烟气林格曼黑度监测问题探讨

倪广乐　郑强强

摘 要：林格曼黑度是一种方法简单、成本低、能快速半定量化地评价烟气中颗粒态污染物浓度高低的监测手段。本文通过对现场监测过程中发现的问题进行深入分析，明确了现场监测的注意事项，提出了解决问题的方法和思路，对烟气林格曼黑度监测具有一定借鉴意义。

关键词：林格曼黑度;烟气监测;问题

中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）25-0151-02

Investigation into Monitoring Problem of Flue Gas Ringelmann Blackness

NI Guangle1 ZHENG Qiangqaing2

（1.Xuzhou Environmental Monitoring Center，Xuzhou Jiangsu 221002;

2.Kuitun Environmental Monitoring Station，Kuitun Xinjiang 833200）

Abstract： Ringelmann blackness is a simple， low-cost monitoring method， which can quickly and semi quantitatively evaluate the concentration of particulate pollutants in flue gas. In this paper， through the in-depth analysis of the problems found in the process of in-situ monitoring， the precautions for in-situ monitoring are clarified， and the methods and ideas for solving the problems were put forward， which were of certain reference significance for flue gas ringelmann blackness monitoring.

Keywords： Lingeman blackness;smoke monitoring;problems

1 研究背景

控制污染源廢气中颗粒物的标准主要分为两大类[1]：第一类是以排放浓度作为指标，通过等速采样的方式收集一定量的颗粒物，再通过标况采样体积、含氧量及滤筒前后增重质量等参数计算颗粒物实际的排放浓度或折算浓度，确定其是否达标排放，该类监测方法是一种比较准确客观的定量评价方法;第二类是利用颗粒物的粒径、颜色、气味、光折散射等物理化学性质，通过仪器或凭借人的感官进行半定量判断颗粒物的排放浓度。烟气林格曼黑度就是按烟气的视觉黑度进行监测的方法。虽然林格曼烟气黑度与颗粒物浓度没有准确的对应关系，但是这一方法成本低，能够快速判断颗粒物浓度的变化趋势，因而普遍被国内外环境监测行业采用。实践证明，该方法对燃煤型锅炉排放的烟气颗粒物是一种很好的监测手段。但是，在具体监测过程中，监测人员的视觉判断力、监测的气象条件、统计方法、颗粒物的颜色及锅炉运行工况等因素，都会影响林格曼烟气黑度的准确度。本文主要对监测过程中发现的问题进行分析并加以解决，以期减少林格曼烟气黑度的测量误差，提高监测方法的准确度。

2 现场监测存在的问题和解决方法

2.1 监测方法和设备

林格曼烟气黑度的主要原理[2]是把林格曼烟气黑度图放在适当的位置上，将烟气的黑度与图上的黑度进行比较，凭借视觉进行评价。国家标准方法见《固定污染源排放 烟气黑度的测定 林格曼烟气黑度图法》（HJ/T 398—2007）。该方法规定的仪器和设备为林格曼烟气黑度图，该图通用标准是六块14cm×21cm不同黑度的小块，除全黑和全白分别代表林格曼黑度0级和5级外，其余4块是在白色底图上画不同宽度的黑色条格，根据黑色条格在整个小块中所占的面积的百分数，将20%、40%、60%和80%分成1级、2级、3级和4级。但是，在实际监测过程中，废气的林格曼黑度监测是以天空为背景，而林格曼黑度图是以白色为背景，这必然造成监测人员的视觉误差。因此，在监测过程中，可将林格曼黑度图换成透明色，或者采用底图透明的林格曼黑度望远镜进行监测。但是，利用林格曼黑度望远镜进行监测是否偏离国标方法，仍值得商榷。

2.2 烟气颜色

林格曼烟气黑度的鉴定不仅取决于烟气本身的黑度，同时还与监测人员的经验和对主观颜色的判断有关。当烟气颜色本身不是纯的灰色或者黑色时，就无法判断林格曼黑度级别，个人认为测定林格曼黑度已经失去现实意义;当在实际监测过程中，由于人与排放口距离较远，会存在烟气的颜色与天空背景很难分辨或介于两黑度级别左右摇摆的情况，在这种情况下，笔者建议可适当多角度观察，林格曼黑度可将各测点的黑度值加权平均。林格曼黑度值的公式为：

