煙氣中的“冷凝水"是指煙氣溫度降至露點(diǎn)以下時(shí),其中的水蒸氣凝結(jié)形成的液態(tài)水。由于SO?(二氧化硫)和NO?(氮氧化物,主要為NO?)具有較強(qiáng)的水溶性或與水反應(yīng)的特性,冷凝水會(huì)對(duì)其監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生顯著干擾,同時(shí)可能損壞監(jiān)測(cè)設(shè)備。以下從影響機(jī)制和避免措施兩方面詳細(xì)說明:
一、冷凝水對(duì)SO?、NO?監(jiān)測(cè)的核心影響
冷凝水的干擾主要源于SO?、NO?與水的化學(xué)反應(yīng)或溶解作用,最終導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)失真和儀器故障,具體可分為3類:
1. 導(dǎo)致監(jiān)測(cè)濃度偏低(最主要影響)
SO?和NO?均易與水發(fā)生反應(yīng)或溶解,使煙氣中實(shí)際參與監(jiān)測(cè)的氣態(tài)污染物濃度降低,最終測(cè)值偏離真實(shí)值:
對(duì)SO?的影響O?是典型的酸性氣體,水溶性jiqiang(20℃時(shí)1體積水可溶解40體積SO?),溶解后生成亞硫酸(H?SO?),反應(yīng)式為:
SO? + H?O ? H?SO?
溶解的SO?不再以氣態(tài)形式存在,導(dǎo)致采樣管路中氣態(tài)SO?濃度下降,最終分析儀檢測(cè)到的濃度遠(yuǎn)低于真實(shí)值。
對(duì)NO?的影響:NO?中占比較高的NO?(約占總NO?的50%-80%)會(huì)與水發(fā)生歧化反應(yīng),生成硝酸(HNO?)和一氧化氮(NO),反應(yīng)式為:
3NO? + H?O = 2HNO? + NO
其中,NO?被消耗(轉(zhuǎn)化為液態(tài)硝酸),而NO雖不溶于水,但反應(yīng)生成的NO會(huì)改變?cè)璑O?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(jìn)一步加劇濃度失真。
2. 損壞監(jiān)測(cè)設(shè)備,影響長期穩(wěn)定性
冷凝水若進(jìn)入采樣管路、過濾器或分析儀內(nèi)部,會(huì)引發(fā)以下問題:
管路/部件腐蝕:SO?、NO?與水反應(yīng)生成的亞硫酸、硝酸均為酸性溶液,會(huì)腐蝕采樣管(如普通不銹鋼管)、過濾器殼體、分析儀內(nèi)部的氣路部件(如電磁閥、傳感器),導(dǎo)致管路泄漏、部件堵塞或傳感器失效。
分析儀故障:液態(tài)水進(jìn)入光學(xué)類分析儀(如紫外熒光法測(cè)SO?、化學(xué)發(fā)光法測(cè)NO?)的檢測(cè)池時(shí),會(huì)吸收紫外光或干擾發(fā)光反應(yīng),導(dǎo)致儀器報(bào)錯(cuò)、數(shù)據(jù)漂移,甚至燒毀光學(xué)元件。
過濾器堵塞:冷凝水會(huì)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(zhì),堵塞濾膜孔隙,導(dǎo)致采樣流量下降,進(jìn)一步加劇濃度測(cè)值偏低。
3. 引入額外干擾物質(zhì)
冷凝水中可能溶解煙氣中的其他雜質(zhì)(如粉塵、重金屬離子、有機(jī)污染物),這些物質(zhì)會(huì):
附著在分析儀的檢測(cè)部件表面(如傳感器探頭、光學(xué)鏡片),影響檢測(cè)靈敏度;
與SO?、NO?的衍生產(chǎn)物(如亞硫酸、硝酸)發(fā)生二次反應(yīng),生成新的化合物(如硫酸鹽、硝酸鹽),進(jìn)一步干擾濃度計(jì)算。
二、避免冷凝水影響的關(guān)鍵措施
核心思路是“預(yù)防冷凝"+“及時(shí)除水",即通過控制煙氣溫度避免冷凝水生成,或?qū)σ焉傻睦淠M(jìn)行高效分離,同時(shí)優(yōu)化采樣系統(tǒng)設(shè)計(jì)減少風(fēng)險(xiǎn)。具體措施如下:
1. 加熱保溫:從源頭預(yù)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(yù)處理部件,使煙氣溫度始終維持在煙氣露點(diǎn)以上20-30℃(通常需加熱至120-180℃),避免水蒸氣凝結(jié)。
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(nèi)襯加熱管、不銹鋼加熱管),加熱功率需根據(jù)煙氣流量和環(huán)境溫度調(diào)整,確保管內(nèi)煙氣溫度均勻且穩(wěn)定(波動(dòng)≤±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(nèi)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(jiān)測(cè)系統(tǒng)還需對(duì)采樣管路進(jìn)行伴熱,避免冬季低溫導(dǎo)致加熱失效。
注意:煙氣露點(diǎn)需根據(jù)實(shí)際工況計(jì)算(與煙氣含濕量、SO?濃度相關(guān)),含濕量越高、SO?濃度越高,露點(diǎn)越高(例如高濕煙氣露點(diǎn)可能達(dá)80-90℃),需相應(yīng)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(shè)冷凝脫水裝置,主動(dòng)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(jié)成液態(tài)水,再通過疏水閥或蠕動(dòng)泵將冷凝水排出系統(tǒng)。脫水后的煙氣需經(jīng)二次加熱(升溫至100℃以上),避免進(jìn)入分析儀時(shí)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(tài)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(guān)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(jiān)測(cè)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(shè)干燥吸附柱,進(jìn)一步去除微量水汽,防止其進(jìn)入分析儀:
干燥劑選擇:需選用不與SO?、NO?反應(yīng)的干燥劑,常用的有:
硅膠:吸附容量大,變色硅膠(藍(lán)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(jiān)測(cè)場(chǎng)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(jù)煙氣含濕量調(diào)整),避免吸附飽和后釋放水汽,反而加劇干擾。
4. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與日常維護(hù):減少潛在風(fēng)險(xiǎn)
采樣管路材質(zhì):選用耐腐蝕、不吸附SO?/NO?的材質(zhì),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(yīng),或吸附污染物。
管路坡度設(shè)計(jì):采樣管路需設(shè)置1%-3%的傾斜坡度,zuidi點(diǎn)設(shè)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(hù):
每周檢查加熱管溫度是否正常(用紅外測(cè)溫儀檢測(cè)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(cè)池和光學(xué)部件;
每季度校準(zhǔn)采樣流量和溫度控制模塊,確保系統(tǒng)參數(shù)穩(wěn)定。
三、總結(jié)
冷凝水對(duì)SO?、NO?監(jiān)測(cè)的核心危害是“溶解/反應(yīng)導(dǎo)致濃度失真"和“腐蝕損壞儀器",避免其影響需構(gòu)建“加熱防冷凝-冷凝/吸附除水-系統(tǒng)維護(hù)"的三級(jí)防護(hù)體系:
1. 優(yōu)先通過加熱保溫將煙氣溫度控制在露點(diǎn)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(dòng)分離水汽;
3. 輔以干燥吸附去除微量水汽,并通過材質(zhì)優(yōu)化和定期維護(hù),確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。
通過以上措施,可將冷凝水的影響降至zuidi,使SO?、NO?的監(jiān)測(cè)誤差控制在國家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)(通常要求相對(duì)誤差≤±5%)。