在高濕度、高粉塵、含腐蝕性氣體(如HCl、HF)的煙氣環境中,CEMS(煙氣連續排放監測系統)的測量誤差主要源于環境因素對采樣系統、預處理單元、檢測傳感器及數據處理的多重干擾,具體誤差類型及成因如下:
一、高濕度導致的測量誤差
煙氣高濕度(如濕度>80%,甚至飽和)會通過“冷凝效應"“介質干擾"“體積校正偏差"三個路徑影響測量精度:
1. 氣體溶解與濃度失真
高濕度環境下,煙氣中的水分易在采樣管路、預處理單元中冷凝(尤其當管路溫度低于煙氣露點時)。部分水溶性污染物(如SO?、HCl)會溶于冷凝水,導致進入檢測器的實際氣體濃度**偏低**(例如SO?在水中溶解度高,冷凝水可吸收30%以上的SO?,直接導致測量值偏小)。
2. 光學測量干擾
對于光學類檢測器(如紫外差分吸收法測SO?、NO?),煙氣中的水汽會形成氣溶膠或液滴,導致光信號散射、吸收增強,干擾目標氣體特征波長的光強檢測。例如:水汽對200-300nm紫外光有較強吸收,可能與SO?的特征吸收峰重疊,導致SO?測量值偏高。
3. 濕度校正誤差
CEMS需將實測濃度換算為“標況干基濃度"(符合國標要求的排放濃度計算基準),需依賴濕度傳感器(如電容式、光學式)的實時數據。高濕度下,濕度傳感器易因結露失效(如電容式傳感器受潮后電容值漂移),導致濕度測量不準,進而使干基濃度計算誤差(例如:實際濕度80%,若誤測為60%,會低估干基濃度約15%)。
4. 管路堵塞與采樣偏差
冷凝水與粉塵結合會形成黏稠液泥,堵塞采樣探頭濾芯、蠕動泵管路,導致采樣流量下降(甚至斷樣),測量值因“樣品代表性不足"而**偏低**(如采樣量僅為設計值的50%,污染物濃度測量結果可能同步偏低)。
二、高粉塵導致的測量誤差
高粉塵環境(如粉塵濃度>50mg/m3,典型于燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐)主要通過“物理阻塞"“吸附干擾"“傳感器污染"影響測量:
1. 采樣系統阻塞與樣品損失
粉塵會堵塞采樣探頭的濾膜/濾芯(尤其是超細粉塵,如PM2.5),導致采樣流量不穩定(忽高忽低),甚至阻斷采樣。若未及時反吹(反吹效果不足時),進入檢測器的氣體量減少,污染物濃度測量值**偏低**。此外,粉塵在管路內沉積,會吸附部分污染物(如SO?易被粉塵中的金屬氧化物吸附),進一步降低測量濃度。
2. 檢測器污染與信號漂移
光學檢測器:粉塵附著在光源、透鏡或氣室壁上,會降低透光率(如透鏡積塵導致光強衰減30%),使儀器誤判為“目標氣體吸收增強",測量值**偏高**(例如:NO?測量中,粉塵遮擋導致光強下降,可能被誤算為NO?濃度升高)。
顆粒物監測儀(如β射線法、光散射法):高濃度粉塵會導致β射線源衰減過快(超過線性響應范圍),或散射光<信號飽和,測量值**偏低**(如實際濃度200mg/m3,可能被測為150mg/m3)。
3. 流量測量誤差
CEMS需控制恒定的采樣流量(如1L/min)以保證測量穩定性。高粉塵會磨損流量計(如轉子流量計、質量流量計)的部件,或在流量計內沉積,導致流量測量不準(如實際流量0.8L/min,誤測為1.0L/min),進而使單位體積內的污染物量計算偏差,<濃度測量**偏高**。
三、腐蝕性氣體(HCl、HF)導致的測量誤差
HCl(酸性)、HF(強腐蝕性)會通過“材質腐蝕"“化學反應"“傳感器中毒"破壞系統穩定性,導致誤差:
1. 采樣與預處理系統腐蝕泄漏
若采樣管路、閥門采用普通金屬(如不銹鋼)或不耐腐蝕<塑料(如PVC),HCl會腐蝕金屬生成氯化物(如FeCl?),HF會腐蝕玻璃、普通塑料(如PVC被HF腐蝕后產生裂紋),導致采樣氣體泄漏。泄漏會使外界空氣混入(含新鮮空氣,污染物濃度低),測量值**偏低**(例如:泄漏率10%,則實際濃度被稀釋10%)。
預處理單元的冷凝罐、干燥器若被腐蝕,會導致冷凝水/干燥劑泄漏,進一步加劇濕度干擾(如干燥器失效導致進入檢測器的氣體濕度驟升)。
2. 傳感器性能衰減與漂移
電化學傳感器(如部分SO?、NO?傳感器)的電極(如貴金屬電極)會被HCl、HF腐蝕,導致電極活性下降,靈敏度降低,測量值**持續偏低**(如靈敏度下降50%,則實際濃度100mg/m3會被測為50mg/m3)。
光學傳感器的氣室若為玻璃材質,HF會腐蝕玻璃表面(形成毛面),增強光散射,導致測量信號漂移(無規律偏高或偏低)。
3. 化學反應干擾
HCl、HF可能與目標污染物或試劑發生反應,生成非目標物質,干擾測量。例如:在采用化學發光法測NO?時,HCl可能與臭氧(O?,反應試劑)反應生成ClO,干擾NO與O?的發光反應,導致NO?測量值偏高;HF與采樣系統中的水分結合形成氫氟酸,可能溶解光學鏡片上的鍍膜,破壞光路穩定性。
四、多因素協同作用加劇的誤差
高濕度、高粉塵、腐蝕性氣體的協同作用會放大單一因素的影響,導致更復雜的誤差:
高濕度+高粉塵:粉塵與冷凝水結合形成“泥漿狀"物質,加速管路堵塞(堵塞速度比單一高粉塵快3-5倍),同時黏附更多腐蝕性氣體(如HCl溶于水后形成鹽酸,腐蝕性更強),加劇管路腐蝕泄漏。
高濕度+HF:水汽與HF結合形成氫氟酸溶液,對PTFE(聚四氟乙烯,常規耐腐材質)的腐蝕速率顯著提升(尤其在高溫下),導致本應耐腐的部件提前失效,系統密封性破壞,誤差不可控。
高粉塵+腐蝕性氣體:粉塵吸附HCl、HF后形成“腐蝕性粉塵",沉積在傳感器表面時,既阻塞光路/電極,又通過腐蝕持續破壞傳感器性能,導致測量值短期內劇烈漂移(如1小時內偏差超過20%)。