烟尘监测中仪器的使用及问题分析

由洋

(鞍山市环境监测中心站,辽宁 鞍山 114004)

1 引言

3012H型自动烟尘(气)采样仪是对各种燃煤锅炉、工业炉窑的烟尘排放浓度、排放量、烟气成份、烟气流速、静压、动压、烟温、含湿量、标干烟气排放量进行测定的新型专业化仪器。虽然已经有各种监测方法标准,但在实际监测过程中还存在一些问题,有仪器本身的影响,也有环境对仪器造成的影响、错误操作和保养不到位对仪器造成损害、工况控制等问题。本文结合实际工作经验对仪器使用和遇到的问题作初步分析和探讨。

2 3012H型烟尘测试仪的使用方法

3012H仪器采用皮托管等速采样重量法捕集管道中颗粒物,应用定电位电解法定性定量测定有害气体。可供环保、卫生、劳动、安监、军事、科研、教育等部门用于各种锅炉、炉窑烟尘(气)的排放浓度/总量及设备除尘脱硫效率的测定。

2.1 检查与校准

检查干燥剂的颜色,看其颜色是否变成粉红色。若已变色,旋开干燥筒底盖,将已变色干燥剂倒到指定器皿中存放,再加入约3/4体积的具有充分干燥能力的变色硅胶(颗粒状),然后将干燥筒盖旋紧即可;检查仪器功能的操作顺序为确认电源为220V后,接通电源线,面板开关指示灯亮,打开电源开关,工作指示灯亮,检查显示器、键盘、采样泵等是否正常。

2.2 连接管路

连接取样管与主机,将主机面板上的两个“P”接嘴与取样管上的“皮托管接嘴”相连:皮托管面向气流方向的接嘴连接到“+”端,背向气流方向的接嘴连接到“-”端。将缓冲器的一个接嘴用橡胶管与面板上标有“烟尘”的接嘴相连;另一接嘴与干燥筒的一个接嘴相连;干燥筒的另一个接嘴与烟尘取样管的气路接嘴相连。

2.3 仪器操作

(1)设置参数,输入日期、时间、大气压等。

(2)设置点位,先选择圆形或者矩形烟道,圆形烟道输入直径、分环数及测孔外端距烟道内壁距离L后,显示每一测点距套管外端距离,然后在烟尘采样管上标记此距离;矩形烟道输入烟道边长、测孔外端距烟道内壁距离L、测孔数及单孔测点数后,显示每一测点距套管外端距离(单位m),然后在烟尘采样管上标记此距离。

(3)测量工况,首先是自动调零,此时必须注意皮托管接嘴须悬空。当上面3个数值回到零且比较稳定时,调零完毕;然后测量烟气温度,可选择测量或者输入烟气温度;最后是预测流速,当流速稳定时,通过给出该烟道的平均动压、静压、全压、预测的烟气流速、预测的烟气流量及按国标选择的合适采样嘴。放入滤筒,进行自动跟踪采样。输入滤筒编号和采样时间,开始采样。

(4)测量烟气时,由于传感器存在零点漂移,建议您每次测量烟气时进行校准,校准时须用新鲜空气。校准后可进行烟气测量,当读数稳定时方可进行数据记录。

3 监测过程中常见的问题及排除方法

3.1 采样环境造成的影响

采集烟气的采样管和采气管没有安装保温、加热装置,除湿效果不好。为了防止采集的气体在管路内冷凝,避免被测气体溶于水而产生误差,采样管应装载加热装置(加热温度应高于120℃),并使加热保温的采样管和采气管经多级除湿后再进入检测系统。但3012H型采样仪的烟气采样管却无加热、除湿装置,采气管长且无保温装置,在对二氧化硫等烟气测定中经常出现溶解损失。在烟气成份测定中,仪器应当增加预热装置,并且尽可能缩短连结管路。

3.2 仪器造成的影响

目前,3012H烟尘监测仪器的基本原理是基于皮托管平行测速采样法[1],由仪器内部计算出颗粒物等速采样流量,并由仪器通过改变泵的抽力自动跟踪调节采样流量来实现等速采样的,在很大程度上提高了采样精度。但是,仪器测定烟气流速的准确度还很不够,表现为烟道气动压较低时,读数与实际值相差较大。当烟气动压小于1 Pa时,监测仪器可能出现动压读数持续为零,无法启动采样泵,给等速采样造成困难,出现上述情况时,一般只能通过预设流量来采样,这样会造成较大程度的误差。烟道气中含氧量的测定是烟尘监测的重要环节,仪器测定含氧量的误差很大程度上影响监测数据的正确性。

