烟气中的“冷凝水"是指烟气温度降至露点以下时,其中的水蒸气凝结形成的液态水。由于SO₂(二氧化硫)和NOₓ(氮氧化物,主要为NO₂)具有较强的水溶性或与水反应的特性,冷凝水会对其监测结果产生显著干扰,同时可能损坏监测设备。以下从影响机制和避免措施两方面详细说明:
一、冷凝水对SO₂、NOₓ监测的核心影响
冷凝水的干扰主要源于SO₂、NOₓ与水的化学反应或溶解作用,最终导致监测数据失真和仪器故障,具体可分为3类:
1. 导致监测浓度偏低(最主要影响)
SO₂和NO₂均易与水发生反应或溶解,使烟气中实际参与监测的气态污染物浓度降低,最终测值偏离真实值:
对SO₂的影响O₂是典型的酸性气体,水溶性jiqiang(20℃时1体积水可溶解40体积SO₂),溶解后生成亚硫酸(H₂SO₃),反应式为:
SO₂ + H₂O ⇌ H₂SO₃
溶解的SO₂不再以气态形式存在,导致采样管路中气态SO₂浓度下降,最终分析仪检测到的浓度远低于真实值。
对NOₓ的影响:NOₓ中占比较高的NO₂(约占总NOₓ的50%-80%)会与水发生歧化反应,生成硝酸(HNO₃)和一氧化氮(NO),反应式为:
3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO
其中,NO₂被消耗(转化为液态硝酸),而NO虽不溶于水,但反应生成的NO会改变原NOₓ中NO与NO₂的比例;若冷凝水长期滞留,NO还可能被水中溶解的氧气氧化为NO₂,进一步加剧浓度失真。
2. 损坏监测设备,影响长期稳定性
冷凝水若进入采样管路、过滤器或分析仪内部,会引发以下问题:
管路/部件腐蚀:SO₂、NO₂与水反应生成的亚硫酸、硝酸均为酸性溶液,会腐蚀采样管(如普通不锈钢管)、过滤器壳体、分析仪内部的气路部件(如电磁阀、传感器),导致管路泄漏、部件堵塞或传感器失效。
分析仪故障:液态水进入光学类分析仪(如紫外荧光法测SO₂、化学发光法测NOₓ)的检测池时,会吸收紫外光或干扰发光反应,导致仪器报错、数据漂移,甚至烧毁光学元件。
过滤器堵塞:冷凝水会使采样管前端的粉尘过滤器(如石英纤维滤膜)受潮,粉尘与水混合形成糊状物质,堵塞滤膜孔隙,导致采样流量下降,进一步加剧浓度测值偏低。
3. 引入额外干扰物质
冷凝水中可能溶解烟气中的其他杂质(如粉尘、重金属离子、有机污染物),这些物质会:
附着在分析仪的检测部件表面(如传感器探头、光学镜片),影响检测灵敏度;
与SO₂、NOₓ的衍生产物(如亚硫酸、硝酸)发生二次反应,生成新的化合物(如硫酸盐、硝酸盐),进一步干扰浓度计算。
二、避免冷凝水影响的关键措施
核心思路是“预防冷凝"+“及时除水",即通过控制烟气温度避免冷凝水生成,或对已生成的冷凝水进行高效分离,同时优化采样系统设计减少风险。具体措施如下:
1. 加热保温:从源头预防冷凝水生成
这是最直接有效的方法,通过加热采样管路、探头和预处理部件,使烟气温度始终维持在烟气露点以上20-30℃(通常需加热至120-180℃),避免水蒸气凝结。
加热采样管:采用带加热功能的专用采样管(如聚四氟乙烯内衬加热管、不锈钢加热管),加热功率需根据烟气流量和环境温度调整,确保管内烟气温度均匀且稳定(波动≤±5℃)。
加热探头与过滤器:采样探头(插入烟道的部分)和粉尘过滤器需配套加热装置,防止探头内壁和滤膜表面因温度骤降生成冷凝水。
保温措施:采样管外层需包裹耐高温保温棉(如玻璃棉、岩棉),减少热量散失;户外监测系统还需对采样管路进行伴热,避免冬季低温导致加热失效。
注意:烟气露点需根据实际工况计算(与烟气含湿量、SO₂浓度相关),含湿量越高、SO₂浓度越高,露点越高(例如高湿烟气露点可能达80-90℃),需相应提高加热温度。
2. 冷凝脱水:高效去除已生成的冷凝水
若烟气含湿量jigao(如湿法脱硫后的烟气,含湿量常>10%),仅靠加热难以避免微量冷凝,需增设冷凝脱水装置,主动分离水汽:
冷藏式冷凝器:将采样后的烟气引入低温冷凝器(通常冷却至4-5℃),使水蒸气快速凝结成液态水,再通过疏水阀或蠕动泵将冷凝水排出系统。脱水后的烟气需经二次加热(升温至100℃以上),避免进入分析仪时再次冷凝。
膜分离脱水:利用高分子透气膜(如聚四氟乙烯膜)的选择性渗透特性,让水蒸气透过膜壁被抽走,而SO₂、NOₓ等气态污染物被截留,该方法无需降温,适合低含湿量烟气,且无二次污染。
关键要求:冷凝脱水装置需定期排放冷凝水(避免积水倒灌),并监测脱水效率(通常要求出口烟气含湿量<0.5%)。
3. 干燥吸附:辅助控制微量水汽
在冷凝脱水后,可增设干燥吸附柱,进一步去除微量水汽,防止其进入分析仪:
干燥剂选择:需选用不与SO₂、NOₓ反应的干燥剂,常用的有:
硅胶:吸附容量大,变色硅胶(蓝色→粉色)可直观判断吸附饱和度,需定期更换;
分子筛(4A或5A):吸附精度高,能将水汽含量降至<10ppm,适合高精度监测场景。
使用注意:干燥剂需定期活化或更换(通常每7-15天一次,根据烟气含湿量调整),避免吸附饱和后释放水汽,反而加剧干扰。
4. 系统设计与日常维护:减少潜在风险
采样管路材质:选用耐腐蚀、不吸附SO₂/NOₓ的材质,如聚四氟乙烯(PTFE) 或316L不锈钢,避免普通碳钢或橡胶管与酸性冷凝水反应,或吸附污染物。
管路坡度设计:采样管路需设置1%-3%的倾斜坡度,zuidi点设置冷凝水收集瓶,便于冷凝水自然流向收集瓶,避免滞留。
定期维护:
每周检查加热管温度是否正常(用红外测温仪检测管路表面温度);
每日排放冷凝水收集瓶和脱水装置中的积水;
每月更换干燥剂和粉尘过滤器,清洁分析仪检测池和光学部件;
每季度校准采样流量和温度控制模块,确保系统参数稳定。
三、总结
冷凝水对SO₂、NOₓ监测的核心危害是“溶解/反应导致浓度失真"和“腐蚀损坏仪器",避免其影响需构建“加热防冷凝-冷凝/吸附除水-系统维护"的三级防护体系:
1. 优先通过加热保温将烟气温度控制在露点以上,从源头减少冷凝;
2. 高湿烟气需配套冷凝脱水装置,主动分离水汽;
3. 辅以干燥吸附去除微量水汽,并通过材质优化和定期维护,确保系统长期稳定运行。
通过以上措施,可将冷凝水的影响降至zuidi,使SO₂、NOₓ的监测误差控制在国家标准允许范围内(通常要求相对误差≤±5%)。