[A=（ΣAi）/n]                                          （1）

式中，[A]为林格曼黑度值;[Ai]为各测点林格曼烟气黑度值;[n]为测点的数量。

2.3 气象因素和观测角度

所观察到的烟气黑度的读数，与天空的均匀性和亮度、风速风向及观察时照射光线的角度都有一定的关系。标准方法要求的观测的气象条件最好是无雨雪、无雾，天空光照良好，风速不大于4.5m/s。通过现场监测发现，当风速小于2.0m/s时，所观测的烟气黑度值差别不大，但风速大于2.0m/s时，由于烟气扩散太快，无形之中稀释了烟气黑度，导致烟气黑度值降低。当天空光照良好时，存在视线延长上正好有乌云的现象，此时也不利于烟气黑度的测量，应另选观测点位重新测量。当太阳光线正好与烟羽在一条线上时，此时不管在哪个监测点位，均可保证视线与烟羽飘动方向和光线均成直角，只需要按照方法要求的监测位置进行观测即可;当太阳光线（不是竖直向下）与烟羽飘动方向成直角时，此时最难监测。从立体角度来说，视线应该斜竖直向才能保证视线与太阳光线和烟羽飘动方向均成直角，但这种观测方式显然不符合实际。为了避免这种情况的发生，个人认为，优先确保与太阳光线成直角，防止出现光线在观察者后方的情况。

在实际监测过程中，经常会出现烟气的水汽高或者温度过高的情况，当烟气排出烟囱后，瞬间形成大量的白色水汽混合在烟气中，远离烟囱口也无法消除这种影响。在这种情况下很难判断烟气黑度值，在冬季尤甚。当白色水汽严重干扰烟气灰色或黑色时，个人认为监测这种烟气黑度已严重不准，失去了监测意义。所以，筆者不建议在这种情况下进行林格曼烟气黑度监测。

2.4 工况条件

按照规定，对于烟气黑度监测，每次观测15s记录一个读数，连续观测30min，在此期间进行120次观测，记录120个读数。对于烟气排放十分稳定的污染源，可30s记录一个读数，观测时间不变。但在实际监测过程中，燃煤型非稳定的污染源占多数，存在加煤、捣炉和清灰等过程，在短时间加煤的过程中，存在不完全燃烧，此时极易出现烟气黑度为5级的情况。但这种情况持续时间不长，烟气黑度很快变淡，甚至低于0.5级。如果按照评判规则，对烟气直接按5级处理，后面的监测数据则会失去评判的意义。对于这种情况，孙鹏等人[3]认为，要综合考虑瞬时最高值和一定时间内的平均值。笔者认为，也可采用时间加权的方式进行评判，公式为：

[A=i=1nAi×Ti/T总]                     （2）

式中，[A]为林格曼黑度值;[Ai]为每次观测值;[Ti]为10s的观测时间;[T总]为总的观测时间。

研究表明，对锅炉颗粒物浓度用重量法与林格曼黑度图法进行相关分析，二者呈高度正相关。在颗粒物浓度监测过程中，对于非稳定排放的烟气，也是按照时间加权的方式进行求和平均。因此，对林格曼黑度取时间加权平均值对实际监测具有一定的借鉴意义。

2.5 计算方法

按照方法要求，烟气黑度级别确定应该按照累计时间来计算。例如，当确定林格曼黑度4级时，应该在30min内，确定4级的累计时间是否超过2min，若未超过2min，再确定是否为林格曼黑度3级，判定方法为出现3级和4级的累计时间是否超过2min，如未超过2min，再确定林格曼黑度2级，判定方法为出现2级、3级和4级的累计时间是否超过2min，如未超过2min，再确定林格曼黑度1级，判定方法为出现1级、2级、3级和4级的累计时间是否超过2min，如未超过2min，则按小于1级报值。

3 结论

林格曼黑度是一种方法简单、成本低、能快速半定量化地评价烟气中颗粒态污染物浓度高低的监测手段。但是，其准确度同时也受到监测设备、气象条件、烟气本身颜色、监测人员视觉判断力和工况条件等相关因素的影响。通过对现场监测过程中发现的问题进行深入分析，明确了现场监测的注意事项，提出了解决问题的方法和思路，对烟气林格曼黑度监测具有一定借鉴意义。

参考文献：

[1]宋克国，周青梅.影响烟气林格曼黑度观测的相关因素探讨[J].山东环境，2001（5）：47.

[2]国家环境保护总局.固定污染源排放 烟气黑度的测定 林格曼烟气黑度图法：HJ/T 398—2007[S].北京：中国环境科学出版社，2007.

[3]孙鹏.固定污染源排放烟气黑度的测定：林格曼烟气黑度图法（HJ/T 398—2007）有效性复审意见[J].环境与可持续发展，2017（2）：123-124.