(1)烟气成份测定后清洗不完全。传感器容易受氟等有毒气体污染,使二氧化硫传感器直接“中毒”损坏,缩短使用寿命。

(2)不及时更换尘过滤器内滤料和干燥筒内的硅胶。由于仪器工作环境相对恶劣,加上长时间的使用,过滤器易被堵塞或污染物直接进入仪器内部管路,从而影响仪器使用寿命和泵的抽力。

(3)仪器长期不标定,传感器灵敏度随着时间的推移不断降低。

为了避免以上影响监测准确性的情况发生,得到准确测量值。我们应该提前做好仪器的校准和检定工作,定期校验传感器灵敏程度,必须定期标定零点及量程。检查并及时更换尘过滤器内滤料和干燥筒内的硅胶,保证仪器的良好工作状况。定期校检采样烟枪及各种采样配件,同时烟尘测量用的S型皮托管也需定期标定,发现问题及时更换。采样过程中,由专人监视仪器,发现异常,及时寻找原因,排除故障。另外,采样前打开采样孔后,应注意清除孔中的积灰。烟尘采样管和含氧量采样管插入采样孔后,用盖板和石棉手套等堵严孔缝。烟气动压很小,需预设流量采样时,应尽可能选择合适的流量。采样结束时,烟道气若为负压,必须采取防倒吸措施。仪器使用完毕后要等候仪器将有害气体排出干净后再关机下点,避免污染传感器。

3.3 生产工况的影响

在废气监测开始之前,首先要确认现场生产工况是否满足监测要求,有些企业考虑到监测数据关系到企业及个人的利益,有时会采取低负荷运转,如果监督不够,就会导致监测数据出现偏差,而又无法找到其中原因,所以应该注意这点,这也关系到是否能取得具有代表性、准确性和有效性的监测数据。废气排放浓度和总量大多是随着生产负荷的上升而快速上升的。对于生产工况的要求,普通性质废气监测生产工况达到正常工作状态即可,而环保竣工验收监测规定生产负荷要达到75%以上。

生产负荷的确定,主要从设备运行负荷、产品产量负荷、原料和能源使用量等方面控制。废气的浓度测试最好与热工测试同时进行,除一少部分特殊测试外,这一点很少能做到。这种情况下,在监测现场如果有控制运行负荷的设备,则要工作人员将设备调至符合监测规定的状态下进行测试。但现有的大部分中小锅炉没有配备相关装置,控制其运行负荷实际上比较困难,可通过掌握生产工艺设备的各种运行参数来间接推定生产设备的运行负荷。这时候现场记录出入口温度、压力、风量和燃料单位时间用量等参数,再根据公式理论计算其大概负荷,并与额定工况或正常工况时的参数比较,可作为辅助手段,简单判断生产设备的运行工况。同时还可以监控生产工段和整个工厂的原料、能源使用量和产品产量,从源头上掌握各工段和全工厂的生产工况。对于锅炉的运行负荷,亦有一些较好的控制方法,如蒸汽流量法、梁水箱法、水表法、燃料控制法。废气监测现场工作人员对要监测的设备应事先有所了解,掌握其基本参数,对监测结果也应有所估计,对监测状态和有效性作出基本判断,发现问题现场及时补测,避免事后重测带来不必要的麻烦。

