为核心,集研发生产、市场销售、现场技术支持为一体的完整运营平台,提供定制化、专业化的系统解决方案和服务的科技型公司。 

上海淳禧(AlwaysBrong ®)旗下的PreGASS ® 烟气在线监测预处理整体解决方案,包括:


PreGASS ®--2000系列 除氨 预处理系统;

PreGASS ®--3000系列 除烃 预处理系统;

PreGASS ®--9000系列 除氨、除湿 预处理系统;


定制化的现场技术服务。


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