解决水泥行业CEMS出现测试数据长期为“0”及全程标定超标问题的 PreGASS ® 预处理系统整体解决方案

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。

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。

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。。

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：

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。

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。

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：

3.1PreGASS®--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。

3.2PreGASS®--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。

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。

3.3PreGASS®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：

高氨除氨尾气：PreGASS®--2000 系列 除氨预处理系统；

高湿除湿尾气：PreGASS®--9000系列 除湿预处理系统；

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。

成功案例

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 2500t/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。

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：

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。

图4为PreGASS-9500的现场安装照片。

结论

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；

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）；

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；

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。

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。

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；