煙氣中的“冷凝水"是指煙氣溫度降至露點以下時,其中的水蒸氣凝結形成的液態水。由于SO?(二氧化硫)和NO?(氮氧化物,主要為NO?)具有較強的水溶性或與水反應的特性,冷凝水會對其監測結果產生顯著干擾,同時可能損壞監測設備。以下從影響機制和避免措施兩方面詳細說明:
一、冷凝水對SO?、NO?監測的核心影響
冷凝水的干擾主要源于SO?、NO?與水的化學反應或溶解作用,最終導致監測數據失真和儀器故障,具體可分為3類:
1. 導致監測濃度偏低(最主要影響)
SO?和NO?均易與水發生反應或溶解,使煙氣中實際參與監測的氣態污染物濃度降低,最終測值偏離真實值:
對SO?的影響O?是典型的酸性氣體,水溶性jiqiang(20℃時1體積水可溶解40體積SO?),溶解后生成亞硫酸(H?SO?),反應式為:
SO? + H?O ? H?SO?
溶解的SO?不再以氣態形式存在,導致采樣管路中氣態SO?濃度下降,最終分析儀檢測到的濃度遠低于真實值。
對NO?的影響:NO?中占比較高的NO?(約占總NO?的50%-80%)會與水發生歧化反應,生成硝酸(HNO?)和一氧化氮(NO),反應式為:
3NO? + H?O = 2HNO? + NO
其中,NO?被消耗(轉化為液態硝酸),而NO雖不溶于水,但反應生成的NO會改變原NO?中NO與NO?的比例;若冷凝水長期滯留,NO還可能被水中溶解的氧氣氧化為NO?,進一步加劇濃度失真。
2. 損壞監測設備,影響長期穩定性
冷凝水若進入采樣管路、過濾器或分析儀內部,會引發以下問題:
管路/部件腐蝕:SO?、NO?與水反應生成的亞硫酸、硝酸均為酸性溶液,會腐蝕采樣管(如普通不銹鋼管)、過濾器殼體、分析儀內部的氣路部件(如電磁閥、傳感器),導致管路泄漏、部件堵塞或傳感器失效。
分析儀故障:液態水進入光學類分析儀(如紫外熒光法測SO?、化學發光法測NO?)的檢測池時,會吸收紫外光或干擾發光反應,導致儀器報錯、數據漂移,甚至燒毀光學元件。
過濾器堵塞:冷凝水會使采樣管前端的粉塵過濾器(如石英纖維濾膜)受潮,粉塵與水混合形成糊狀物質,堵塞濾膜孔隙,導致采樣流量下降,進一步加劇濃度測值偏低。
3. 引入額外干擾物質
冷凝水中可能溶解煙氣中的其他雜質(如粉塵、重金屬離子、有機污染物),這些物質會:
附著在分析儀的檢測部件表面(如傳感器探頭、光學鏡片),影響檢測靈敏度;
與SO?、NO?的衍生產物(如亞硫酸、硝酸)發生二次反應,生成新的化合物(如硫酸鹽、硝酸鹽),進一步干擾濃度計算。
二、避免冷凝水影響的關鍵措施
核心思路是“預防冷凝"+“及時除水",即通過控制煙氣溫度避免冷凝水生成,或對已生成的冷凝水進行高效分離,同時優化采樣系統設計減少風險。具體措施如下:
1. 加熱保溫:從源頭預防冷凝水生成
這是最直接有效的方法,通過加熱采樣管路、探頭和預處理部件,使煙氣溫度始終維持在煙氣露點以上20-30℃(通常需加熱至120-180℃),避免水蒸氣凝結。
加熱采樣管:采用帶加熱功能的專用采樣管(如聚四氟乙烯內襯加熱管、不銹鋼加熱管),加熱功率需根據煙氣流量和環境溫度調整,確保管內煙氣溫度均勻且穩定(波動≤±5℃)。
