【干货分享】浅谈氨法脱硫工艺中稀释抽取式湿度计对工艺控制的帮助

前言

在CEMS(烟气连续排放监测) 系统中，湿度测量往往由于传感器寿命短，校准困难等问题，大多数情况下，工艺操作人员都对其测量数据存疑，很少从工艺角度分析数据的准确性，分析结果也几乎不会用于工艺控制的参考。

稀释抽取式湿度计，由于在样品抽取时已经完成了大比例的稀释，样气中的湿度和颗粒物含量都极低，所以其运行条件好，传感器寿命长，且方便校零。在氨法脱硫工艺的实际使用中，稀释法烟气连续排放监测系统中配置的抽取式湿度计，因其良好的性能和极少的维护量，既能满足法规要求的污染物排放监测功效，又能帮助工艺人员实现对氨法脱硫工艺的运行优化控制。

氨法脱硫工艺原理

氨法脱硫工艺的原理简单讲，就是向烟道内加入适量的NH₃（氨）、H₂O、O₂等物质，经过物理吸收、化学反应等复杂过程后，将烟气中含有的SO₂去除，实现SO₂的减排。其主要的化学反应如下：

1）中和：

SO₂+H₂O=H₂SO₃（亚硫酸） 

NH₃+H₂O=NH₃·H₂O（氨水）

2NH₄OH+H₂SO₃=(NH₄)₂SO₃（亚硫酸铵）+2H₂O

(NH₄)₂SO₃+2H₂SO₃=2NH₄HSO₃（亚硫酸氢铵）+H₂O

2）氧化：

2(NH₄)₂SO₃+O₂=2(NH₄)₂SO₄

2NH₄HSO₃+O₂=2NH₄HSO₄

NH₄HSO₄+NH₃·H₂O =(NH₄)₂SO₄+H₂O

2NH₄OH+SO₃=(NH₄)₂SO₄+H₂O

湿度叠加是造成抽取式湿度计结果出现偏差的主要原因

在氨法脱硫工艺中，排放口的烟气工艺温度一般都控制在50℃左右。如果采用直插式的湿度计测量烟道中的湿度，且工艺控制中 NH₃·H₂O处于过量状态(这种工艺控制是不合规的)，低温环境，又处于稳定工况，此时 NH₃·H₂O以稳定的液态形式存在。直插式湿度计的测量结果仅仅是气态水的含量值，而烟气中的 NH₃·H₂O对湿度计测量不会产生示值影响。

但是，对于抽取式的湿度计来讲，根据HJ76-2017的要求，其取样探头、取样探杆等需要加热(120℃以上)。当工艺控制中NH₃·H₂O过量了，烟气中部分NH₃·H₂O被抽取到经过加热的探头、探杆后，由于温度的升高，NH₃·H₂O很容易分解，生成气态的NH₃和H₂O。

其反应原理如下：

这时到达湿度计检测传感器的实际湿度是烟气中的实际湿度和NH₃·H₂O分解产生的湿度之和，这就导致其测量结果出现系统性的偏差。

抽取式湿度计可快速判断喷氨量的投用情况，为工艺提供控制参考

这里分享两个测试案例：

例一. 陕西某氨法脱硫排放口测试

NH₃.H₂O明显过量的情况下，现场对抽取式探头的加热温度进行人为调整，温度从50℃~150℃~50℃顺序进行变化。在工况稳定时，发现湿度会随温度升高而升高，随温度的降低而降低，直到控制温度和烟气温度接近后，湿度不会再变化，大约12%左右，其过程见下面测试趋势图：

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在测试过程中，我们同时用便携的直插式湿度计进行了同步比对。期间直插式湿度计的示值一直保持在11%左右，没有出现明显上升和下降。

我们的稀释抽取系统所配置的湿度计，检测的是水气的体积比，而体积浓度的特点是其测量结果不会随温度的变化而变化。但实际的测试中却出现了湿度随温度变化的现象，那么这个变化是怎么产生的呢？通过分析，我们认为其主要原因是过量的 NH₃·H₂O，在样品稀释抽取过程中因为加热而出现了结合水的分解，产生了湿度叠加，造成湿度计示值增加。