3.4 采样点位的选取及测孔的影响

空气和废气监测质量保证技术规定,采样位置应优选垂直管段[2]。应避开弯头和断面急剧变化的部位。采样位置应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向不小于6倍直径和距上述部件上游方向不小于3倍直径处。空气和废气监测质量保证技术规定6中又补充了对确有困难的管道,采样位置设置在不少于1.5倍直径处。并增加监测断面的点数,采样断面的气流最好在5 m/s以上。在实际工作中,绝大多数监测条件无法满足上述要求,只能降低条件开设采样孔,保证采样工作的顺利进行。尤其是一些小的窑炉(如退火炉、加热炉等),在其砖砌的烟囱上开孔监测时,虽然监测断面的设置达到上述要求,但实测时的动压偏小、流速偏低、含氧量偏高,监测结果误差较大。对于废气排量较小的污染源,在砖砌烟囱上开设采样孔的方法是不可取的,如果采样条件不允许,可适当放宽监测断面距管道中的上游或下游的弯头、变径管等部件的距离要求,但同时必须相应增加监测断面上的测点。空气和废气监测分析方法6中规定,为取得有代表性的样品,要尽可能将采样位置放在烟囱或地面管道气流平稳的管段中。实际上,设置采样位置时,在符合规范要求的基础上,还应注意以下情况。

(1)湿法除尘器。要将采样位置设在垂直管段,且尽可能远离除尘器,以防止湿法除尘器中的污水随着烟气进入采样器,堵塞采样嘴,污染监测探头。

(2)干法除尘器。要优先考虑将采样位置设在引风机与除尘器之间的负压管段上。主要防止引风机及风门调节装置处漏风,加大空气过剩系数。在实际预测流速和等速采样过程中还发现,在采样断面同一采样直径线上,靠近测孔半幅测点的流速,普遍小于远离测孔半幅对称测点的流速,据实测统计,平均流速相差10%左右,而靠近测孔的第一个点相差更大。原因是受到测孔和采样管的影响,气流在测孔附近形成局部涡流,气流紊乱,流速不稳。此情况在风速、截面积相对较小的断面更为明显。因此可把测点选择在远离测孔的半幅,测双倍时间来消除测孔对监测结果的影响。

据有关资料统计,靠近测孔的半幅测点的平均流速约比另半幅测点的平均流速小10%～15%,测孔对等速采样的影响不可忽视。特别是在采样直径线上靠近测孔的第一个测点,由于受测孔影响较大,气流很不稳定,采样误差较大。最好取消这一点,在另半幅的相应点位测试双倍时间来代替,以减少测孔对采样的影响。在一些大型设备上,出入口烟道测试位置直径很大,烟尘采样枪够不到远离测孔的另半幅测点,只测靠近测孔的半幅点位对烟气流量有一定误差,在实际工作中,根据有关资料在靠近测孔的0.141倍直径处测试一点也是一个办法,此办法也可以用在气流比较平稳,烟尘浓度较大,只能短时间测试不便按测点移动采样枪的固定源测试中。

在现场采集烟尘样品时,往往用毛巾堵塞采样孔。但毛巾不易堵紧,在负压管道中,其边角易被吸入并扰乱气流使采样误差增大,在高温采样中还容易引起起火燃烧。因此最后选用适当物品堵塞采样孔,避免上述问题发生。

3.5 滤筒增重的影响

在采集烟尘样品时,应注意滤筒集尘情况,若集尘太少,滤筒增重少将造成较大的称量相对误差,应延长采样时间以收集更多的烟尘;若集尘太多,则增加采样阻力,造成较大的采样误差,同时在运输和称量过程中烟尘容易从滤筒中漏出,此时应缩短采样时间[3]。

3.6 烟道积尘的影响

在一些烟尘浓度较大的平烟道中,由于高浓度烟尘长时间受重力作用影响,大量沉积于烟道底部。在现场采样时,按方法规定应清除积尘,否则,测得的烟道截面积大于烟道内的实际面积,使测量的烟气流量偏大,吹起的积尘影响采样环境,使烟尘浓度产生误差。但在实际工作中很难做到这点,因此应考虑及积尘带来的影响。

4 结语

固定污染源的烟尘采样方法是比较固定的,有一些监测经验需要在日常的烟尘监测中逐渐积累。烟尘现场监测中存在的几方面问题大部分都是现场环境及人为造成的,所以在监测过程中,一定要加强监督管理,严格监测数据的传递与审核制度,在不断的实践中提高监测人缘的技术素质,增加监测数据的精密型、准确性和可靠性,从而更好的完成烟尘监测任务。

[1]国家环境保护局.空气和废气监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2003.

[2]国家环境保护局.HJ/T373-2007固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范[S].北京:中国环境科学出版社,2007.

[3]国家环境保护局.HJ/T397-2007固定源废气监测技术规范[S].北京:中国环境科学出版社,2008.