加熱探頭與過濾器:采樣探頭(插入煙道的部分)和粉塵過濾器需配套加熱裝置,防止探頭內壁和濾膜表面因溫度驟降生成冷凝水。
保溫措施:采樣管外層需包裹耐高溫保溫棉(如玻璃棉、巖棉),減少熱量散失;戶外監測系統還需對采樣管路進行伴熱,避免冬季低溫導致加熱失效。
注意:煙氣露點需根據實際工況計算(與煙氣含濕量、SO?濃度相關),含濕量越高、SO?濃度越高,露點越高(例如高濕煙氣露點可能達80-90℃),需相應提高加熱溫度。
2. 冷凝脫水:高效去除已生成的冷凝水
若煙氣含濕量jigao(如濕法脫硫后的煙氣,含濕量常>10%),僅靠加熱難以避免微量冷凝,需增設冷凝脫水裝置,主動分離水汽:
冷藏式冷凝器:將采樣后的煙氣引入低溫冷凝器(通常冷卻至4-5℃),使水蒸氣快速凝結成液態水,再通過疏水閥或蠕動泵將冷凝水排出系統。脫水后的煙氣需經二次加熱(升溫至100℃以上),避免進入分析儀時再次冷凝。
膜分離脫水:利用高分子透氣膜(如聚四氟乙烯膜)的選擇性滲透特性,讓水蒸氣透過膜壁被抽走,而SO?、NO?等氣態污染物被截留,該方法無需降溫,適合低含濕量煙氣,且無二次污染。
關鍵要求:冷凝脫水裝置需定期排放冷凝水(避免積水倒灌),并監測脫水效率(通常要求出口煙氣含濕量<0.5%)。
3. 干燥吸附:輔助控制微量水汽
在冷凝脫水后,可增設干燥吸附柱,進一步去除微量水汽,防止其進入分析儀:
干燥劑選擇:需選用不與SO?、NO?反應的干燥劑,常用的有:
硅膠:吸附容量大,變色硅膠(藍色→粉色)可直觀判斷吸附飽和度,需定期更換;
分子篩(4A或5A):吸附精度高,能將水汽含量降至<10ppm,適合高精度監測場景。
使用注意:干燥劑需定期活化或更換(通常每7-15天一次,根據煙氣含濕量調整),避免吸附飽和后釋放水汽,反而加劇干擾。
4. 系統設計與日常維護:減少潛在風險
采樣管路材質:選用耐腐蝕、不吸附SO?/NO?的材質,如聚四氟乙烯(PTFE) 或316L不銹鋼,避免普通碳鋼或橡膠管與酸性冷凝水反應,或吸附污染物。
管路坡度設計:采樣管路需設置1%-3%的傾斜坡度,zuidi點設置冷凝水收集瓶,便于冷凝水自然流向收集瓶,避免滯留。
定期維護:
每周檢查加熱管溫度是否正常(用紅外測溫儀檢測管路表面溫度);
每日排放冷凝水收集瓶和脫水裝置中的積水;
每月更換干燥劑和粉塵過濾器,清潔分析儀檢測池和光學部件;
每季度校準采樣流量和溫度控制模塊,確保系統參數穩定。
三、總結
冷凝水對SO?、NO?監測的核心危害是“溶解/反應導致濃度失真"和“腐蝕損壞儀器",避免其影響需構建“加熱防冷凝-冷凝/吸附除水-系統維護"的三級防護體系:
1. 優先通過加熱保溫將煙氣溫度控制在露點以上,從源頭減少冷凝;
2. 高濕煙氣需配套冷凝脫水裝置,主動分離水汽;
3. 輔以干燥吸附去除微量水汽,并通過材質優化和定期維護,確保系統長期穩定運行。
通過以上措施,可將冷凝水的影響降至zuidi,使SO?、NO?的監測誤差控制在國家標準允許范圍內(通常要求相對誤差≤±5%)。