例二. 广东某氨法脱硫排放口测试

在这个现场，我们没有调整探头等的加热温度，其温度一直保持在145℃，但工艺调整了NH₃.H₂O的喷入量，从下面的趋势明显看出，当NH₃升高时，湿度也在升高，当NH₃下降时，湿度也在下降，并且完全同步，至此，可以得出结论，湿度的升高就是NH₃.H₂O分解产生的湿度叠加的结果。

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通过上面两个现场测试的实例可以看出，稀释法CEMS中的抽取式湿度计能够直观和快速的判断氨法脱硫工艺中喷氨量的投用情况，可以为工艺提供很好的控制参考。

三大原因告诉您为何抽取式湿度计测量结果仍然值得信赖，

对氨法脱硫工艺仍有很高的参考价值

相信文章看到现在，会有人提出一个质疑：抽取式湿度计测量不准确，它所测湿度值叠加了 NH₃·H₂O的加热释放湿度，不能用于折干计算。

对于这个质疑，这里从以下三方面做下澄清：

首先，本篇讨论的是在喷氨巨幅过量情况下出现的问题。正常工艺控制情况下，我们希望氨逃逸量能控制在ppm级别，而湿度测量是百分级的，少量的 NH₃·H₂O过量，对湿度计的浓度贡献微乎其微，如上面的例二就是例证。而只有当氨水出现巨幅过量时，才会使湿度计的浓度呈现明显的升高。而氨法脱硫工艺中，氨水的浓度会有差异，但一般都会控制在5%~25%区间，来实现SO₂减排的目的。以上面的例一为例，湿度值从原先12%增加到了40%，增加了至少28%，那么NH₃的逃逸量也相应的增加了1.4%~7%，这个逃逸量相对于NH₃来讲实在太大了，浪费太多，根本无法接受，其等级不亚于系统事故。

而且对于50°C的烟气而言，饱和湿度情况下，湿度体积浓度约为12~15%左右。当CEMS各项指标均在合理范围内时，其折算结果自然没有问题。如果达到20~40%的湿度读数，显然数据是不正常的，那么这个时候必须要对CEMS及喷氨脱硫工艺系统进行检查，不能只考虑CEMS设备测量，而不去关注喷氨系统的控制问题。

其次，我们应看到喷氨量合理控制的重要性。因为设备突发故障或偶发操作失误，出现的巨幅过量喷氨，不仅浪费了大量的NH₃，而且NH₃排放到环境中，对环境和人体的伤害也很大，大量的排放，其二次污染比其它污染物更大。及时、高效识别出工艺操作中出现的问题，充分利用好稀释抽取式系统潜在功能优势，帮助工艺操作人员及时采取合理的措施调整操作，规避风险，稀释法抽取式湿度在此发挥出了明显的优势。

再次，有些地区的职能部门，也看出了这个问题，为此，出台了一些措施要求(摘要如下图)，来限值NH₃的排放。关于这个要求，它是非常合理，且远见卓识。既然是合理和正确的，它肯定会有全面推广的空间。稀释法抽取式湿度在氨法脱硫系统中，恰恰可以为逃逸NH₃是否有明显过量提供反馈，同时准确地能为排放限值提供数据依据，完全切合这种新要求的需求。

结合前面的论述和对质疑的解答，我们可以看到在氨法脱硫工艺中，采用抽取式湿度计来测量湿度，不论是对工艺控制还是环保监测，都有很大的帮助，至少有这两大方面：

一、 合理减少氨水的喷入量，可以减少企业的直接运营投入和因腐蚀、堵塞等等导致的设备更新、维护的间接运营成本；

二、 避免环保案件的发生。如果将过量的氨水排入大气，会导致大气的二次污染，引发环保案件，合理控制，将会减少该类事件发生。

综上所论，在氨法脱硫工艺系统中，对于烟气连续排放监测系统采用稀释抽取式湿度计，不仅可以真正起到污染物排放监测辅助参数的作用，而且对工艺控制，对企业降低运营成本和减少环保案件发生帮助尤为突出。也正因为此，在氨法脱硫工艺，采用稀释抽取式湿度计是最佳选择。

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