作者： 赵红伟
2019-02-06 02:12
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烟气中水溶性离子是由于燃料燃烧、脱硫脱硝过程中形成的水溶性盐以及各种阴阳离子在水的作用下形成的二次转化物，水溶性离子分为水溶性阴离子和水溶性阳离子，烟气中的水溶性阴离子主要有硫酸根、亚硫酸根、硝酸根、亚硝酸根、氯离子、氟离子等，水溶性阳离子主要有钙离子、镁离子、铁离子、铵根离子等。水溶性离子具有溶于水和化学腐蚀的特性，且随着温度不同溶解度有所不同，在温度和浓度作用下呈现出液态溶解和固态结晶的状态，排放后在空气中转化为二次颗粒物，具有粒径较小，吸湿特性，是PM2.5的主要来源。
目前市场上的CEMS主要为冷干法和热湿法两种设备，烟气中水溶性离子对两种原理CEMS的预处理、烟气接触元件、监测原理均产生不同程度的影响，严重的影响监测设备的正常使用。以下针对水溶性离子对不同原理CEMS的测量影响进行分析：
一、采样管路堵塞，影响正常采样。
1、热湿法CEMS由于整个测量系统处于高温状态，烟气中携带的液滴中溶解不同浓度的水溶性离子，液滴进入管路后加热至120℃以上，水分被蒸发为气态，水溶性离子结晶成固态，随着气流在管路中流动，在管路变径或者接头连接处气流不稳定，易被附着或者沉降，长期运行在管路内形成结垢堵塞（如下图），影响系统正常采样，造成监测数据的异常；预处理或者管路的堵塞情况取决于烟气液滴中水溶性离子的浓度和CEMS管路设计。
2、冷干法CEMS烟气中液滴经伴热输送至预处理系统，烟气由120℃以上瞬间被冷却至4℃左右，产生冷凝水，烟气中的水分被去除，同时烟气中的水溶性离子溶于冷凝水中，大部分被排出，当水溶性离子浓度较高时，由于冷凝器中温度较低，部分水溶性离子结晶析出，附着在冷凝器的热交换器内部，长时间运行堵塞管路（如下图），影响正常采样，造成监测数据异常。
二、水溶性离子与烟气中的污染物反应，影响监测数据的准确性。完全抽取式CEMS中伴热管采用的分段加热方式，监测加热温度为采样管线端头的加热温度，采样管线由于铺设的因素和长期运行中的老化，以及接头处的连接容易造成管路冷点的产生，形成液态水对烟气中的SO2、NO2造成吸附，同时烟气中逃逸的氨气溶于水对SO2的吸附性更强，形成的硫酸氢铵、亚硫酸氢铵也产生一定的吸附性，造成监测SO2数据偏低，在超低排放的场合监测数据误差更大。主要表现在CEMS全程标气测试无响应或者示值误差超出允许范围，手工监测数据与在线监测数据误差较大。
三、水溶性离子形成的二次颗粒物，对光学仪器的形成影响。热湿法CEMS在整个测量过程中未将烟气中的水和水溶性离子予以去除，管路中形成的二次颗粒物随着气流进入测量气室，进入气室后体积变大，流速降低，适于水溶性离子转化为粒径较小的二次颗粒物，使待测气体散射光强增大，监测结果容易偏大。通过热湿法CEMS在SCR+湿法脱硫的应用中发现，SCR氨逃逸过大或者脱硫浆液中水溶性离子过高时，热湿法CEMS气态污染物会出现瞬时的高值。冷干法CEMS由于冷凝器热交换器温度为2-6℃，受接触时间的影响实际处理后烟气露点可能高于6℃，烟气进入分析仪前经过180℃或者400℃的氮氧化物转换器，待测气体经高温出来后冷却至室温，待测样气中的少量的水可能会存在状态的变化，在氨逃逸大的场合，SO2+水+氨气形成的二次颗粒物进入测量气室，使散射光变强，监测数据偏高；通过冷干法CEMS氮氧化物转换器前加浓磷酸洗涤二次颗粒物和氨的试验可以得以验证。
四、水溶性离子对烟气接触器件形成腐蚀，影响在线设备使用寿命。水溶性离子与金属接触后发生电化学反应，造成采样器、流速取压装置、温度测量元件发生腐蚀。
五、水溶性离子造成光学颗粒物监测设备无法准确测量。CEMS颗粒物监测普遍采用光学散射原理，原位式测量的激光后散射法设备，受烟气中水分和液滴影响较大，无法应用于湿法脱硫后的颗粒物浓度监测；抽取式前散射法的颗粒物监测设备，由于在测量过程中对样气进行加热，使烟气中的液态水转化为气态，进而消除水对散射法的影响，但是由于水中含有水溶性离子，加热后水溶性离子结晶附着在管路内壁上，形成堵塞；部分抽取式前散射法颗粒物监测设备为避免管路堵塞形成的故障，采用部分管路加热方式，部分一次颗粒物在管路中被液态水吸附，同时液态水吸收烟气中的污染物后形成水溶性离子，液态水被加热后形成粒径小的二次颗粒物，进入检测室后造成散射光增强，颗粒物CEMS监测的浓度较高，从某中意义上讲监测的颗粒物浓度为二次颗粒物浓度，不能完全代表其排放的颗粒物浓度，且监测数据不能反应治理设施的实际运行情况。
抽取式前散射法颗粒物监测数据受水溶性离子影响波动较大
测量室内二次颗粒物沉积严重
